RU2646205C1 - Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала - Google Patents

Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала Download PDF

Info

Publication number
RU2646205C1
RU2646205C1 RU2016148880A RU2016148880A RU2646205C1 RU 2646205 C1 RU2646205 C1 RU 2646205C1 RU 2016148880 A RU2016148880 A RU 2016148880A RU 2016148880 A RU2016148880 A RU 2016148880A RU 2646205 C1 RU2646205 C1 RU 2646205C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
polymer
friction
dry friction
sleeve
Prior art date
Application number
RU2016148880A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Валентинович Максимкин
Фёдор Святославович Сенатов
Сергей Дмитриевич Калошкин
Дилюс Ирекович Чуков
Владимир Дмитриевич Данилов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2016148880A priority Critical patent/RU2646205C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2646205C1 publication Critical patent/RU2646205C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing

Landscapes

  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в узлах трения, работающих в условиях сухого трения и химически агрессивных средах. Металлополимерный подшипник скольжения состоит из металлической втулки, на которую нанесен слой антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала. Нанокомпозиционный материал выполнен из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ориентированной структурой. В качестве наполнителя использованы фторированные многостенные углеродные нанотрубки в количестве от 0 до 2 масс. %. Вкладыш подшипника скольжения может быть выполнен из металла или другого полимера. Металлополимерные подшипники скольжения обладают пониженным коэффициентом трения и высокой износостойкостью и могут работать в условиях сухого трения. Подшипники скольжения обладают следующими характеристиками: скорость вращения до 1500 об/мин; нагрузка на контакте до 12 МПа; температура эксплуатации до 90°С; возможность работы в условиях сухого трения; высокая коррозионная стойкость; высокая абразивная стойкость; срок службы не менее 5 лет. 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в узлах трения, работающих в условиях сухого трения и в химически агрессивных средах. Металлополимерный подшипник скольжения состоит из металлической втулки, на которую нанесен слой антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала. Нанокомпозиционный материал выполнен из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). В качестве наполнителя используются фторированные многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ). Вкладыш подшипника скольжения может быть выполнен из металла или другого полимера. За счет присутствия антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала разработанные металлополимерные подшипники скольжения обладают пониженным коэффициентом трения и высокой износостойкостью и могут работать в условиях сухого трения. Высокие антифрикционные свойства нанокомпозиционного материала достигаются за счет ориентированной структуры СВМПЭ и присутствия фторированных МУНТ.
Известен металлополимерный подшипник скольжения (RU 72285, F16C 33/12, F16C 33/04), изготовленный из пористой втулки, содержащей смазку, и полимерного вкладыша, образующего трибоповерхность.
К недостаткам металлополимерного подшипника можно отнести невозможность его работы в условиях сухого трения.
Известен подшипник скольжения (RU 2207453, F16C 33/04, F16C 17, B22D 19/08), состоящий из втулки, на внутреннюю поверхность которой нанесена антифрикционная полимерная пленка. Крепление антифрикционной полимерной пленки осуществляется за счет кольцевых канавок в виде ласточкиного хвоста на внутренней поверхности втулки.
К недостаткам данного подшипника можно отнести выбранный способ крепления антифрикционной полимерной пленки к втулке. В процессе длительной эксплуатации полимерная пленка теряет свои механические свойства и легко может вырваться из узла крепления.
Известен подшипник качения с керамическими парами трения (RU 2190786, F16C 33/04, F16C 27/02). Подшипник содержит неподвижную наружную обойму и подвижную внутреннюю втулку, в которой плотно закреплена упругая втулка. Разработанный подшипник может работать в абразивосодержащих агрессивных средах в широком диапазоне температур и давлений.
К недостаткам подшипника качения с керамическими парами трения можно отнести их высокую хрупкость.
Известна антифрикционная композиция (RU 2188834, F16C 33/04, C08L 63) на основе тканого армирующего материала из углеродного волокна и термореактивного полимерного связующего, работающая на водяной смазке. Антифрикционная композиция дополнительно содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа. В качестве полимерного связующего может использоваться фенолформальдегидная смола или хлорсодержащая полиглицидилариленаминовая кислота. Антифрикционная композиция пригодна для изготовления высокоскоростных деталей трения, работающих со скоростью от 0,5 до 15-20 м/с при контактном давлении 5-10 МПа.
К недостаткам антифрикционной композиции можно отнести невозможность ее работы в условиях сухого трения.
Известен самосмазывающийся подшипник скольжения (RU 2222721, F16C 33/04, F16C 17), который состоит из втулки, полученной путем намотки тканого материала, пропитанного полимерным связующим. Средняя часть подшипника пропитана жидкой смазкой, а внутренний слой пропитан связующим с антифрикционным наполнителем. Слои связаны между собой сквозными отверстиями.
К недостаткам самосмазывающегося подшипника скольжения можно отнести опасность расслоения втулки и необходимость поддержания необходимого количества жидкой смазки в средней части подшипника.
Известен металлофторопластовый подшипник скольжения (BY 1392, F16C 33/20), состоящий из втулки, выполненной из алюминиевого сплава, на внутреннею поверхность которой нанесен слой фторопласта. Подшипник может работать в условиях сухого трения, при однократной или сезонной смазке.
К недостаткам металлофторопластового подшипника скольжения можно отнести опасность отслаивания фторопласта от металлической втулки в процессе работы подшипника и недостаточную износостойкость.
Прототипом является изобретение (RU 2535216, C08L 23/06, С08K 3/04, C08J 5/16), заключающееся в антифрикционной полимерной композиции на основе СВМПЭ с терморасширенным графитом в количестве 2 масс. %. Данная антифрикционная композиция может применяться для изготовления подшипников скольжения в подвижных узлах трения.
Недостатком антифрикционной полимерной композиции является недостаточная ее износоустойчивость, так как полимерная матрица, в качестве которой используется СВМПЭ, обладает изотропной структурой, которая не позволяет раскрыть весь потенциал полимера. Переход от изотропной структуры полимера к ориентированной позволяет значительно увеличить износостойкость, снизить коэффициент трения и увеличить механические свойства полимерной матрицы.
Технический результат заключается в формировании антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала на металлической втулке подшипника скольжения, обладающего высокой износостойкостью, способного работать в условиях сухого трения и в химически-агрессивных средах. Вкладыш подшипника скольжения может быть выполнен из металла или другого полимерного материала. Подшипники скольжения обладают следующими характеристиками:
- скорость вращения до 1500 об/мин;
- нагрузка на контакте до 12 МПа;
- температура эксплуатации до 90°С;
- возможность работы в условиях сухого трения;
- высокая коррозионная стойкость;
- высокая абразивная стойкость;
- срок службы не менее 5 лет.
Технический результат достигается за счет формирования металлической втулки с нанесенным на нее ориентированным слоем сверхвысокомолекулярного полиэтилена наполненного фторированными многостенными углеродными нанотрубками, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Наполнитель 0-2
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен остальное
При содержании многостенных углеродных нанотрубок более 2% масс. не удается сформировать СВМПЭ с необходимой степенью ориентации. Фторирование наполнителя увеличивает реакционную способность МУНТ с полимерной матрицей.
Введение фторированных МУНТ в СВМПЭ осуществляется методом твердофазного смешения. Формирование антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала осуществляется путем многоступенчатого процесса, состоящего из нескольких стадий: термопрессование, ориентирование, термопрессование. Фиксация антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала осуществляется за счет использования эффекта памяти формы в СВМПЭ.
Изобретение поясняется Фиг. 1, где представлена фотография металлополимерного подшипника скольжения, где 1 - металлический вкладыш подшипника, 2 - слой антифрикционного полимерного нанокомпозиционного материала, выполненного из ориентированного СВМПЭ с добавление фторированных МУНТ, 3 - металлическое кольцо. На Фиг. 2 представлены фотографии металлических втулок с нанесенным антифрикционным слоем на основе ориентированного СВМПЭ.
Пример 1.
В качестве матрицы антифрикционного нанокомпозиционного материала используется СВМПЭ GUR 4120 без добавления МУНТ. Антифрикционный слой был сформирован на металлическом кольце. Вкладыш подшипника скольжения был выполнен из стали AISI304. Металлополимерные подшипники скольжения были испытаны на испытательном подшипниковом стенде. Коэффициенты трения скольжения были исследованы при скорости скольжения 0,696 м/с и контактном давлении, изменяемом в диапазоне 57,3-100 кПа. Результаты испытаний представлены в таблице 1. Интенсивность изнашивания подшипника скольжения была определена при контактном давлении 100 кПа, скорости скольжения 0,696 м/с и времени испытания 60 минут. Толщина h изношенного слоя определена измерением диаметра поверхности трения. Интенсивность изнашивания рассчитана по отношению h к пути трения L за время, равное 60 минут. Для подшипника скольжения с антифрикционным нанокомпозиционным материалом без добавления МУНТ толщина изношенного слоя h=50 мкм, интенсивность изнашивания I=19,9⋅10-8.
Figure 00000001
Пример 2.
В качестве матрицы антифрикционного нанокомпозиционного материала используется СВМПЭ GUR 4120. В качестве армирующей добавки были использованы фторированные МУНТ диаметром 4-15 нм и длиной более 2 мкм в количестве 2 масс. %. Антифрикционный слой был сформирован на металлическом кольце. Вкладыш подшипника скольжения был выполнен из стали AISI304. Металлополимерные подшипники скольжения были испытаны на испытательном подшипниковом стенде. Коэффициенты трения скольжения были исследованы при скорости скольжения 0,696 м/с и контактном давлении, изменяемом в диапазоне 57,3-100 кПа. Результаты испытаний представлены в таблице 2. Интенсивность изнашивания подшипника скольжения была определена при контактном давлении 100 кПа, скорости скольжения 0,696 м/с и времени испытания 60 минут. Толщина h изношенного слоя определена измерением диаметра поверхности трения. Интенсивность изнашивания рассчитана по отношению h к пути трения L за время, равное 60 минут. Для подшипника скольжения с антифрикционным нанокомпозиционным материалом при добавлении 2 масс. % МУНТ толщина изношенного слоя h=18 мкм, интенсивность изнашивания I=7,17⋅10-8.
Figure 00000002

Claims (2)

  1. Металлополимерный подшипник скольжения, выполненный из металлической втулки с нанесенным на нее ориентированным слоем сверхвысокомолекулярного полиэтилена, наполненного фторированными многостенными углеродными нанотрубками, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
  2. Наполнитель 0-2 Сверхвысокомолекулярный полиэтилен остальное
RU2016148880A 2016-12-13 2016-12-13 Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала RU2646205C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148880A RU2646205C1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148880A RU2646205C1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646205C1 true RU2646205C1 (ru) 2018-03-01

Family

ID=61568726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148880A RU2646205C1 (ru) 2016-12-13 2016-12-13 Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646205C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757271C1 (ru) * 2020-10-19 2021-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" Композиция для покрытия металлических изделий

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2188834C2 (ru) * 2000-09-21 2002-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Антифрикционная композиция
RU2377450C2 (ru) * 2005-04-22 2009-12-27 Х.Е.Ф Пара направляющих элементов, один из которых выполнен из специальной стали, позволяющей улучшить характеристики устойчивости против заедания
WO2010079173A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 Teijin Aramid B.V. Ultra-high molecular weight polyethylene comprising refractory particles
RU2535216C1 (ru) * 2013-11-01 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук Антифрикционная полимерная композиция с терморасширенным графитом

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2188834C2 (ru) * 2000-09-21 2002-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Антифрикционная композиция
RU2377450C2 (ru) * 2005-04-22 2009-12-27 Х.Е.Ф Пара направляющих элементов, один из которых выполнен из специальной стали, позволяющей улучшить характеристики устойчивости против заедания
WO2010079173A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 Teijin Aramid B.V. Ultra-high molecular weight polyethylene comprising refractory particles
RU2535216C1 (ru) * 2013-11-01 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук Антифрикционная полимерная композиция с терморасширенным графитом

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757271C1 (ru) * 2020-10-19 2021-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" Композиция для покрытия металлических изделий

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10196576B2 (en) Water lubrication type bearing material
KR100419887B1 (ko) 평베어링재료
US7703983B2 (en) Sliding material and sliding bearing
CN105849182A (zh) 包含具有多峰分子量的ptfe添加剂的自润滑热塑性层
WO2004111476A1 (ja) すべり軸受
JP2009079766A (ja) 複層軸受の製造方法
CN109702199A (zh) 一种高熵合金基自润滑含油轴承材料
WO2015119231A1 (ja) すべり軸受
RU2646205C1 (ru) Металлополимерные подшипники скольжения, выполненные из ориентированного полимерного нанокомпозиционного материала
JP2021076152A (ja) 摺動部材
Koike et al. Influence of radial load on PEEK plastic bearings life cycle under water lubricated conditions
JP6811525B2 (ja) 軸受材料
Zhang et al. Friction and wear characteristics of lead and its compounds filled polytetrafluoroethylene composites under oil lubricated conditions
JP2011137528A (ja) 複層軸受
US10920166B2 (en) Composite bearing with enhanced wear and machinability
Yan et al. Effect of temperature variation on wear mechanism of liners modified by PAO40/SiO2 microcapsules
JP6317057B2 (ja) 滑り軸受
Jin et al. A preparation method of porous surface nitrile butadiene rubber with low friction coefficient under water lubrication condition by salt leaching
Petre et al. Comparative Study on the Frequency and Wear of Thermoplastic Polymeric Materials Based on PTFE
JP6545781B2 (ja) 滑り軸受
JP6750645B2 (ja) ポリテトラフルオロエチレン組成物
Ivanov et al. Reinforced Antifriction Epoxy Fluoroplastics
Wan et al. Preparation and tribological behavior of high‐temperature oil‐containing porous polyimides
RU2554182C1 (ru) Антифрикционный композитный материал для подшипников скольжения судовых валопроводов и гребных валов
Ivanov et al. Self-lubricating bearings based on compound epoxy fluoroplastics.

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181228

Effective date: 20181228