RU2665429C1 - Fluoroplastic-based antifriction polymer composition - Google Patents

Fluoroplastic-based antifriction polymer composition Download PDF

Info

Publication number
RU2665429C1
RU2665429C1 RU2017146334A RU2017146334A RU2665429C1 RU 2665429 C1 RU2665429 C1 RU 2665429C1 RU 2017146334 A RU2017146334 A RU 2017146334A RU 2017146334 A RU2017146334 A RU 2017146334A RU 2665429 C1 RU2665429 C1 RU 2665429C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
fluoroplastic
antifriction
polyimide
pmf
Prior art date
Application number
RU2017146334A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Константинович Олифиров
Виктор Викторович Чердынцев
Сергей Дмитриевич Калошкин
Георгий Михайлович Шитов
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 RU2017146334A priority Critical patent/RU2665429C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2665429C1 publication Critical patent/RU2665429C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/18Homopolymers or copolymers or tetrafluoroethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K13/00Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
    • C08K13/02Organic and inorganic ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/10Metal compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to polymeric materials science, namely to antifriction polymeric tribotechnical materials, which can be used for the manufacture of friction units operating under extreme environmental conditions. Antifriction composition comprises, wt. %: 10–15 of PMF powder obtained from polyimide-fluoroplastic waste of the trade mark PMF, 1–5 of powder of quasicrystals AlCuFe, 0.5–3 of technical carbon, balance – fluoroplastic-4MB.EFFECT: technical result is high antifriction characteristics of the fluoroplastic-based polymer composition F-4MB in combination with high wear resistance of the material and low abrasive ability, and the problem of recycling of waste of non-melting polyimide films is also solved.1 cl, 1 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к антифрикционным полимерным материалам триботехнического назначения, которые могут быть использованы для изготовления узлов трения, работающих в экстремальных условиях среды.The invention relates to the field of polymer materials science, namely to antifriction polymer materials of tribological purpose, which can be used for the manufacture of friction units operating in extreme environmental conditions.

Разработка антифрикционных полимерматричных композиций, содержащих наноструктурные, полимерные и гибридные добавки для функционирования в экстремальных условиях среды (резкие перепады температур, соленые жидкости, дефицит граничной смазки), обусловлена ужесточением требований по скоростям, нагрузкам и усталостным характеристикам по отношению к существующим антифрикционным материалам. Проблема увеличения срока службы узлов трения, работающих в экстремальных условиях среды, может быть решена путем оптимизации состава композиционного материала, так и подбора пары трения. Разработка новых антифрикционных полимерматричных композиций, которые могли бы заменить существующие промышленные аналоги, является актуальной проблемой. Это позволило бы улучшить плавность работы пар трения, работающих в динамическом режиме (пуск остановка-пуск), снизить шум, массу рабочих элементов и общие энергозатраты.The development of antifriction polymer matrix compositions containing nanostructured, polymer, and hybrid additives for functioning under extreme environmental conditions (sharp temperature changes, salt fluids, deficiency of boundary lubrication) is due to stricter requirements for speeds, loads and fatigue characteristics with respect to existing antifriction materials. The problem of increasing the service life of friction units operating in extreme environmental conditions can be solved by optimizing the composition of the composite material and by selecting a friction pair. The development of new antifriction polymer matrix compositions that could replace existing industrial analogues is an urgent problem. This would improve the smoothness of the friction pairs operating in dynamic mode (start stop-start), reduce noise, mass of work items and overall energy consumption.

Существуют антифрикционные композиции на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), содержащих в качестве одной из структурных добавок полиимидный порошок. Данные композиции могут применяться при изготовлении блочных изделий (втулки, шестерни, уплотнительные кольца), а также при создании антифрикционных (многослойные металл-полимерные подшипники) и износостойких покрытий. Толщина слоя может составлять 30-500 мкм, благодаря чему подшипник может функционировать в отсутствие, либо при дефиците граничной смазки, обеспечивая при этом продолжительный срок службы подшипника.There are antifriction compositions based on polytetrafluoroethylene (PTFE) containing polyimide powder as one of the structural additives. These compositions can be used in the manufacture of block products (bushings, gears, o-rings), as well as in the creation of antifriction (multilayer metal-polymer bearings) and wear-resistant coatings. The layer thickness can be 30-500 microns, due to which the bearing can function in the absence or deficiency of boundary lubrication, while ensuring a long bearing life.

Известна подшипниковая композиция на основе ПТФЭ (DE 4227909 A1, опубл. 24.02.1994), содержащая 10-40 масс.% полиимида. Средний размер полиимидного порошка 45-75 мкм. Материал представляет собой пасту, которая наносится на внутреннюю часть металл-полимерного подшипника скольжения. Далее следует спекание и прокатка до равномерной толщины, формируя таким образом антифрикционное покрытие. Установлено, что при содержании 10-15 масс.% полиимида существенно повышается износостойкость материала, а также стойкость к эрозии. Материал способен к работе при повышенных скоростях и нагрузках.Known bearing composition based on PTFE (DE 4227909 A1, publ. 24.02.1994) containing 10-40 wt.% Polyimide. The average size of the polyimide powder is 45-75 microns. The material is a paste that is applied to the inside of a metal-polymer plain bearing. This is followed by sintering and rolling to a uniform thickness, thus forming an antifriction coating. It was found that when the content of 10-15 wt.% Polyimide significantly increases the wear resistance of the material, as well as resistance to erosion. The material is capable of working at high speeds and loads.

Известна трехкомпонентная композиция на основе ПТФЭ (US 5009959 A, опубл. 23.04.1991), содержащая полиимид и слюду в интервале концентраций 1-15 масс. %, из которой получали износостойкие покрытия для пищевой промышленности, функционирующие при повышенных температурах. Подложкой служила 2 мм алюминиевая пластина. Толщина слоя композита 35 мкм. Трибологические испытания проводились при 200°C. Контр-телом служила щетка из нержавеющей стали. Последняя прижималась к покрытию при нагрузке 2 кг и вращалась со скоростью 200 об/мин до достижения алюминиевой подложки. Было установлено, что сочетание полиимида и слюды позволяет увеличить износостойкость покрытия в 10-15 раз по сравнению с одиночными добавками.Known three-component composition based on PTFE (US 5009959 A, publ. 23.04.1991) containing polyimide and mica in the concentration range of 1-15 wt. %, from which wear-resistant coatings were obtained for the food industry, operating at elevated temperatures. The substrate was a 2 mm aluminum plate. The thickness of the composite layer is 35 μm. Tribological tests were carried out at 200 ° C. The counter-body was a stainless steel brush. The latter was pressed against the coating at a load of 2 kg and rotated at a speed of 200 rpm until an aluminum substrate was reached. It was found that the combination of polyimide and mica can increase the wear resistance of the coating by 10-15 times compared with single additives.

Известна антифрикционная композиция на основе ПТФЭ (CN 101413543 A, опубл. 22.04.2009), содержащая 25-35 об. % фтортермопласта, 10-15 об. % полиимида, 3-6 об. % MoS2. Добавки полиимида и MoS2 обеспечивают низкое трение и износостойкость, тогда как использование фтортермопласта позволяет легче сформировать пленку переноса на контр-теле. Композиция оказывает минимальный эффект на износ ответной детали.Known antifriction composition based on PTFE (CN 101413543 A, publ. 04/22/2009) containing 25-35 about. % fluorothermoplast, 10-15 vol. % polyimide, 3-6 vol. % MoS 2 . Additives of polyimide and MoS 2 provide low friction and wear resistance, while the use of fluorothermoplast makes it easier to form a transfer film on the counterbody. The composition has a minimal effect on the wear of the mating part.

Известна антифрикционная композиция на основе фторопласта (US 20050025977 A1, опубл. 03.02.2005), содержащая добавки 25-35 об. % высокотемпературных полимеров, которые могут включать полисульфон, полиэстер, полэфиэиркетон, полиимид, а также 5-15 об. % твердосмазочных добавок, таких как графит, MoS2. Фторопластовая основа также может содержать до 30 об. % различных модификаций фторопласта, включающее Ф-4МБ. Частицы высокотемпературных полимеров обладают армирующим эффектом, и минимизируют абразивный износ контртела. Материал представляет собой полимерную пасту, которая наносится на внутреннюю стенку многослойного металл-полимерного подшипника скольжения, после чего происходит спекание и прокатка. Толщина полученного слоя может составлять 50-500 мкм.Known antifriction composition based on fluoroplastic (US 20050025977 A1, publ. 03.02.2005), containing additives 25-35 about. % high-temperature polymers, which may include polysulfone, polyester, polyetheriketone, polyimide, as well as 5-15 vol. % solid lubricant additives such as graphite, MoS2. The fluoroplastic base may also contain up to 30 vol. % of various modifications of the fluoroplast, including F-4MB. Particles of high-temperature polymers have a reinforcing effect, and minimize abrasive wear of the counterbody. The material is a polymer paste, which is applied to the inner wall of a multilayer metal-polymer plain bearing, after which sintering and rolling occur. The thickness of the obtained layer may be 50-500 microns.

Общим недостатком вышерассмотренных материалов является использование дорогостоящего полиимидного порошка в качестве наполнителя, что может существенно увеличить стоимость конечных материалов.A common disadvantage of the above materials is the use of expensive polyimide powder as a filler, which can significantly increase the cost of the final materials.

Известна многокомпонентная антифрикционная композиция на основе ПТФЭ (US 4703076 A, опубл. 27.10.1987), содержащая 2-30 об. % твердой смазки (графит, MoS2), 2-30 об. % полимерного наполнителя (полифениленсульфид, полиимид) и 2-30 об. % армирующей фазы (углеволокно, бронза, PbF2, Al2O3). Для проведения трибологических испытаний были изготовлены два типа образцов: массивные и покрытия. В первом случае образцы получали путем механического смешения (2-10 мин, миксер Henshel), далее холодное компактирование (давление 1000 кг/см2, кольцо: внешний диаметр 35 мм, внутренний - 15 мм, высота 40 мм), далее спекание (инертный газ, температура 327-400°C). Антифрикционные композиционные покрытия получали следующим образом: напыление медного слава (толщина слоя 0,35 мм) на стальную пластину 1,24 мм, спекание медного порошкового сплава (800-860°C), далее нанесение полимерной порошковой композиции на медный слой, спекание при температуре 380°C, далее прокатка до равномерной толщины. Параметры трибологических испытаний: нагрузка 25 кг/см2, скорость скольжения 0,1 м/с, время испытаний 4 ч, сухой режим трения. Трибологические испытания показали преимущество двух-/трехкомпонентных композиций перед многокомпонентными.Known multicomponent antifriction composition based on PTFE (US 4703076 A, publ. 10.27.1987) containing 2-30 vol. % solid lubricant (graphite, MoS 2 ), 2-30 vol. % polymer filler (polyphenylene sulfide, polyimide) and 2-30 vol. % reinforcing phase (carbon fiber, bronze, PbF 2 , Al 2 O 3 ). To conduct tribological tests, two types of samples were made: massive and coatings. In the first case, the samples were obtained by mechanical mixing (2-10 min, Henshel mixer), then cold compaction (pressure 1000 kg / cm 2 , ring: outer diameter 35 mm, inner 15 mm, height 40 mm), then sintering (inert gas, temperature 327-400 ° C). Antifriction composite coatings were prepared as follows: spraying copper glory (layer thickness 0.35 mm) onto a steel plate 1.24 mm, sintering a copper powder alloy (800-860 ° C), then applying a polymer powder composition to a copper layer, sintering at a temperature 380 ° C, then rolling to a uniform thickness. Parameters of tribological tests: load 25 kg / cm 2 , slip speed 0.1 m / s, test time 4 hours, dry friction. Tribological tests have shown the advantage of two- / three-component compositions over multicomponent ones.

Известна многокомпонентная композиция на основе ПТФЭ (US 6607820 B2, опубл. 19.04.2003), содержащая 0,5-25 об. % твердой смазки (графит, MoS2), 1-25 об. % полимерного наполнителя (полиэстер, полиимид) и 0,5-10 об. % армирующей фазы (Al2O3). Целью работы являлось получение антифрикционной композиции с повышенной стойкостью к фреттинг-износу. В процессе работы металл-полимерного подшипника между внутренним композиционным слоем (толщина 30 мкм) и осью происходят малые смещения, что вызывает фреттинг-износ слоя композита. Применение многокомпонентных композиций позволяет повысить стойкость слоя к фреттинг-износу. Было высказано предположение, что последнее связано с постепенным изменением твердости и модулей упругости применяемых компонентов, за счет чего улучшается взаимодействие между компонентами (матрица-наполнитель, наполнитель-наполнитель).Known multicomponent composition based on PTFE (US 6607820 B2, publ. 19.04.2003), containing 0.5-25 about. % solid lubricant (graphite, MoS 2 ), 1-25 vol. % polymer filler (polyester, polyimide) and 0.5-10 vol. % reinforcing phase (Al 2 O 3 ). The aim of the work was to obtain an antifriction composition with increased resistance to fretting wear. During the operation of the metal-polymer bearing, small displacements occur between the inner composite layer (thickness 30 μm) and the axis, which causes fretting wear of the composite layer. The use of multicomponent compositions allows to increase the resistance of the layer to fretting wear. It was suggested that the latter is associated with a gradual change in the hardness and elastic moduli of the components used, thereby improving the interaction between the components (matrix-filler, filler-filler).

Общим недостатком вышерассмотренных материалов является использование дорогостоящих полимерных наполнителей, а также армирующих твердых компонентов, способных вызывать повышенной износ ответной детали.A common disadvantage of the above materials is the use of expensive polymer fillers, as well as reinforcing solid components that can cause increased wear of the mating part.

Известна антифрикционная композиция на основе ПТФЭ (РФ 2246503, опубл. 20.02.2005), содержащая молотый кварц (0,4-0,8 масс. %), графит (3-8 масс. %), мел (5-12 масс. %), бронзовую пудру (15-25 масс. %). Антифрикционную композицию получали механическим смешением исходных компонентов в смесителе. Далее следовало изготовление объемных образцов методом холодного прессования при 50-60 МПа с последующим спеканием при 375°C. Композиция была испытана для изготовления опытных образцов подшипников скольжения натяжных устройств ременных передач зерноуборочного комбайна КЗР-10 "Полесье" на ПО "Гомсельмаш". Изобретение повышает износостойкость и теплостойкость материала, и упрощает его изготовление.Known antifriction composition based on PTFE (RF 2246503, publ. 02.20.2005), containing ground quartz (0.4-0.8 wt.%), Graphite (3-8 wt.%), Chalk (5-12 wt. %), bronze powder (15-25 wt.%). The antifriction composition was obtained by mechanical mixing of the starting components in a mixer. This was followed by the manufacture of bulk samples by cold pressing at 50-60 MPa, followed by sintering at 375 ° C. The composition was tested for the manufacture of prototype sliding bearings of tension devices for belt drives of the combine harvester KZR-10 "Polesie" at the PA "Gomselmash". The invention improves the wear resistance and heat resistance of the material, and simplifies its manufacture.

Недостатком материала является использование в качестве наполнителя бронзовой пудры, имеющая высокую плотность, что может существенно повышать массу изделия.The disadvantage of the material is the use of bronze powder as a filler, having a high density, which can significantly increase the mass of the product.

Известна антифрикционная композиция герметизирующего назначения на основе ПТФЭ (РФ 2177962, опубл. 10.01.2002), предназначенная для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения и узлов трения. Она содержит 1-2 масс. % синтетического Al2O3, предварительно активированного в планетарной мельнице АГО-2 в течение 2 мин. Порошки ПТФЭ и Al2O3 смешивали в лопастном смесителе до получения однородной массы. Далее следовала сушка порошков при 120°C в течение 1 ч. Далее следует холодное компактирование при 50 МПа. Спекание изделий проводят при 370°C. Охлаждение изделий проводят в печи. Применение антифрикционной и герметизирующей композиции повышает ресурс работы уплотнительных элементов при повышенных нагрузках.Known antifriction composition for sealing purposes based on PTFE (RF 2177962, publ. 10.01.2002), intended for the manufacture of sealing elements of pairs of rotational and reciprocating movements and friction units. It contains 1-2 mass. % synthetic Al 2 O 3 , pre-activated in the planetary mill AGO-2 for 2 minutes PTFE and Al 2 O 3 powders were mixed in a paddle mixer until a homogeneous mass was obtained. This was followed by drying of the powders at 120 ° C for 1 h. Next, cold compaction at 50 MPa followed. Sintering of products is carried out at 370 ° C. Product cooling is carried out in a furnace. The use of antifriction and sealing compositions increases the life of the sealing elements at high loads.

Недостатком материала является повышенная абразивная способность Al2O3, что может вызывать износ ответной пары трения.The disadvantage of the material is the increased abrasive ability of Al 2 O 3 , which can cause wear of the reciprocal friction pair.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является антифрикционная композиция (SU 1518360 A1, опубл. 30.10.89), где в качестве противоизносной и противозадирной добавки используются отходы проводов электрокабельного производства, включающих в себя 50 масс. % ПТФЭ, 21 масс. % меди, 29 масс. % полиимида. Отходы измельчают в мельнице ударно-отражательного действия, после чего полученный порошок смешивают с пластичной смазкой ВНИИ НП 242 (ГОСТ 20421-75) в количестве 7-12 масс. %. Изобретение относится к составам смазок для тяжелонагруженных узлов трения (подшипники качения и скольжения, направляющие станков, тяговые и приводные цепи).The closest in technical essence and the achieved technical result is an antifriction composition (SU 1518360 A1, publ. 30.10.89), where waste of wires of electric cable production, including 50 masses, is used as antiwear and extreme pressure additives. % PTFE, 21 wt. % copper, 29 mass. % polyimide. The waste is crushed in a mill of shock-reflective action, after which the resulting powder is mixed with grease VNII NP 242 (GOST 20421-75) in an amount of 7-12 mass. % The invention relates to lubricant compositions for heavily loaded friction units (rolling and sliding bearings, machine guides, traction and drive chains).

Недостатком является отсутствие сведений о гранулометрическом составе наполнителя, получаемого в результате измельчения отходов проводов электрокабельного производства, определяющий в значительной степени эффективность действия наполнителя.The disadvantage is the lack of information on the particle size distribution of the filler obtained by grinding waste wires of electric cable production, which largely determines the effectiveness of the filler.

Технический результат заключается в обеспечении высоких антифрикционных показателей полимерной композиции на основе фторопласта Ф-4МБ.The technical result is to provide high antifriction performance of the polymer composition based on ftoroplast F-4MB.

Технический результат достигается следующим образом антифрикционная композиция включает фторопласт Ф-4МБ, технический углерод, полиимид и квазикристаллы, отличающаяся тем, что она содержит порошки квазикристаллов Al65Cu23Fe12 с размером частиц 1-30 мкм и полиимидо-фторопластовый порошок с размером частиц 30-150 мкм, полученный из отходов производства полиимидо-фторопластовой пленки марки ПМФ при следующем соотношении компонентов, масс. %:The technical result is achieved as follows: the antifriction composition includes F-4MB fluoroplastic, carbon black, polyimide and quasicrystals, characterized in that it contains Al 65 Cu 23 Fe 12 quasicrystals with a particle size of 1-30 μm and a polyimide-fluoroplastic powder with a particle size of 30 -150 microns, obtained from waste products of polyimide-fluoroplastic film grade PMF in the following ratio of components, mass. %:

Технический углерод 0,5-3Carbon black 0.5-3

Порошки квазикристаллов Al65Cu23Fe12 1-5Al 65 Cu 23 Fe 12 1-5 quasicrystal powders

Полиимидо-фторопластовый порошок ПМФ 10-15Polyimide-fluoroplastic powder PMF 10-15

Фторопласт-4МБ остальное.Ftoroplast-4MB rest.

В результате достигается высокая износостойкость материала в сочетании с его низкой абразивной способностью, а также решается задача утилизации отходов неплавких полиимидных пленок.As a result, high wear resistance of the material is achieved in combination with its low abrasive ability, and the problem of recycling non-meltable polyimide films is also solved.

Получение антифрикционных композиций включает измельчение и активацию отходов производства полиимидо-фторопластовых пленок ПМФ до порошкового состояния, далее следует смешение порошка ПМФ с порошком Ф-4МБ, порошком квазикристаллов Al65Cu23Fe12 до состояния гомогенности. Измельчение и активацию отходов полиимидо-фторопластовых пленок ПМФ проводят в шаровой планетарной мельнице при скорости вращения водила 425-460 об/мин в течении 60-75 мин, после чего следует смешение вторичного порошка ПМФ с 50-90 масс. % порошка Ф-4МБ, 1-5 масс. % порошков квазикристаллов Al65Cu23Fe12 и 0,5-3 масс. % технического углерода в шаровой планетарной мельнице при скорости вращения 425-460 об/мин в течении 45-60 мин, далее проводят сушку при 110-130°C в течении 30-40 мин, далее получают объемные образцы методом термопрессования при температуре 285-300°C и давлении 20-35 МПа.Obtaining antifriction compositions involves grinding and activating the waste products of the production of polyimide-fluoroplastic films of PMF to a powder state, followed by mixing of a powder of PMF with an F-4MB powder, Al 65 Cu 23 Fe 12 quasicrystal powder to a state of homogeneity. The grinding and activation of PMF polyimide-fluoroplastic film wastes is carried out in a planetary ball mill at a carrier speed of 425-460 rpm for 60-75 minutes, followed by mixing of the secondary PMF powder with 50-90 mass. % powder F-4MB, 1-5 wt. % powders of quasicrystals Al 65 Cu 23 Fe 12 and 0.5-3 mass. % carbon black in a ball planetary mill at a speed of 425-460 rpm for 45-60 minutes, then drying is carried out at 110-130 ° C for 30-40 minutes, then bulk samples are obtained by thermal pressing at a temperature of 285-300 ° C and a pressure of 20-35 MPa.

В качестве полимерной матрицы был выбран порошок фторопласта Ф-4МБ дисперсностью 30 мкм, который представляет собой модификацию фторопласта-4 (политетрафторэтилен). Ф-4МБ включает в себя основные свойства Ф-4, но вследствие более низкой вязкости расплава может перерабатываться в объемные изделия путем компрессионного прессования, литьем под давлением и экструзией Основные характеристики Ф-4МБ: высокая термо- и морозостойкость, сохранение пластичности в широком интервале температур, низкое поверхностное натяжение и адгезия, не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей. По химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы: не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот.The fluoroplastic powder F-4MB with a dispersion of 30 μm, which is a modification of fluoroplast-4 (polytetrafluoroethylene), was chosen as the polymer matrix. F-4MB includes the main properties of F-4, but due to the lower viscosity of the melt it can be processed into bulk products by compression molding, injection molding and extrusion. Main characteristics of F-4MB: high heat and frost resistance, preservation of ductility in a wide temperature range , low surface tension and adhesion, is not wetted by water, fats, or most organic solvents. The chemical resistance exceeds all known synthetic materials and noble metals: it is not destroyed under the influence of alkalis, acids and even a mixture of nitric and hydrochloric acids.

В качестве антифрикционного полимерного наполнителя выбраны отходы производства полиимидо-фторопластовой пленки марки ПМФ (содержит фторопластовый слой Ф-4МД) толщиной 50 мкм (производство «Эстроком»). Данный тип отходов относится к типу сетчатых неплавких реактопластов, имеющих высокую стойкость к истиранию, низкую абразивная способность, отличную стойкость к нагружению, температурную и химическую стойкость. Использование отходов может позволить существенно снизить стоимость полиимидо-фторопластового наполнителя. Слой Ф-4МД вносит положительный вклад в улучшение антифрикционных характеристик, а также улучшает взаимодействие полиимидного наполнителя с полимерной матрицей Ф-4МБ. Использование порошка ПМФ размером менее 30 мкм приводит к ухудшению нагрузочной способности материла, а при размере более 150 мкм происходит снижению уровня однородности порошковой композиции. Введение в материал менее 7 масс. % порошка ПМФ является недостаточным для эффективного снижения износа композиции, а при содержании порошка ПМФ более 20 масс. % возрастает хрупкость композиционного материала.As an antifriction polymer filler, we selected waste from the production of a polyimide-fluoroplastic film of the PMF brand (contains a fluoroplastic layer F-4MD) with a thickness of 50 μm (produced by Estrocom). This type of waste belongs to the type of mesh non-meltable thermosets with high abrasion resistance, low abrasive ability, excellent loading resistance, temperature and chemical resistance. The use of waste can significantly reduce the cost of polyimide-fluoroplastic filler. The F-4MD layer makes a positive contribution to improving the antifriction characteristics and also improves the interaction of the polyimide filler with the F-4MB polymer matrix. The use of PMF powder with a size of less than 30 microns leads to a deterioration in the load capacity of the material, and with a size of more than 150 microns, the uniformity of the powder composition decreases. Introduction to the material is less than 7 mass. % PMF powder is insufficient to effectively reduce the wear of the composition, and when the content of PMF powder is more than 20 mass. % increases the fragility of the composite material.

В качестве армирующей добавки использовались порошки квазикристаллов системы Al65Cu23Fe12. Состав квазикристаллической фазы, ат. %: 65% Al, 23% Cu, 12% Fe (Ψ-фаза), доля фазы 95%. Структура икосаэдр; плотность 4,32 г/смг. Отличительные свойства квазикристаллов состоят в следующем: очень высокая твердость (10 ГПа), низкую поверхностную энергию (28 мДж/м2), низкий коэффициент трения (0,1), низкая абразивная способность. Это свойства обусловлены особенностью строения электронной структуры квазикристаллов, размер частиц порошка составляет 1-20 мкм. Введение в материал порошков квазикристаллов Al65Cu23Fe12 менее 1 масс. % являются недостаточным для достижения требуемого эффекта по снижению износа материала, а при добавлении более 5 масс. % КК порошка происходит рост хрупкости материала, а также возрастает его стоимость.Powders of quasicrystals of the Al 65 Cu 23 Fe 12 system were used as a reinforcing additive. The composition of the quasicrystalline phase, at. %: 65% Al, 23% Cu, 12% Fe (Ψ phase), 95% phase fraction. Structure of the icosahedron; density 4.32 g / cm g . The distinctive properties of quasicrystals are as follows: very high hardness (10 GPa), low surface energy (28 mJ / m 2 ), low friction coefficient (0.1), low abrasive ability. These properties are due to the structural features of the electronic structure of quasicrystals; the particle size of the powder is 1–20 μm. Introduction to the material of powders of quasicrystals Al 65 Cu 23 Fe 12 less than 1 mass. % are insufficient to achieve the desired effect of reducing material wear, and when adding more than 5 mass. % CC of the powder, the fragility of the material increases, and its cost also increases.

В качестве активной добавки использовался технический углерод, имеющий удельную поверхность 160-180 м2/г, насыпную плотность не менее 300 кг/м3, средний размер частиц, 20 нм. Технический углерод способствует усилению взаимодействия между компонентами и улучшению антифрикционных характеристик композита. Введение в материал порошка технического углерода менее 0,5 масс.% является недостаточным для достижения требуемого эффекта, а при введении более 3 масс.% ухудшается однородность композиции, поскольку наноразмерные частицы начинают контактировать между собой.As an active additive, carbon black was used, having a specific surface area of 160-180 m 2 / g, bulk density of at least 300 kg / m 3 , average particle size, 20 nm. Carbon black enhances the interaction between the components and improves the antifriction characteristics of the composite. The introduction of carbon black powder into the material of less than 0.5 wt.% Is insufficient to achieve the desired effect, and with the introduction of more than 3 wt.% The uniformity of the composition deteriorates, since the nanosized particles begin to contact each other.

Таким образом, антифрикционную композицию отличает малая степень наполнения, при которой достигаются высокие антифрикционные характеристики, что дает следующие преимущества: высокая ударостойкость, низкая вязкость расплава. Последнее позволяет получать изделия на основе Ф-4МБ методом литья под давлением.Thus, the antifriction composition is distinguished by a low degree of filling, at which high antifriction characteristics are achieved, which gives the following advantages: high impact resistance, low melt viscosity. The latter allows you to get products based on F-4MB by injection molding.

Пример 1.Example 1

Вначале проводят сушку отходов пленок ПМФ в термошкафу при 120-140°C в течении 45-60 мин, представляющие обрезки лент толщиной 50 мкм и длиной не более 50 мм. Далее отходы ПМФ загружают в шаровой планетарный активатор АПФ-3, по 65-70 г в каждый барабан. Затем отходы ПМФ измельчают до порошкового состояния при скорости вращения водила 425-460 об/мин в течении 60-75 мин. Масса стальных размольных тел размером 6-10 мм составляет 1700 г. Выбор интервала скорости вращения водила объясняется тем, что при скорости менее 425 об/мин энергии шаров для эффективного измельчения пленки ПМФ оказывается недостаточным, а при скоростях более 460 об/мин в порошке ПМФ могут возникать повышенное содержание примесей. Выбор интервала времени обработки пленки ПМФ объясняется тем, что при времени менее 60 мин основная часть порошка остается крупной, тогда как при обработке более 75 мин в порошке увеличивается содержание примесей железа от стальных размольных тел. Полученный порошок пропускают через 800 мкм сито с целью отсева грубых неизмельченных чешуек пленки. В результате формируется порошок ПМФ хлопьевидной морфологии со размером частиц 30-150 мкм. Далее готовится порошковая навеска ПМФ/Ф-4МБ в массовом соотношении компонентов 25/75 масс. %. В барабаны загружается по 100 г порошковой смеси. Далее следует гомогенизация смеси и дополнительное измельчение порошка ПМФ в планетарном активаторе АПФ-3 в течении 45-60 мин. Выбор временного интервала объясняется тем, что при обработке менее 45 мин смесь оказывается недостаточно гомогенной, тогда как при времени обработки более 60 мин в смеси могут накапливаться примеси железа от стальных размольных тел. Полученную порошковую смесь ПМФ/Ф-4МБ 25/75 масс. % сушат в термошкафу при 120-140°C в течение 45-60 мин. Блочные образцы получает методом горячего прессования при температуре 285-300°C и давлении 20-35 МПа. Изъятие заготовки происходит при 100-110°C. Образец представляет собой цилиндр диаметром 27 мм и толщиной 4-6 мм. За один цикл прессования получают три образца. Плотность образца определяется методом гидростатического взвешивания с использованием аналитических весов A&D GR-202 с приставкой. Испытания на твердость по Шор Д проводятся согласно ГОСТ на приборе ИТ 5078. Механические испытания на сжатие проводились согласно ИСО 604. Подготовка образцов к механическим испытаниям включает в себя вырезание образцов до размера 10⋅10⋅4 мм3. Испытания на трение и износ проводили на установке ИМАШ с типом сопряжения «блок-на-кольце» в режиме сухого трения, при комплексе контактных параметров, характерных для уплотнительных и подшипниковых узлов широкого класса механизмов. Контр-телом выступает кольцо диаметром 98 мм, толщиной 5 мм, сделанное из стали 45 твердостью 55 HRC, и максимальной шероховатостью 1-1,2 мкм. Нагрузка 19 Н, скорость скольжения 2,5 м/с, продолжительность испытания 30 мин, температура комнатная. Измерялся момент трения и площадь пятна контакта, в результате чего вычислялись коэффициент трения, глубина канавки износа и интенсивность изнашивания композиционного материала. Физико-механические и антифрикционные характеристики полученных материалов проводятся в таблице 1. Пример 2, 3.First, the PMF film wastes are dried in a heating cabinet at 120-140 ° C for 45-60 minutes, which are scraps of tape with a thickness of 50 microns and a length of not more than 50 mm. Next, the PMF waste is loaded into the ball planetary activator APF-3, 65-70 g in each drum. Then the PMF waste is ground to a powder state at a carrier rotation speed of 425-460 rpm for 60-75 minutes. The mass of steel grinding bodies measuring 6-10 mm in size is 1700 g. The choice of the carrier rotation speed range is explained by the fact that, at a speed of less than 425 rpm, the energy of the balls for effective grinding of the PMF film is insufficient, and at speeds of more than 460 rpm in PMF powder high levels of impurities may occur. The choice of the time interval for processing the PMF film is explained by the fact that at a time of less than 60 minutes the bulk of the powder remains large, while when processing more than 75 minutes the content of iron impurities from the steel grinding bodies increases in the powder. The resulting powder is passed through a 800 μm sieve in order to screen coarse unmilled film flakes. As a result, a PMF flocculated morphology powder with a particle size of 30-150 μm is formed. Next, a powder sample of PMF / F-4MB is prepared in a mass ratio of components of 25/75 mass. % 100 g of powder mixture is loaded into the drums. This is followed by homogenization of the mixture and additional grinding of the PMF powder in the APF-3 planetary activator for 45-60 minutes. The choice of the time interval is explained by the fact that when processing less than 45 minutes, the mixture is not homogeneous enough, while when processing time is more than 60 minutes, iron impurities from steel grinding bodies can accumulate in the mixture. The resulting powder mixture PMF / F-4MB 25/75 mass. % dried in an oven at 120-140 ° C for 45-60 minutes Block samples are obtained by hot pressing at a temperature of 285-300 ° C and a pressure of 20-35 MPa. The removal of the workpiece occurs at 100-110 ° C. The sample is a cylinder with a diameter of 27 mm and a thickness of 4-6 mm. Three samples are obtained in one press cycle. The density of the sample is determined by hydrostatic weighing using an A&D GR-202 analytical balance with an attachment. Shore D hardness tests are carried out according to GOST using an IT 5078 instrument. Mechanical compression tests were carried out according to ISO 604. Sample preparation for mechanical testing includes cutting samples to a size of 10⋅10⋅4 mm 3 . Friction and wear tests were carried out on an IMASH installation with a block-on-ring interface in the dry friction mode, with a set of contact parameters characteristic of sealing and bearing assemblies of a wide class of mechanisms. The counter-body is a ring with a diameter of 98 mm, a thickness of 5 mm, made of steel 45 with a hardness of 55 HRC, and a maximum roughness of 1-1.2 μm. Load 19 N, sliding speed 2.5 m / s, test duration 30 min, room temperature. The moment of friction and the area of the contact spot were measured, as a result of which the coefficient of friction, the depth of the wear groove, and the wear rate of the composite material were calculated. Physico-mechanical and antifriction characteristics of the obtained materials are carried out in table 1. Example 2, 3.

Порошковые композиции и блочные образцы получают по методике, описанной в п. 1. Отличие состоит составе порошковой смеси Ф-4МБ/ПМФ. Физико-механические и трибологические характеристики полученных материалов проводятся в таблице 1.Powder compositions and block samples are obtained according to the procedure described in paragraph 1. The difference is in the composition of the powder mixture F-4MB / PMF. Physico-mechanical and tribological characteristics of the materials obtained are carried out in table 1.

Пример 4.Example 4

Порошковую композицию и блочные образцы получают по методике, описанной в п. 1. Отличие состоит составе порошковой смеси, которая помимо порошка ПМФ содержит добавку технического углерода. Физико-механические и трибологические характеристики полученных материалов проводятся в таблице 1.The powder composition and block samples are obtained according to the procedure described in paragraph 1. The difference is in the composition of the powder mixture, which in addition to the PMF powder contains an additive of carbon black. Physico-mechanical and tribological characteristics of the materials obtained are carried out in table 1.

Пример 5.Example 5

Порошковую композицию и блочные образцы получают по методике, описанной в п. 1. Отличие состоит составе порошковой смеси, которая помимо порошка ПМФ содержит добавку технического углерода и порошков квазикристаллов Al65Cu23Fe12. Физико-механические и трибологические характеристики полученных материалов проводятся в таблице 1.The powder composition and block samples are obtained according to the procedure described in paragraph 1. The difference is in the composition of the powder mixture, which, in addition to the PMF powder, contains an addition of carbon black and Al 65 Cu 23 Fe 12 quasicrystal powders. Physico-mechanical and tribological characteristics of the materials obtained are carried out in table 1.

Пример 6.Example 6

Готовится порошковая навеска Ф-4МБ/ Al65Cu23Fe12 в соотношении 98,5/1,5 масс. %. В каждый барабан загружается по 100 г порошковой смеси. Далее следует гомогенизация смеси в планетарном активаторе АПФ-3 в течении 45-60 мин. Получение объемных образцов и методика испытаний образцов та же, что приводится в п. 1. Физико-механические и трибологические характеристики полученных материалов проводятся в таблице 1.Preparing a powder sample of F-4MB / Al 65 Cu 23 Fe 12 in a ratio of 98.5 / 1.5 mass. % 100 g of powder mixture is loaded into each drum. This is followed by homogenization of the mixture in the APF-3 planetary activator for 45-60 minutes. Obtaining bulk samples and the test procedure for the samples is the same as that given in paragraph 1. The physical, mechanical and tribological characteristics of the materials obtained are carried out in table 1.

Пример 7Example 7

Порошковую композицию и блочные образцы получают по методике, описанной в п. 6. Отличие состоит в составе порошковой смеси, которая вместо порошков квазикристаллов Al65Cu23Fe12 содержит добавку технического углерода. Физико-механические и трибологические характеристики полученных материалов проводятся в таблице 1.The powder composition and block samples are prepared according to the procedure described in paragraph 6. The difference is in the composition of the powder mixture, which instead of Al 65 Cu 23 Fe 12 quasicrystal powders contains an additive of carbon black. Physico-mechanical and tribological characteristics of the materials obtained are carried out in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (3)

Антифрикционная композиция, включающая фторопласт Ф-4МБ, технический углерод, полиимид и квазикристаллы, отличающаяся тем, что она содержит порошки квазикристаллов Al65Cu23Fe12 с размером частиц 1-20 мкм и полиимидо-фторопластовый порошок с размером частиц 30-150 мкм, полученный из отходов производства полиимидо-фторопластовой пленки марки ПМФ при следующем соотношении компонентов, мас.%:An antifriction composition comprising F-4MB fluoroplastic, carbon black, polyimide and quasicrystals, characterized in that it contains Al 65 Cu 23 Fe 12 quasicrystals powders with a particle size of 1-20 μm and a polyimide-fluoroplastic powder with a particle size of 30-150 μm, obtained from wastes from the production of polyimide-fluoroplastic film grade PMF in the following ratio of components, wt.%: Технический углеродCarbon black 0,5-30.5-3 Порошки квазикристаллов Al65Cu23Fe12 Al 65 Cu 23 Fe 12 quasicrystal powders 1-51-5 Полиимидо-фторопластовый порошок ПМФPMF polyimide fluoroplastic powder 10-1510-15 Фторопласт-4МБFtoroplast-4MB остальное,rest,
при этом технический углерод имеет удельную поверхность 160-180 м2/г, насыпную плотность не менее 300 кг/м3, средний размер частиц 20 нм.while carbon black has a specific surface area of 160-180 m 2 / g, bulk density of at least 300 kg / m 3 , average particle size of 20 nm.
RU2017146334A 2017-12-27 2017-12-27 Fluoroplastic-based antifriction polymer composition RU2665429C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146334A RU2665429C1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Fluoroplastic-based antifriction polymer composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146334A RU2665429C1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Fluoroplastic-based antifriction polymer composition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2665429C1 true RU2665429C1 (en) 2018-08-29

Family

ID=63460101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146334A RU2665429C1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Fluoroplastic-based antifriction polymer composition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2665429C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000056538A1 (en) * 1999-03-19 2000-09-28 Iowa State University Research Foundation, Inc. Quasicrystal-polymer composite materials and methods
RU2304155C1 (en) * 2006-03-13 2007-08-10 Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский Государственный Институт Стали и Сплавов (Технологический Университет)" Composite filler in the form of powder and a process for preparation thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000056538A1 (en) * 1999-03-19 2000-09-28 Iowa State University Research Foundation, Inc. Quasicrystal-polymer composite materials and methods
RU2304155C1 (en) * 2006-03-13 2007-08-10 Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский Государственный Институт Стали и Сплавов (Технологический Университет)" Composite filler in the form of powder and a process for preparation thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OLIFIROV L.K. et al. Development of antifriction composites based on polypyromellitimide matrix, Journal of alloys and compounds 586 (2014), S446-S450. OLIFIROV L.K. et al. Solid-state recycling of polyimide film waste, Journal of applied polymer science, S2960-S2968, 2012. *
ОЛИФИРОВ Л.К. Механохимический синтез фукциональных наноструктурных композитов на полимерной основе, Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук, 154 с., 01.03.2017, с. 62, строки 5-24, с. 64, абзац 2 сверху, с. 72, таблица 13, с. 122, строки 19-35. ЦЕТЛИН М.Б. и др. Трибологические и механические свойства композитов на основе этилен-тетрафторэтилена и квазикристаллического наполнителя Al-Cu-Fe, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, N 3, с. 39-46, 2017, с. 40, колонка 2, строка 6, с. 40, колонка 1, строка 10, с. 44, колонка 2, строки 40-42. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. The friction and wear characteristics of nanometer SiC and polytetrafluoroethylene filled polyetheretherketone
CN100463940C (en) Bridge bearing gliding material and method for preparing the same
Chang et al. On the sliding wear of nanoparticle filled polyamide 66 composites
Yang et al. Influence of graphite particle size and shape on the properties of NBR
Wang et al. Comparison of tribological behavior of nylon composites filled with zinc oxide particles and whiskers
Qi et al. Impact of counterpart materials and nanoparticles on the transfer film structures of polyimide composites
Liu et al. Enhanced tribological performance of PEEK/SCF/PTFE hybrid composites by graphene
Yang et al. Influence of air-plasma treatment and hexagonal boron nitride as filler on the high temperature tribological behaviors of hybrid PTFE/Nomex fabric/phenolic composite
CA2927128A1 (en) Plain bearing material and plain bearing composite material comprised of zinc sulfide and barium sulfate
CN113462151B (en) Wear-resistant polymer composite material and preparation method and application thereof
Su et al. Friction and wear behavior of hybrid glass/PTFE fabric composite reinforced with surface modified nanometer ZnO
Guo et al. Tribological behavior of spun Kevlar fabric composites filled with fluorinated compounds
Xu et al. Construction of a PTFE-based lubricant film on the surface of Nomex/PTFE fabric to enhance the tribological performance at cryogenic temperatures
Ning et al. Study on mechanical and tribological properties of ternary fluororubber filled with four needles of zinc oxide
JP2007269936A (en) Dry lubrication film composition
US3882030A (en) Self-lubricating bearing elements
Zhen et al. MoS2/CF synergistic enhancement to improve the friction and wear properties of UHMWPE composites
RU2665429C1 (en) Fluoroplastic-based antifriction polymer composition
Song et al. Effects of solid lubricants on friction and wear behaviors of the phenolic coating under different friction conditions
McCarthy et al. Assessment of polymer composites for hydrodynamic journal‐bearing applications
Su et al. Effects of solid lubricants on friction and wear properties of Nomex fabric composites
Qian-qian et al. On the friction and wear behavior of PTFE composite filled with rare earths treated carbon fibers under oil-lubricated condition
Panin et al. Mechanical and Tribological Characteristics of Nano-and Microcomposites with UHMWPE–PTFE polymer–polymer matrix
Min et al. Remarkable improvement of the wear resistance of poly (vinylidene difluoride) by incorporating polyimide powder and carbon nanofibers
Guo et al. Tribological Properties of Aramid Fiber-Microcapsule Modified Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Composites for Water Lubrication