RU2290416C2 - Антифрикционный композиционный полимерный материал - Google Patents
Антифрикционный композиционный полимерный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2290416C2 RU2290416C2 RU2004136782/04A RU2004136782A RU2290416C2 RU 2290416 C2 RU2290416 C2 RU 2290416C2 RU 2004136782/04 A RU2004136782/04 A RU 2004136782/04A RU 2004136782 A RU2004136782 A RU 2004136782A RU 2290416 C2 RU2290416 C2 RU 2290416C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- friction
- composition
- wear
- lubrication
- antifriction
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Lubricants (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области производства антифрикционных композиционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении опорных поверхностей узлов трения скольжения машин и механизмов, работающих как без смазывания, так и при смазывании жидким маслом. Антифрикционный композиционный полимерный материал выполнен из композиции, содержащей политетрафторэтилен и порошок шунгита в количестве 8-12 мас.% от массы композиции. Изобретение позволяет получить копозицию, сочетающую низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области производства антифрикционных композиционных полимерных материалов (АКПМ) и может быть использовано при изготовлении опорных поверхностей узлов трения скольжения машин и механизмов, работающих как без смазывания, так и при смазывании жидким маслом.
Известен политетрафторэтилен (ПТФЭ) - синтетический полимерный продукт полимеризации тетрафторэтилена, который представляет собой материал, сочетающий хорошие антифрикционные и антикоррозионные свойства. В России этот продукт выпускается под названием фторопласт-4, или фторлон-4 (Ф-4 по ГОСТ 10007-80). Однако Ф-4 обладает повышенным износом и хладотекучестью под нагрузкой, что допускает его использование в качестве АКПМ лишь при малых нагрузках.
Износостойкость Ф-4 можно повысить введением наполнителей. В качестве наполнителей Ф-4 применяют кокс, графит, стекловолокна, угольные волокна, порошки бронзы, меди, свинца и их окислов, а также сочетаний указанных компонентов [1, 2]. Композиции Ф-4 с углеродными волокнами и графитом хотя и обладают наилучшими противоизносными свойствами, однако имеют высокую стоимость, а технология их изготовления более сложна, чем других композиций.
Из материалов на основе Ф-4 наибольшее применение в настоящее время получили материалы с различной концентрацией порошковых углеродных наполнителей, Так, в композиции RU 94011997 А1, С 08 J, 5/16 [3] предлагается материал для угольных вставок троллейбусных токоприемников, содержащий 40-50 мас.% углеродного наполнителя. Столь высокая концентрация в материале углеродсодержащего наполнителя связана с необходимостью передачи высокого напряжения. При этом в качестве наполнителя предлагается использовать коксы, коксовую муку, графиты, углеродные волокна, шунгиты и т.п. В то же время для использования таких композиций в узлах трения высокая концентрация наполнителя не обеспечивает оптимального сочетания антифрикционных и противоизносных свойств.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому материалу является композиция Ф-4К20 [ТУ-6-05-1412-76], содержащая 80% Ф-4 и 20% [4] каменноугольного кокса (здесь и далее указываются массовые проценты). Эта композиция обладает высокой износостойкостью, малой деформируемостью под нагрузкой и малой гигроскопичностью, в связи с чем она является предпочтительней для изготовления опорных поверхностей узлов трения, смазываемых водой. Основным недостатком Ф-4К20 является сравнительно высокий коэффициент трения (напр., при одинаковых контактных давлениях и аналогичных условиях трения по стали - в 2-3 раза выше, чем у Ф-4).
Введением углеродных наполнителей обычно достигают компромисса - теряют в антифрикционных свойствах, но при этом увеличивают износостойкость. Однако увеличение концентрации наполнителя возможно лишь в определенных пределах. Так, введение в Ф-4 свыше 20% наполнителя приводит к резкому уменьшению прочности композита.
Задачей изобретения является получение АКПМ, сочетающего низкий коэффициент трения Ф-4 и высокую износостойкость Ф-4К20 при достаточно низкой стоимости продукта.
Поставленная задача решается путем введения в качестве углеродсодержащей добавки в Ф-4 порошков природных шунгитов в количестве ~10 мас.%. Шунгиты представляют собой минеральные вещества с плотностью 1,840-1,980 т/м3. Нами использовались шунгиты Зажогинского месторождения.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА
Способ получения заявляемой композиции аналогичен способу получения материала Ф-4К20 и не требует использования дополнительного оборудования. При этом Ф-4 виде порошка (ГОСТ 10007-80, марка ПН) загружают в охлаждаемый смеситель и перемешивают в течение времени, необходимого для разрушения агломератов и получения однородного по структуре состава, поддерживая температуру не выше 30°С (в нашем случае - в течение 1-2 мин при скорости вращения смесителя 1800 мин-1). В полученный состав вводят порошок шунгита в количестве, обеспечивающем получение необходимой концентрации компонентов в материале и повторно перемешивают.
Затем смесь загружают в пресс-формы и прессуют при давлении 35±5 МПа. Полученное изделие выдерживают 8-12 ч и загружают в печь, нагреваемую со скоростью 40°/ч до 375±5°С. По достижении указанной температуры изделие выдерживают от 2 до 10 ч в зависимости от толщины изделия. Последующее охлаждение проводят в печи до 150°С (3-4 ч), а затем в комнатных условиях.
Испытания показали, что оптимальное содержание шунгита в Ф-4, обеспечивающее наилучшее сочетание антифрикционных и противоизносных свойств, составляет 10±2 мас.%. Испытания показали также, что наиболее перспективными областями применения предлагаемых АКПМ являются узлы трения машин, работающие без смазывания (сухое трение), а также при смазывании индустриальными маслами. Испытания проводились на базовых образцах фторопластов Ф-4 и композитов Ф-4К20 и полученных по указанной выше технологии опытных образцах фторопластов с содержанием шунгита 10 мас.% (материал Ф-4Ш10), 20 мас.% (материал Ф-4Ш20) и 30 мас.% (материал Ф-4Ш30).
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ
Испытания проводились на стандартной машине трения 20070-СМТ-1. Образец фторопласта представлял собой плоскую прямоугольного сечения пластину толщиной 3 мм и шириной 12 мм, закрепленную в специальном держателе. Пластина контактировала с роликом из стали марки 18Х2Н4МА (ГОСТ 4543-71), вращающимся с частотой 400 мин-1, что соответствовало линейной скорости скольжения 1 м/с. Рабочая цилиндрическая поверхность ролика шириной 16 мм, обработанная круглым шлифованием, имела шероховатость Ra=0,65 мкм. Во время испытания со смазыванием использовалась масляная ванна емкостью 300 мл, в которую на 6 мм была погружена рабочая поверхность вращающегося ролика. В качестве смазочного масла применяли индустриальное масло И-40А (И-Г-А-68 по ГОСТ 17479-87).
Испытания проводились при ступенчатом нагружении узла трения последовательно увеличивающимися на 100-200 Н нормальными нагрузками FN в диапазоне 100-1600 Н. Продолжительность испытания при каждой нагрузке составляла 5 мин. Испытания выполнены по двум схемам, А и В, нагружения узла трения.
По схеме А начальный трибоконтакт между образцом и роликом осуществлялся по линии вдоль образующей цилиндрической рабочей поверхности ролика при нормальной нагрузке FN=100 Н. Выработанная на первой ступени нагружения канавка использовалась для дальнейших испытаний по схеме А. При последующем ступенчатом повышении нагрузки размеры канавки износа увеличивались. Площадь канавки износа Sk, определенная в конце испытаний при нагрузке FN (n), рассматривалась как площадь начального трибоконтакта Sн для последующей ступени нагрузки FN(n+1). Соответственно, начальные Рн и конечные Рк давления на трибоконтакте определялись как Рк=FN(n)/Sk и Рн=FN(n+1)/Sн.
Ступенчатое нагружение каждого образца осуществляли до получения максимально возможного значения конечного давления в трибоконтакте , которое может рассматриваться как максимально допустимое рабочее давление для данного образца при заданных условиях смазывания.
Соответствующая нагрузка - максимальная нагрузка для узла трения - обозначена для принятого варианта испытаний. При испытаниях в условиях сухого трения количество ступеней нагружения ограничивалось значениями , при смазывании маслом - .
Таким образом, испытания по схеме А проводились в условиях интенсивного изнашивания и приработки трибоконтактов различной площади ступенчато увеличивающимися нагрузками.
Испытания по схеме В проводились путем ступенчатого нагружения трибоконтактов, ранее полученных при испытаниях по схеме А после всех ступеней нагружения (FN от 100 до ). Трибоконтакты в этом случае были достаточно приработаны, вследствие чего их площади менялись незначительно, что позволяет получать зависимости трибологических характеристик от начальных давлений Рн в приработанных трибоконтактах.
Во время испытаний с точностью до ±1% непрерывно регистрировался момент трения, по значениям которого рассчитывались коэффициенты трения и работа сил трения (энергопотери на трение). На каждой ступени нагрузки определялась ширина канавки износа, по которой рассчитывались площадь трибоконтакта S, объем изношенного материала V и глубина канавки износа h. Основные показатели, характеризующие влияние концентрации добавок фуллереновых саж к фторопластам на их антифрикционные и противоизносные свойства: для испытаний по схеме А - объемный износ V, средние коэффициенты трения fC за цикл нагружения от 100 до , максимальные конечные давления в трибоконтактах РкM; для испытаний по схеме В - значения средних за испытание коэффициентов трения fc и линейных интенсивностей изнашивания Ih=Δh/L, где Δh - увеличение глубины канавки износа за испытание, L - путь трения.
Зависимости указанных показателей определяются для начальных давлений в трибоконтакте Рн, по которым оценивается влияние добавок на антифрикционные и противоизносные свойства образцов, испытываемых по схеме В.
По каждому варианту проводилось от 3 до 6 испытаний. Значения трибологических показателей определялись как средние арифметические значения из всех испытаний. При этом относительные среднеквадратические ошибки лежали в пределах 5-10%.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Результаты испытаний при сухом трении и смазывании маслом представлены в таблице. Как видно из приведенных данных, в условиях сухого трения работоспособность базового образца фторопласта Ф-4 весьма ограничена низкой несущей способностью (максимальное допустимое давление в трибоконтакте не превышает 2 МПа) и катастрофически большими для этого диапазона давлений интенсивностями изнашивания, на один-два порядка превышающими аналогичные показатели для других испытанных образцов.
С другой стороны, испытания при сухом трении базового образца Ф-4К20 показали возможность его работы при контактных давлениях свыше 9 МПа при существенно меньших, чем для Ф-4 интенсивностях изнашивания. В то же время интенсивности изнашивания и коэффициенты трения для Ф-4К20 являются достаточно высокими. Поэтому получение материалов на основе фторопластов с улучшенными антифрикционными и противоизносными свойствами, работающих в условиях сухого трения, является актуальной задачей. Эта задача может быть решена с помощью добавок шунгитов в Ф-4.
Как видно из таблицы, в условиях сухого трения фторопласты с шунгитами имеют лучшие показатели противоизносных и антифрикционных свойств, чем Ф-4К20, при практически одинаковых допустимых рабочих давлениях. При этом наилучшие показатели наблюдались для материала Ф-4Ш10. Так, в диапазоне давлений до 8 МПа для материала Ф-4Ш10 при одинаковых давлениях значения линейной интенсивности изнашивания Ih в среднем в 3,0-3,5 раза меньше, а коэффициент трения - в 1,2-1,4 раза меньше, чем для Ф-4К20.
При испытаниях в условиях смазывания маслом базовые материалы Ф-4 и Ф-4К20 показали работоспособность вплоть до давлений в трибоконтакте соответственно 11 МПа и 14 МПа. При сравнении конкретных трибологических характеристик этих материалов образцов видно, что Ih для Ф-4 в 3-7 раз больше, но fC в 1,5-2,5 раза меньше, чем для Ф-4К20.
Испытания фторопластов с шунгитами при смазывании маслом показали, что материал Ф-4Ш10 превосходит базовые образцы как по несущей способности (до 16 МПа), так и по показателям антифрикционных и противоизносных свойств. Так, по сравнению с Ф-4 материал Ф-4Ш10 при одинаковых контактных давлениях имеет значения fC в 1,4-1,6 раза меньше, а значения Ih - в 7-10 раз меньше; по сравнению с Ф-4К20 для Ф-4Ш10 значения fC в 2,5-3,0 раза меньше, значения Ih в 1,5-2,0 раза меньше. Для материалов Ф-4Ш20 и Ф-4Ш30 меньшие значения fC и Ih наблюдались лишь в диапазоне контактных давлений до 4 МПа.
Таким образом, антифрикционный композиционный полимерный материал, состоящий из Ф-4 и 10 мас.% шунгита (от общей массы композиции), обладает существенно лучшими показателями антифрикционных и противоизносных свойств, чем базовые образцы Ф-4 и Ф-4К20, что позволяет рекомендовать его в качестве АКПМ в узлах трения скольжения по стали, работающих без смазывания или при смазывании индустриальными маслами. Концентрация 10 мас.% шунгита в композиции является оптимальной в пределах±2%.
Следует отметить, что АКПМ на основе Ф-4 с добавками шунгитов не могут быть рекомендованы для работы в узлах трения, смазываемых водой.
Таблица. Трибологические характеристики образцов фторопластов, полученные при испытаниях по схемам А и В при трении скольжения по стали(скорость скольжения 1 м/с) без смазывания и при смазывании маслом И-40А. Рн - начальное давление на трибоконтакте; - максимальная нагрузка на узел трения; - максимальное конечное давление на трибоконтакте; V - объемный износ; fC - средний коэффициент трения; Ih - линейная интенсивность изнашивания. |
||||||||||||
Схема испытаний | Рн, МПа | Характеристика | Сухое трение | Смазывание маслом И-40А | ||||||||
Ф-4 | Ф-4 Ш10 | Ф-4 Ш20 | Ф-4 Ш30 | Ф-4 К20 | Ф-4 | Ф-4 Ш10 | Ф-4 Ш20 | Ф-4 Ш30 | Ф-4 К20 | |||
А | 5-17 | , Н | 400 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1600 | 1600 | 1000 | 1000 | 1400 |
, МПа | 2,0 | 8,5 | 9,3 | 10,5 | 9,7 | 11,6 | 16,3 | 10,5 | 7,4 | 14,8 | ||
V, мм3 | 275 | 40,5 | 40,7 | 21,8 | 27,8 | 61,4 | 24,1 | 21,6 | 87,2 | 25,4 | ||
fС, 10-3 | 281 | 219 | 226 | 227 | 207 | 26 | 24 | 46 | 65 | 50 | ||
В | 1 | fС·10-3 | 345 | 360 | 410 | 440 | 512 | 17 | 10 | 42 | 21 | 46 |
Ih·10-8 | 68,5 | 0,5 | 0,9 | 1,1 | 1,6 | 0,6 | 0,1 | 0,6 | 2,1 | 0,2 | ||
2 | fC·10-3 | 318 | 368 | 460 | 486 | 494 | 18 | 13 | 31 | 37 | 43 | |
Ih·10-8 | 3,4 | - | 1,1 | - | - | - | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 1,1 | ||
4 | fC·10-3 | - | 261 | 348 | 376 | 378 | 19 | 14 | 22 | 72 | 39 | |
Ih·10-8 | - | 1,3 | 2,6 | 3,3 | 4,7 | 3,2 | 0,3 | 1,3 | 27,1 | 0,6 | ||
6 | fC·10-3 | - | 197 | 252 | 281 | 272 | 20 | 13 | 22 | 78 | 33 | |
Ih·10-8 | - | 1.6 | 3,4 | 3,8 | 5,3 | 5,2 | 0,4 | 2,2 | 49,8 | 0,8 | ||
8 | fC·10-3 | - | 179 | 210 | 222 | 228 | 21 | 13 | 37 | - | 30 | |
Ih·10-8 | - | 1,9 | 3,7 | 4,1 | 5,9 | 7,7 | 0,6 | 6,4 | - | 1,1 | ||
10 | fC·10-3 | - | - | - | 180 | - | 22 | 15 | 64 | - | 43 | |
Ih·10-8 | - | - | - | 4,3 | - | 10,2 | 0,7 | 129 | - | 1,6 | ||
12 | fC·10-3 | - | - | - | - | - | - | 16 | - | - | 61 | |
Ih·10-8 | - | - | - | - | - | - | 1,0 | - | - | 2,5 | ||
14 | fC·10-3 | - | - | - | - | - | - | 18 | - | - | 67 | |
Ih·10-8 | - | - | - | - | - | - | 1,4 | - | - | 3,6 | ||
16 | fc·10-3 | - | - | - | - | - | - | 23 | - | - | - | |
Ih·10-8 | - | - | - | - | - | - | 2,1 | - | - | - |
Claims (1)
- Антифрикционный композиционный полимерный материал, выполненный из композиции, содержащей политетрафторэтилен и углеродсодержащую добавку, отличающийся тем, что композиция содержит в качестве углеродсодержащей добавки порошок шунгита в количестве 8-12% от массы композиции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136782/04A RU2290416C2 (ru) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | Антифрикционный композиционный полимерный материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136782/04A RU2290416C2 (ru) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | Антифрикционный композиционный полимерный материал |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004136782A RU2004136782A (ru) | 2006-05-27 |
RU2290416C2 true RU2290416C2 (ru) | 2006-12-27 |
Family
ID=36711121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004136782/04A RU2290416C2 (ru) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | Антифрикционный композиционный полимерный материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2290416C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467033C1 (ru) * | 2011-08-24 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство образования и науки РФ (Минобрнаука РФ) | Нанокомпозиционный конструкционный материал на основе политетрафторэтилена |
US8703675B2 (en) | 2008-04-09 | 2014-04-22 | Saint-Gobain Performance Plastics Corporation | Bearing grease composition |
-
2004
- 2004-12-15 RU RU2004136782/04A patent/RU2290416C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТУ-6-05-1412-76. Композиция фторопласта на основе политетрафторэтилена. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8703675B2 (en) | 2008-04-09 | 2014-04-22 | Saint-Gobain Performance Plastics Corporation | Bearing grease composition |
US9657776B2 (en) | 2008-04-09 | 2017-05-23 | Saint-Gobain Performance Plastics Corporation | Bearings |
RU2467033C1 (ru) * | 2011-08-24 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство образования и науки РФ (Минобрнаука РФ) | Нанокомпозиционный конструкционный материал на основе политетрафторэтилена |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004136782A (ru) | 2006-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109667835B (zh) | 含浸凝胶润滑剂的自润滑含油轴承及其制备方法 | |
US8044003B2 (en) | Grease composition | |
US8440295B2 (en) | Mechanical seal device, sliding element, and method of production thereof | |
CN1884362A (zh) | 桥梁支座滑移材料及其制备方法 | |
Liu et al. | Enhanced tribological performance of PEEK/SCF/PTFE hybrid composites by graphene | |
Wu et al. | Influence of polyethylene wax on wear resistance for polyurethane composite material under low speed water-lubricated conditions | |
Zhao et al. | Hybrid effect of ZnS sub-micrometer particles and reinforcing fibers on tribological performance of polyimide under oil lubrication conditions | |
CN111286393B (zh) | 一种稀土耐磨润滑脂及其制备方法 | |
US3882030A (en) | Self-lubricating bearing elements | |
CN1296466C (zh) | 水轮发电机镶嵌轴承套用固体润滑剂及其制备方法 | |
RU2290416C2 (ru) | Антифрикционный композиционный полимерный материал | |
Cosmacini et al. | A study of the tribological behaviour of perfluoro-polyethers | |
CN108264956B (zh) | 一种耐高温全氟聚醚润滑脂 | |
RU2216553C2 (ru) | Антифрикционный полимерный материал | |
CA1285549C (en) | Use of a fluid perfluoropolyether, having a very high viscosity, as a lubricant | |
RU2378297C1 (ru) | Антифрикционный полимерный материал | |
Wu et al. | Treelike polymeric phosphate esters grafted onto graphene oxide and its tribological properties in polyalkylene glycol for steel/steel contact at elevated temperature | |
CN111635804B (zh) | 一种全氟聚醚超分子凝胶复合纳米颗粒润滑剂及其制备方法和应用 | |
RU2665429C1 (ru) | Антифрикционная полимерная композиция на основе фторопласта | |
CN109161428A (zh) | 一种高抗磨润滑油及其制备方法 | |
Pawlak et al. | A hexagonal boron nitride-based model of porous bearings with reduced friction and increased load | |
Shelestova et al. | New antifriction materials of the Fluvis group based on modified carbon fibers. | |
Giemza et al. | Problem of the service life of self-lubricated friction couples | |
RU2448154C2 (ru) | Способ получения смазочного масла | |
CA2223330C (en) | Improved lubrication with boric acid additives |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071216 |