RU2780264C1 - Антифрикционная композиция - Google Patents

Антифрикционная композиция Download PDF

Info

Publication number
RU2780264C1
RU2780264C1 RU2022102917A RU2022102917A RU2780264C1 RU 2780264 C1 RU2780264 C1 RU 2780264C1 RU 2022102917 A RU2022102917 A RU 2022102917A RU 2022102917 A RU2022102917 A RU 2022102917A RU 2780264 C1 RU2780264 C1 RU 2780264C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antifriction
friction
powder
composition
reinforcing material
Prior art date
Application number
RU2022102917A
Other languages
English (en)
Inventor
Артем Игоревич Маланюк
Андрей Дмитриевич Махортов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РАДА Индастриз"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РАДА Индастриз" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РАДА Индастриз"
Application granted granted Critical
Publication of RU2780264C1 publication Critical patent/RU2780264C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к полимерным композициям, содержащим углеродную ткань в качестве армирующего материала и термореактивное полимерное связующее, и может быть использовано для изготовления подшипников. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение механической прочности антифрикционной композиции. Указанный технический результат достигается за счет того, что антифрикционная композиция, включающая тканный армирующий материал на основе углеродных волокон, полимерную термореактивную матрицу, отличающаяся тем, что в качестве основного действующего антифрикционного агента используется мелкодисперсный порошок антифрикционного состава на основе алюминия, легированного оловом и медью, при следующем соотношении компонентов, мас.%: тканный армирующий материал: 50-55; термореактивная матрица: 38-42; мелкодисперсный антифрикционный порошок антифрикционного алюминиевого сплава: 3-10. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к полимерным композициям, содержащим углеродную ткань в качестве армирующего материала и термореактивное полимерное связующее, и может быть использовано для изготовления подшипников.
Существует множество деталей трения, для которых величина коэффициента трения материала является главным требованием. В ряде случаев по конструктивным причинам, таким как ограничения массы, габаритов и др., невозможно увеличить мощность привода. При ограниченной мощности привода невозможно запустить механизм в случае, когда коэффициент трения пары трения высок. Таким образом, величина коэффициента трения определяет работоспособность механизма. Также существенным показателем, характеризующим работу узла трения, является интенсивность изнашивания. Этот параметр является основополагающим при расчете ресурса узла трения.
Известна антифрикционная композиция [RU 2153107, опубл. 20.07.2000 г.], включающая тканый армирующий материал и полимерное термореактивное связующее, содержит в качестве тканого армирующего материала ткань из углеродных волокон со средними размерами кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1,0-4,0 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродная ткань - 43-60, полимерное связующее - 40-57. В качестве полимерного термореактивного связующего композиция может содержать фенолоформальдегидную, галогенсодержащую полиглицидиларилендиаминовую или серосодержащую полиглицидиларилендиаминовую смолы. Такая антифрикционная композиция, содержащая в качестве полимерного связующего галоген- или серосодержащие полиглицидиларилендиаминовые (эпоксидные) смолы, пригодна для изготовления тяжело нагруженных деталей трения, работающих при контактном давлении P до 60 МПа, но при низкой скорости скольжения (0,001 - 0,5 м/с).
Недостатками такой композиции является высокий коэффициент трения и высокий показатель износа при работе в условиях ограниченной смазки, при ее отсутствии или при смазке водой с увеличением скорости скольжения свыше 0,5 м/с. Также к недостаткам указанной композиции относится ее неработоспособность при эксплуатации в экстремальных условиях, поскольку эксперименты показали, что при длительной эксплуатации в морской воде на поверхности подшипника, граничащей с металлическим контртелом (валом), возникает коррозионный слой, препятствующий страгиванию и нормальной эксплуатации узла трения.
Известна антифрикционная наполненная композиция [RU 2181128, опубл. 10.04.2002 г.], содержащая армирующую ткань из углеродного волокна со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1,0-4,0 нм и полимерное термореактивное связующее на основе фенолформальдегидной смолы или хлорсодержащей полиглицидиларилендиаминовой смолы, при этом в качестве армирующей ткани из углеродного волокна она содержит ткань, обработанную водной дисперсией политетрафторэтилена 2,5-6,5% концентрации с размером частиц политетрафторэтилена 0,1-0,4 мкм при массовом соотношении армирующей ткани из углеродного волокна и политетрафторэтилена (48,5-50,5): (1-3) при следующем массовом соотношении компонентов, мас. %: обработанная армирующая ткань из углеродного волокна - 51,5; полимерное термореактивное связующее - 48,5.
Недостатком указанной композиции является ее высокий коэффициент трения в воде, а также низкая износостойкость при трении по вязким нержавеющим сталям с твердостью по Роквеллу ниже 40.
Известна антифрикционная композиция [RU 2295546, опубл. 20.03.2007 г.], включающая углеродную ткань с волокном со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1,0-4,0 нм и полимерное термореактивное связующее на основе фенолформальдегидной смолы и олеиновой кислоты, при этом дополнительно содержит порошок металла, выбранного из группы, включающей олово и оловянный баббит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродная ткань 43,5-50; фенолформальдегидное связующее 35-50; олеиновая кислота 1,5-5; порошок олова или оловянного баббита 5-10.
Эта композиция имеет более низкий коэффициент трения в воде, а также недостаточную механическую прочность при сжатии, низкий модуль упругости, высокую интенсивность изнашивания, что приводит к неработоспособности композиции при эксплуатации в экстремальных условиях.
Известен антифрикционный материал [RU 2526989, опубл. 27.08.2014 г.], включающий высокомодульную армирующую углеродную ткань, изготовленную из углеродных нитей, полученных графитизацией полиакрилонитрильных нитей, состоящую из волокон с фиксированным размером кристаллитов по базисной плоскости и толщиной пакета с фиксированным числом базисных плоскостей, пропитанную композицией полимерного термореактивного связующего, и металлический порошок олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, при этом армирующая углеродная ткань состоит из волокон со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 13-15 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 5-7 нм, и композиция для пропитки дополнительно содержит дисульфид молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятый в соотношении к металлическому порошку 1:2, при этом в качестве термореактивного связующего композиция для пропитки содержит эпоксидную смолу при следующем соотношении компонентов материала, мас.%: углеродная ткань 46,3-56,6; полимерное термореактивное связующее 37,8-46,3; металлический порошок олова или оловянного баббита 3,8-4,9; дисульфид молибдена 1,9-2,45; при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена составляет 5,7-7,35 мас.%.
Недостатком известного материала является узкая область его применения, т.к. он направлен на эксплуатацию в паре трения с оксидированным титаном, а это очень твердый материал. Широко известно, что использование высокомодульной ткани для подшипников скольжения невозможно из-за ее высокой твердости, т.е. углепластики начинают задирать металл, поэтому это изобретение применимо только в паре трения с валами из оксидированного титана. Кроме того, в известном изобретении происходит снижение физико-механических параметров, т.к. вводятся порошки металлов Sn, MoS2, баббита, которые являются мягкими и направлены на выделение на поверхность жидкой фазы.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение механической прочности антифрикционной композиции, а именно существенное увеличение предела прочности при сжатии, изгибе и межслойном сдвиге, при этом достигнуто снижение интенсивности изнашивания, снижение коэффициента трения в воде, при работе по контртелам различной твердости, из нержавеющих сталей и титановых сплавов в широком диапазоне скоростей (0,1 - 15 м/с) и нагрузок (0,1 - 60 МПа).
Указанный технический результат достигается за счет того, что антифрикционная композиция, включающая тканный армирующий материал на основе углеродных волокон, полимерную термореактивную матрицу, отличающаяся тем, что в качестве основного действующего антифрикционного агента используется мелкодисперсный порошок антифрикционного состава на основе алюминия, легированного оловом и медью, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
тканный армирующий материал: 50 - 55;
термореактивная матрица: 38 - 42;
мелкодисперсный антифрикционный порошок антифрикционного алюминиевого сплава: 3 - 10.
При этом мелкодисперсный антифрикционный порошок антифрикционного алюминиевого сплава имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
Sn: 2,5 - 23;
Cu: 0,7 - 8,5;
Al: остальное.
Таким образом, за счет введения в состав антифрикционной композиции мелкодисперсного антифрикционного порошка антифрикционного алюминиевого сплава удалось существенно увеличить предел прочности при сжатии, изгибе, и межслойном сдвиге, при этом достигнуто снижение интенсивности изнашивания, снижение коэффициента трения в воде, при работе по контртелам различной твердости, из нержавеющих сталей и титановых сплавов в широком диапазоне скоростей (0,1 - 15 м/с) и нагрузок (0,1 - 60 МПа).
Это стало возможным за счет достижения эффекта самосмазывающегося материала, поскольку в качестве основного действующего антифрикционного агента используется мелкодисперсный порошок антифрикционного алюминиевого сплава. Сами по себе алюминиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью, достаточно хорошими механическими и технологическими свойствами. Однако такие сплавы не способны работать при смазке водой или при высоких нагрузках - свыше 30 МПа.
Известны антифрикционные сплавы [Сплавы алюминиевые антифрикционные, ГОСТ 14113-78 дата введения 01.01.1980г.] на основе алюминия и легированные оловом и медью, например, АО9-2, АО3-7, АО6-1, АО9-1, АО12-1, АО20-1. Такие сплавы успешно применяются в производстве вкладышей подшипников скольжения, работающих с масляной смазкой. Антифрикционные свойства определяются, главным образом, способностью материала быстро образовывать на поверхности трения защитные вторичные структуры, предотвращающие возникновение задиров и уменьшающие потери на трение при длительной работе. Принцип работы подшипников на основе таких сплавов заключается в том, что при неблагоприятных режимах трения на поверхности вала образуется защитная пленка, которая создается за счет переноса мягкой фазы (легкоплавкие элементы) из твердого сплава вкладыша подшипника.
Таким образом достигается синергетический эффект, обусловленный тем, что при добавлении антифрикционного порошка, полученного из подобного сплава, одновременно происходит упрочнение композита и улучшение трибосвойств.
Это также позволило расширить область применения заявляемого изобретения и использовать его для изготовления деталей трения машин и механизмов, работающих в различных режимах: при отсутствии смазки, при ограниченной смазке, при смазке водой, в том числе морской, а также при смазке любыми другими жидкостями, за исключением агрессивных кислот и щелочей, в условиях воздействия высоких контактных нагрузок, в широком диапазоне скоростей скольжения.
Сущность изобретения заключается в следующем.
За основу заявляемой антифрикционной композиции взят низкомодульный углеродный тканный армирующий материал, полученный графитизацией вискозной ткани, в диапазоне 50 - 55 мас.% и полимерная термореактивная матрица в диапазоне 38-42 мас.%. При работе такого материала в качестве антифрикционного частицы износа (углеродные волокна) не обладают абразивным действием, а, наоборот, являются модификатором трения, снижая коэффициент трения и интенсивность изнашивания. Такие материалы эксплуатируются в качестве подшипников скольжения, работающих при смазке водой. В состав композиции введен мелкодисперсный антифрикционный порошок, который представляет собой алюминиевый сплав: Al-Sn-Cu с частицами сферической формы в диапазоне 3-10 мас.%.
Термореактивная связующая матрица в заявляемой композиции содержит в качестве полимерного связующего галоген- или серосодержащие полиглицидиларилендиаминовые (эпоксидные) смолы.
При этом мелкодисперсный антифрикционный порошок антифрикционного алюминиевого сплава имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: Sn: 2,5 - 23; Cu: 0,7 - 8,5; Al: остальное.
При внесении мелкодисперсного порошка алюминиевого антифрикционного сплава в антифрикционную композицию на основе углеродных волокон и термореактивной матрицы, достигается синергетический эффект.
Полученный материал способен работать при высоких нагрузках - свыше 60 МПа, что достигается значительным повышением физико-механических характеристик материала, обусловленном дополнительным армированием полимерной матрицы частицами порошка алюминиевого сплава, обладающими достаточной твердостью, а также повышением адгезии между слоями армирующего материала, под влиянием высоких адгезионными свойствами алюминия.
Полученный материал обладает отличными антифрикционными свойствами при работе с любыми смазывающими жидкостями, в том числе с морской водой, а также при временном полном отсутствии смазки (например, в режиме страгивания, а также при аварийном режиме). Такой эффект обусловлен выделением жидкой фазы под воздействием нагрузок при трении, с ее удержанием в порах вкладыша, что обеспечивает смазывающий эффект при отсутствии внешней смазки. В роле жидкой фазы выступает олово, которое располагается в алюминиевой матрице в виде свободных зерен. Таким образом, внесение алюминиевого антифрикционного сплава в антифрикционную композицию позволяет достичь эффекта самосмазывающегося материала.
На границе раздела подшипник-вал образуется стойкая пленка, обладающая превосходными антифрикционными и антикоррозийными свойствами, что не допускает образования продуктов коррозии в морской воде, затрудняющих эксплуатацию ранее применяемых подшипников из материалов на основе углеродных волокон и термореактивной полимерной матрицы.
Способ изготовления.
Модификатор - тонкодисперсный антифрикционный порошок вводят в полимерную матрицу в процессе пропитки препрега.
В зависимости от технологии пропитки, возможны два варианта: при растворной и безрастворной технологии пропитки.
При растворной технологии пропитки порошок добавляют в пропиточный лак предварительно взвесив, вес порошка определяется по формуле:
m порошка=М лака*а*k,
где k= числу мас.% вводимого модификатора.
Коэффициент а определяется эмпирически. Например, в растворной технологии вводят растворитель, который испаряется при пропитке и прессовании, это порядка 10%, т.е. лак включает 40% матрицы и 10 % растворителя. Тогда составляется уравнение:
а= (100/(40-10))*0,01≈0,033.
Далее, во время пропитки, раствор должен постоянно находиться под воздействием смесительного устройства (например, диспергатора), чтобы не допустить оседания порошка.
При безрастворной (сухой) технологии пропитки порошок добавляется в смеситель, где готовится система смола-отвердитель, при этом вес порошка определяется по формуле:
m порошка=М смолы*а*k,
где k= числу мас.% вводимого модификатора.
Учитывая, что полимерная матрица в композите содержится в среднем в объеме 40 мас.%, составляется уравнение:
а= (100/40)*0,01≈0,025.
Далее готовая смесь поступает в пропиточную машину.
Возможен, так же вариант введения порошка на поверхность готового препрега в процессе пакетирования для прессования или намотки.
Вес порошка в данном случае определятся по формуле:
m порошка=М смолы*а*k,
где а= 0,01; k= числу мас.% вводимого модификатора.
Порошок должен быть равномерно распределен по листам пакета, либо по слоям во время намотки.
В Таблице приведены результаты сравнения характеристик четырех образцов (Образец 1 - 4) заявляемого изобретения и одного образца известной композиции [RU 2153107, опубл. 20.07.2000 г.]
Таблица
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 RU 2153107
Содержание модификатора мас.% 5% 3% 8% 10%
Плотность, кг/м3 1450 1430 1460 1490 1430
Предел прочности при сжатии, МПа 390 350 390 390 250
Предел прочности при изгибе, МПа 320 300 300 290 250
Предел прочности при межслойном сдвиге, МПа 40 38 39 35 30
Износ, мкг/км, V=0,5 м/с; P=7 МПа 0,3 1,7 0,8 0,6 7,2
Коэффициент трения V=0,5 м/с; P=7 МПа 0,08 0,11 0,09 0,09 0,15
Износ, мкг/км, V=0,1 м/с; P=35 МПа 0,4 2,3 0,6 0,6 8
Коэффициент трения V=0,1 м/с; P=40МПа 0,08 0,18 0,09 0,08 0,15
Износ, мкг/км, V=25 м/с; P=3 МПа 0,3 2,5 0,4 0,4 Остановка испытаний, разрушение поверхности образца, перегрев
Коэффициент трения V=25 м/с; P=3 МПа 0,05 0,17 0,05 0,06
По результатам проведенных экспериментов видно, что механические показатели прочности при внесении от 3 до 10 мас.% антифрикционного порошка существенно выше, чем у аналога. Однако при выходе за указанный диапазон наблюдалось значительное ухудшение характеристик.
Указанные отличительные существенные признаки заявляемого изобретения являются новыми, так как их использование в предложенной совокупности, количественных и качественных соотношениях в известном уровне техники не обнаружены, что позволяет характеризовать предложенное эпоксидное связующее как соответствующее критериям «новизна» и «изобретательский уровень». Указанные отличительные признаки эпоксидного связующего являются существенными, так как каждый из них в отдельности и все они совместно направлены на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата.

Claims (8)

1. Антифрикционная композиция, включающая низкомодульный углеродный тканный армирующий материал, полученный графитизацией вискозной ткани, и полимерную термореактивную матрицу, отличающаяся тем, что в качестве основного действующего антифрикционного агента используется мелкодисперсный порошок антифрикционного состава на основе алюминия, легированного оловом и медью, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
тканный армирующий материал: 50 – 55;
термореактивная матрица: 38 – 42;
мелкодисперсный антифрикционный порошок антифрикционного алюминиевого сплава: 3 - 10.
2. Антифрикционная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что мелкодисперсный антифрикционный порошок антифрикционного алюминиевого сплава имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
Sn: 2,5 – 23;
Cu: 0,7 – 8,5;
Al: остальное.
RU2022102917A 2022-02-07 Антифрикционная композиция RU2780264C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780264C1 true RU2780264C1 (ru) 2022-09-21

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707194A (en) * 1985-05-28 1987-11-17 Ae Plc Process for the production of bearing materials
RU2049140C1 (ru) * 1993-07-14 1995-11-27 Акционерное общество подшипников скольжения Антифрикционный сплав на основе алюминия
RU2153107C1 (ru) * 1999-07-15 2000-07-20 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Антифрикционная композиция
RU2295546C1 (ru) * 2005-08-01 2007-03-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Антифрикционная композиция
ES2306922T3 (es) * 2002-12-18 2008-11-16 E.I. Du Pont De Nemours And Company Bajo coeficiente de friccion de composicion termoplastica que contiene grafitos.
RU2526989C2 (ru) * 2012-10-30 2014-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) Антифрикционная композиция
RU2577876C1 (ru) * 2014-12-23 2016-03-20 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" Антифрикционный сплав на основе алюминия и способ его изготовления

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707194A (en) * 1985-05-28 1987-11-17 Ae Plc Process for the production of bearing materials
RU2049140C1 (ru) * 1993-07-14 1995-11-27 Акционерное общество подшипников скольжения Антифрикционный сплав на основе алюминия
RU2153107C1 (ru) * 1999-07-15 2000-07-20 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Антифрикционная композиция
ES2306922T3 (es) * 2002-12-18 2008-11-16 E.I. Du Pont De Nemours And Company Bajo coeficiente de friccion de composicion termoplastica que contiene grafitos.
RU2295546C1 (ru) * 2005-08-01 2007-03-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Антифрикционная композиция
RU2526989C2 (ru) * 2012-10-30 2014-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) Антифрикционная композиция
RU2577876C1 (ru) * 2014-12-23 2016-03-20 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" Антифрикционный сплав на основе алюминия и способ его изготовления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013227186B4 (de) Gleitlackbeschichtung und Gleitlager-Schichtverbundwerkstoff mit einer solchen
US5624887A (en) Multilayered sliding member
US9970483B2 (en) Self-lubricating thermoplastic layers containing PTFE additive having a polymodal molecular weight
US4312772A (en) Bearing material
Chen et al. Microstructure of PTFE-based polymer blends and their tribological behaviors under aqueous environment
Yang et al. Effects of MoS2 microencapsulation on the tribological properties of a composite material in a water-lubricated condition
GB2131817A (en) Wear-resistant bearing materials
EP1892429A2 (de) Laufschicht für ein Lagerelement
JPWO2009041653A1 (ja) 摺動部材用組成物及び該組成物を被着した摺動部材
CN102216633B (zh) Ptfe系滑动材料、轴承和ptfe系滑动材料的制备方法
US8420580B2 (en) Sliding resin composition
Giltrow et al. Paper 18: Carbon-Fibre Reinforced Polymers as Self-Lubricating Materials
RU2780264C1 (ru) Антифрикционная композиция
US20220403879A1 (en) Resin material for sliding member and sliding member
EP0430324B1 (en) Bearings
RU2386648C2 (ru) Антифрикционная композиция и способ ее получения
Guo et al. Tribological Properties of Aramid Fiber-Microcapsule Modified Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Composites for Water Lubrication
RU2295546C1 (ru) Антифрикционная композиция
JP4252864B2 (ja) 水中用摺動部材ならびにその製造方法
DE102012208346B4 (de) Gleitlagerverbundwerkstoff
RU2188834C2 (ru) Антифрикционная композиция
RU2506335C1 (ru) Металломатричный композит
EP3274602B1 (de) Metall/kunststoff-gleitlagerverbundwerkstoff und hieraus hergestelltes gleitlagerelement
RU2526989C2 (ru) Антифрикционная композиция
RU2153107C1 (ru) Антифрикционная композиция