RU2688134C1 - Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола - Google Patents
Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688134C1 RU2688134C1 RU2018147286A RU2018147286A RU2688134C1 RU 2688134 C1 RU2688134 C1 RU 2688134C1 RU 2018147286 A RU2018147286 A RU 2018147286A RU 2018147286 A RU2018147286 A RU 2018147286A RU 2688134 C1 RU2688134 C1 RU 2688134C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear
- uhmwpe
- polymer
- mercaptobenzothiazole
- molecular weight
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
- C08K5/45—Heterocyclic compounds having sulfur in the ring
- C08K5/46—Heterocyclic compounds having sulfur in the ring with oxygen or nitrogen in the ring
- C08K5/47—Thiazoles
-
- 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
Abstract
Изобретение относится к полимерному материаловедению, а именно к износостойкой полимерной композиции триботехнического назначения, применяемой для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов, для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей. Полимерная композиция содержит следующие компоненты в мас.%: 90,0-99,5 сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и 0,5-10,0 2-меркаптобензотиазола в качестве модификатора. Изобретение позволяет повысить прочность, износостойкость и надежность деталей узлов, уменьшить интенсивность массового изнашивания материала. 1 табл.
Description
Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в качестве износостойкого полимерного композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов и для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.
К большинству современных функциональных и конструкционных материалов на основе полимерных матриц предъявляют комплекс требований по стойкости к действию масел, физико-механическим, износостойким, теплофизическим и другим характеристикам. В связи с этим при создании полимерных композитов необходимо подобрать компоненты, которые оказывают комплексное воздействие на полимерную матрицу, обеспечивая синергический эффект.
Известна полимерная композиция конструкционного назначения на основе СВМПЭ и волокнистых наполнителей (см. RU №2346963, кл. C08L 23/06, С08К 13/04, С08К 7/02, опубл. 20.02.2009), предлагаемая для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения. Композиция состоит из СВМПЭ и содержит в количестве от 5 до 25 мас. % волокнистый наполнитель. В качестве волокнистого наполнителя используют смесь волокон длиной 2-3 мм, состав которой состоит из 70 мас. % полиоксадиазольного волокна и 30 мас. % волокон из хлопчатобумажной пряжи.
Недостатками известной композиции является невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости.
Полимерный композит (см. RU №2087490, кл. C08F 292/00, опубл. 20.08.1997), предназначенный для получения пленок, протезов, цилиндрических стержней, листовых материалов, панелей и включает, в мас. %: 25,5-92,0 ультравысокомолекулярного линейного полиэтилена с высокой молекулярной массой и температурой плавления кристаллитов выше 143°С, при этом полиэтилен способен к понижению температуры плавления при повторном плавлении, по меньшей мере, на 3°С и имеет кристаллическую морфологию, проявляющуюся в бимодальном распределении параметра складывания молекулярных цепей в кристаллической решетке и 8,0-74,5, по меньшей мере, одного наполнителя с поверхностью от нейтральной до кислотной.
Недостатками известного материала являются низкая устойчивость к ударным нагрузкам, невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости.
Известна полимерная композиция на основе СВМПЭ и порошка оксида алюминия Al2O3 (см. RU №2381242, кл. C08L 23/06, В82В 1/00, опубл. 10.02.2010), предназначенная для защиты поверхностей ковшей экскаваторов, бункеров, кузовов самосвалов и других механизмов от абразивного износа в режиме ударных нагрузок. В качестве наполнителя использован оксид алюминия Al2O3 модификации корунд двух фракций с размером 0,1 мм и размером 0,3 мм при соотношении 1:2 и в общем количестве 18 мас. %. В качестве полимерной матрицы применяется предварительно механоактивированный СВМПЭ в планетарной мельнице АГО-2С.
Недостатками известной композиции являются низкая прочность, невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости, высокая стоимость производства.
Известно изобретение способа получения устойчивого к окислению материала СВМПЭ (см. RU №2495054, кл. C08F 8/00, A61F 2/30, опубл. 13.05.2008). Способ включает формование СВМПЭ с добавкой и обработку гамма-лучами или электронным пучком. Облучение проводят на воздухе при обычных атмосферных условиях дозой от 2 до 20 Мрад. Облученная заготовка имеет окислительный индекс после искусственного старения такой же или ниже, чем стандартный материал СВМПЭ.
Однако технологический процесс его изготовления требует специального дорогостоящего оборудования, в частности, гамма излучателя. Недостатками композиции являются невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости, высокая стоимость производства.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому материалу является композиция на основе СВМПЭ с терморасширенным графитом в качестве модификатора (см. RU №2535216, кл. C08J 5/16, C08L 23/06, С08К 3/04, опубл. 10.12.2014). Для получения композиции в СВМПЭ вводили измельченный терморасширенный графит. Помещая расчетную массу полимера и наполнителя в высокооборотный смеситель, смешивали до получения однородной массы. Из полученной смеси композиции прессуют образцы для испытания. Образцы получали горячим прессованием при давлении 10 МПа и температуре 180°С. Введение в исходный материал неорганического модификатора терморасширенного графита при следующем соотношении компонентов (мас. %): терморасширенный графит - 2,0; СВМПЭ - остальное, позволяет получить композиционный материал, обладающий износостойкостью, несущей способностью, стабильным коэффициентом трения и повышенными деформационно-прочностными показателями.
К недостаткам материала следует отнести высокую стоимость терморасширенного графита, недостаточную износостойкость и прочность.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в разработке износостойкого композиционного материала для изготовления деталей в узлах трения, машин и других механизмов, эксплуатирующихся в условиях абразивного изнашивания в агрессивных средах.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении прочности, износостойкости и надежности узлов, уменьшении интенсивности массового изнашивания материала.
Поставленная задача достигается за счет того, что полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), содержащая модификатор, отличается тем, что в качестве модификатора содержит 2-меркаптобензотиазол при следующем соотношении компонентов, мас. %: СВМПЭ - 90,0-99,5; 2-меркаптобензотиазол - 0,5-10,0.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с известными признаками свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, повышение надежности деталей узлов, в частности, подшипников скольжения в узлах трения, машин, механизмов и износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.
Заявляемая композиция состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и 2-меркаптобензотиазола (2-МБТ).
Сущность изобретения состоит в следующем: в СВМПЭ вводится добавка модификатора в количестве 0,5-10 мас. %. В качестве модификатора используется 2-МБТ, при этом наблюдается значительное повышение износостойкости материала в 2-3 раза, в зависимости от концентрации наполнителя. Введение модификатора позволило увеличить износостойкость и прочность материала.
Разработанный материал применим для изготовления подшипников скольжения в узлах трения, машин, механизмов и для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горнообогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей, а также других конструкционных изделий различного функционального назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива.
Для изготовления композитов используют СВМПЭ, например, марки Ticona GUR-4022 (Celanese, Китай), с молекулярной массой 5,3×106 г/моль, со средним размером частиц 145 мкм и плотностью 0,93 г/см3, физико-механические свойства которого указаны в таблице.
В качестве модификатора СВМПЭ используют 2-МБТ (см. ТУ 6-09-4012-75), который применяется в качестве кислотного ускорителя вулканизации, придающий резинам стойкость к старению.
В рамках исследования использовались следующие соотношения компонентов: 2-МБТ - 0,5; 1; 2; 5; 10; 15; 20 мас. %, СВМПЭ - 80; 85; 90; 95; 98; 99; 99,5 мас. %.
Изготовление композитов из СВМПЭ проводилось методом горячего прессования по стандартной технологии, а именно, прессованием при температуре 175°С, давлении 10 МПа и выдержке 20 мин с последующим охлаждением до комнатной температуры. Порошки СВМПЭ и 2-МБТ смешивали в лопастном смесителе в сухом виде со скоростью вращения перемешивающих устройств 1200 об/мин.
Использование 2-МБТ позволяет без усложнения технологических операций получать полимерные композиционные материалы на основе СВМПЭ с повышенными прочностными и износостойкими свойствами. Физико-механические свойства композитов исследовали на разрывной машине AGS-J (Shimadzu, Япония) по методике ГОСТ 11262-80 при скорости движения подвижных захватов 50 мм/мин. Модуль упругости при растяжении определяли по методике ГОСТ 9550-2014. Триботехнические характеристики определяли на трибомашине UMT-3 (CETR, США). Коэффициент трения определяли по методике ГОСТ 11629-75. Схема трения «палец-диск». Образцы с диаметром 10,00±0,02 мм. Контртело - стальной диск из стали 45 с твердостью 45-50 HRC, шероховатость Ra=0,06-0,08 мкм. Удельная нагрузка - 1,9 МПа, линейная скорость скольжения - 0,5 м/с. Время испытания 3 ч.
Для определения массового износа образцы обрабатывали этиловым спиртом и взвешивали на аналитических весах до и после трения. После обработки этиловым спиртом образцы оставляли на сутки для того, чтобы испарился спирт.
В таблице приведены значения физико-механических и триботехнических характеристик заявляемой композиции. Полученные результаты показывают, что наилучшей износостойкостью обладает композиция СВМПЭ с 1% содержанием 2-МБТ: у заявляемой композиции интенсивность весового изнашивания при нагрузке 150 Н в 5,7 раз меньше, чем у прототипа, а по сравнению с исходным СВМПЭ в 3 раза. При этом достигнуто увеличение прочности при растяжении у заявляемой композиции на 23% по сравнению с прототипом, а по сравнению с исходным СВМПЭ - на 34%.
δ - Предел прочности при растяжении, МПа; ε - относительное удлинение при разрыве, %; Ер - модуль упругости при растяжении, МПа; Н - твердость при сжатии, Н/мм2; f - Коэффициент трения; J - Скорость массового изнашивания, мг/ч; δсд2,5 - деформация при 2,5%, МПа; δcд10 - деформация при 10%, МПа; δсд25 - деформация при 25%, МПа.
Claims (2)
- Полимерная композиция на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), содержащая модификатор, отличающаяся тем, что в качестве модификатора содержит 2-меркаптобензотиазол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
СВМПЭ 90,0-99,5 2-меркаптобензотиазол 0,5-10,0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018147286A RU2688134C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018147286A RU2688134C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2688134C1 true RU2688134C1 (ru) | 2019-05-20 |
Family
ID=66579002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018147286A RU2688134C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2688134C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736057C1 (ru) * | 2020-05-15 | 2020-11-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Полимерная композиция триботехнического и конструкционного назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оксида магния, 2-меркаптобензотиазола и серы |
RU2784206C1 (ru) * | 2022-03-25 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Полимерная композиция конструкционного и триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и борполимера |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2346963C1 (ru) * | 2007-05-15 | 2009-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр химических волокон "Вискоза" | Полимерная композиция конструкционного назначения |
RU2381242C2 (ru) * | 2008-04-15 | 2010-02-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН | Композиционный износостойкий материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) |
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 |
US20150175787A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Ticona Gmbh | Tribologically Modified Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene |
-
2018
- 2018-12-28 RU RU2018147286A patent/RU2688134C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2346963C1 (ru) * | 2007-05-15 | 2009-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр химических волокон "Вискоза" | Полимерная композиция конструкционного назначения |
RU2381242C2 (ru) * | 2008-04-15 | 2010-02-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН | Композиционный износостойкий материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) |
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 |
US20150175787A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Ticona Gmbh | Tribologically Modified Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736057C1 (ru) * | 2020-05-15 | 2020-11-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Полимерная композиция триботехнического и конструкционного назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оксида магния, 2-меркаптобензотиазола и серы |
RU2784206C1 (ru) * | 2022-03-25 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Полимерная композиция конструкционного и триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и борполимера |
RU2784232C1 (ru) * | 2022-05-24 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Композиционный износостойкий материал |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Research on tribological behavior of PEEK and glass fiber reinforced PEEK composite | |
RU2381242C2 (ru) | Композиционный износостойкий материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) | |
RU2437903C2 (ru) | Композиционный маслобензостойкий износо-морозостойкий материал | |
Panin et al. | Extrudable UHMWPE-based composites: prospects of application in additive technologies | |
Fakhar et al. | Improvements in tribological properties of polyoxymethylene by aramid short fiber and polytetrafluoroethylene | |
RU2688134C1 (ru) | Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола | |
Panin et al. | Structure, as well as the tribological and mechanical properties, of extrudable polymer-polymeriс UHMWPE composites for 3D printing | |
Panin et al. | The effect of adding calcium stearate on wear-resistance of ultra-high molecular weight polyethylene | |
Shadrinov et al. | Structure and properties of nitrile-butadiene rubber filled with carbon and basalt fibers | |
RU2307130C1 (ru) | Полимерный антифрикционный композиционный материал | |
Panin et al. | Mechanical and tribotechnical characteristics of nanocomposites based on mixture of ultrahigh molecular weight polyethylene and polypropylene | |
RU2625454C2 (ru) | Полимерный нанокомпозиционный материал триботехнического назначения с ориентированной структурой | |
RU2535216C1 (ru) | Антифрикционная полимерная композиция с терморасширенным графитом | |
RU2567958C2 (ru) | Композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) | |
Panin et al. | Mechanical and Tribological Characteristics of Nano-and Microcomposites with UHMWPE–PTFE polymer–polymer matrix | |
Rudresh et al. | Investigation on three body abrasive wear behavior of polyamide66/polytetrafluroethylene (PA66/PTFE) blends | |
RU2784206C1 (ru) | Полимерная композиция конструкционного и триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и борполимера | |
RU2552744C2 (ru) | Базальтофторопластовый композиционный материал триботехнического назначения | |
RU2675520C1 (ru) | Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена | |
RU2718772C1 (ru) | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена | |
WO2015002568A1 (ru) | Антифрикционная полимерная композиция | |
RU2706658C1 (ru) | Композиционный конструкционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оксида цинка, 2-меркаптобензотиазола и серы | |
RU2688517C1 (ru) | Антифрикционная полиамидная композиция | |
RU2736057C1 (ru) | Полимерная композиция триботехнического и конструкционного назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оксида магния, 2-меркаптобензотиазола и серы | |
Darshan et al. | Optimization of Abrasive Wear Parameters of Halloysite Nanotubes Reinforced Silk/Basalt Hybrid Epoxy Composites using Taguchi Approach |