композиция для безасбестового фрикционного материала

Классы МПК:C08J5/14 изготовление абразивных или фрикционных изделий или материалов
C08L9/00 Композиции гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями
C08K13/02 органические и неорганические компоненты
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерного общество "Барнаульский завод асбестовых технических изделий" (ОАО "БзАТИ") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-08-02
публикация патента:

Изобретение относится к безасбестовым полимерным композициям фрикционного назначения и может быть использовано в машиностроении, в частности, для производства тормозных колодок для железнодорожного подвижного состава. Композиция для безасбестового фрикционного материала содержит каучук СКД, вулканизующую группу на основе серы, волокнистый наполнитель, представляющий собой смесь полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, металлосодержащий наполнитель, в качестве которого используют дробь чугунную колотую, фрикционный модификатор, в качестве которого используют смесь графита кристаллического, графита скрытокристаллического и углерода технического, неорганический модификатор - смесь баритового концентрата, глинозема и цеолита. Технический результат состоит в том, что композиция для безасбестового трения изделий, изготовленных на ее основе, обеспечивает снижение выделения вредных веществ, в частности фенола, в окружающую среду при изготовлении изделий и снижение их себестоимости. 2 ил., 3 табл. композиция для безасбестового фрикционного материала, патент № 2296778

Рисунки к патенту РФ 2296778

композиция для безасбестового фрикционного материала, патент № 2296778 композиция для безасбестового фрикционного материала, патент № 2296778

Изобретение относится к безасбестовым полимерным композициям фрикционного назначения и может быть использовано в машиностроении, в частности, для производства тормозных колодок для железнодорожного подвижного состава.

Известна полимерная композиция фрикционного назначения для изготовления тормозных колодок железнодорожных вагонов и локомотивов, содержащая, мас.%: каучук 15-25; серу 1,5-4,0; 2-меркаптобензтиазол 0,3-0,8; тиурам 0,10-0,30; асбест 5-47,5; барит 9-48,1; углерод технический 9-20; шлак никелевый отвальный 5-40 (см. описание изобретения к патенту РФ №2083603, заявл. 27.07.94, опубл. 10.07.97, по кл. С 08 J 5/14, С08L 9/00, С08К 13/02, заявитель - ОАО «УралАТИ»).

Изделия из данной композиции позволяют расширить арсенал технических средств, обеспечивающих повышенную износостойкость с сохранением высоких фрикционных свойств при попадании воды в зону трения тормозных колодок.

К недостатком полимерной композиции следует отнести применение асбеста, который в настоящее время запрещен к использованию во многих странах по экологическим соображениям, так как составляет повышенную вредность из-за канцерогенных свойств асбестовой пыли при производстве и эксплуатации изделий.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению (прототипом) является полимерная композиция для фрикционного материала, которая может быть использована для тормозных колодок железнодорожного подвижного состава, включающая, мас.%: фенолформальдегидную смолу 10-14 в качестве связующего, каучук 4-5 в качестве органического модификатора, вулканизующую группу 1-2 на основе серы, волокнистый наполнитель 15-17 в виде смеси базальтовых и стеклянных волокон, металлосодержащий наполнитель 30-36 в виде порошка и стружки металлов из группы медь, бронза, фрикционный модификатор 10-13 в виде смеси графита кристаллического и сурьмы трехсернистой, а также неорганический модификатор 18-21 в виде веществ из группы, включающей баритовый концентрат и глинозем (см. описание изобретения к патенту РФ №2119511, заявл. 21.02.96, опубл. 27.09.98, по кл. С 08 L 61/10, С08К 13/00, С08J 5/14).

Недостатком данной полимерной композиции является то, что изготовленные на ее основе изделия не обладают достаточно высоким и стабильным коэффициентом трения, имеют повышенную износостойкость и высокую стоимость. Кроме того, процесс изготовления изделий связан с выделением свободного фенола в окружающую среду.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, чтобы создать такую фрикционную композицию, которая обеспечила бы повышение стабильности коэффициента трения изготовленных на ее основе изделий, позволила бы снизить себестоимость изделий и снизить выделение вредных веществ, в частности фенола, в окружающую среду при их изготовлении.

Поставленная задача решается тем, что в известной композиции для безасбестового фрикционного материала, содержащей каучук, вулканизующую группу на основе серы, волокнистый наполнитель, металлосодержащий наполнитель, фрикционный модификатор на основе графита, неорганический модификатор - смесь баритового концентрата и глинозема, согласно изобретению в качестве каучука используют каучук СКД, в качестве волокнистого наполнителя - смесь полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, в качестве металлосодержащего наполнителя - дробь чугунную колотую, в качестве фрикционного модификатора используют смесь графита кристаллического, графита скрытокристаллического и углерода технического, а к смеси неорганического модификатора дополнительно добавлен цеолит при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

каучук СКД18,00-22,00
сера1,50-2,50
2-меркаптобензтиазол 0,35-0,45
тиурам 0,10-0,30
полиоксадиазольное волокно 2,00-4,00
минеральная вата18,00-22,00
дробь чугунная колотая4,00-6,00
графит кристаллический 2,00-3,00
графит скрытокристаллический 2,00-3,00
углерод технический6,00-8,00
баритовый концентрат27,00-28,00
глинозем6,00-8,00
цеолит2,50-3,50

Использование в композиции каучука СКД, относящегося к группе высокомолекулярных непредельных углеводородных соединений, позволяет при изготовлении изделий значительно снизить выделение вредных веществ в атмосферу, использование в качестве волокнистого наполнителя полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, заменяющих асбест, также снижает вредность при производстве изделий и их последующей эксплуатации, применение дроби чугунной колотой в качестве металлосодержащего наполнителя позволяет снизить себестоимость готового изделия, а использование цеолита в смеси неорганического модификатора позволяет повысить стабильность коэффициента трения изготовленных на основе композиции фрикционных изделий.

Сопоставительный анализ заявляемой композиции для безасбестового фрикционного материала с известными показал, что данное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо, т.е. отвечает всем критериям изобретения.

Способ реализуется следующим образом. Для изготовления композиции использовалось следующее сырье:

Каучук СКД - ТУ 38.403750-2001

Сера - ГОСТ 127.4-93

2-меркаптобензтиазол - ГОСТ 739-74

Тиурам - ГОСТ 740-76

Полиоксадиазольное волокно - ТУ РБ 00204056.145-97

Минеральная вата - ГОСТ 4640-93

Дробь чугунная колотая марки ДЧК - ГОСТ 11964-81

Графит кристаллический - ГОСТ 5279-74

Графит скрытокристаллический - ГОСТ 5420-74

Углерод технический - ГОСТ 7885-86

Баритовый концентрат - ГОСТ 4682-84

Глинозем - ГОСТ 30558-98

Цеолит - ТУ 38.102168-85

Из указанного сырья была изготовлена опытная партия железнодорожных колодок. отличающихся процентным содержанием компонентов, как указано в таблице 1.

Изделия изготавливались известным сухим способом в смесителях закрытого типа. Загрузка смеси производилась в следующей очередности: сначала каучук, затем металлосодержащий наполнитель и модификаторы, после этого волокнистый наполнитель и в конце загрузки - вулканизующая группа.

Приготовленная смесь измельчалась в молотковых дробилках и брикетировалась на прессах холодного формования до получения заготовок изделий. Далее заготовки подвергались вулканизации на гидропрессах в обогреваемых прессформах. Изготовленная таким образом опытная партия железнодорожных тормозных колодок, а также тормозные колодки по прототипу, подвергались стендовым испытаниям по типовой методике ТМ №02-001-91 и по утвержденным требованиям норм безопасности НБ ЖТ ЦВ-ЦЛ 009 пп. 8, 9, 10, 11, 14.

Полученные данные и результаты исследований тормозных колодок из опытного материала и по прототипу представлены в таблицах 2,3 и на фиг.1 и 2.

В таблице 2 даны величины тормозных путей и износ по массе колодок, а в таблице 3 приведены данные трибологических характеристик опытных колодок в сравнении с требуемыми по нормам безопасности на железнодорожном транспорте.

На фиг.1 и 2 приведены графики зависимости коэффициентов трения от скорости при торможении как всухую с максимальной скорости 160 км/час, так и с подачей воды.

Из полученных данных следует, что коэффициенты трения, износ, термостойкость колодок из опытной партии находится в пределах значений, определяемых нормами безопасности, а у колодок по прототипу определена нестабильность коэффициента трения и повышенный износ. Испытания показали, что каких-либо механических повреждений, отслоений, трещин, наволакивания металла на колодки из опытного материала, нарушения целостности тела колодки не наблюдалось. Взаимодействие колодок с поверхностями катания колес стендов не привело к образованию в колесах трещин, кольцевых выработок, сдвигов металла на колесах и других дефектов. Максимальная температура в материале колодки из опытной партии на расстоянии 10 мм от фрикционного контакта с колесом достигла 184°С, а у колодок по прототипу 203°С.

По результатам испытаний сделан вывод о том, что железнодорожная колодка, изготовленная из заявляемой композиции, отвечает требованиям, предъявляемым к данного вида изделиям, и имеет более высокие показатели по сравнению с прототипом.

Таблица 1

Состав известной и предлагаемой композиции
КомпонентыСостав материалов
Прототип По примерам
1 23
1 23 45
Связующее -12,0    
фенолформальдегидная смола  ---
каучук СКД4,0 22,0019,9018,00
Вулканизующая группа - 2,0    
в том числе:      
сера  2,52,0 1,5
2-меркаптобензтиазол  0,45 0,40,35
тиурам  0,1 0,20,3
окись цинка - --
волластонит  - --
Волокнистый наполнитель16,0    
в том числе:     
полиоксадиазольное волокно      
минеральная вата 4,0 3,02,0
стекловолокно  18,0 20,022,0
базальтовое волокно - --
игольчатый волластонит  ---
 - --
Металлосодержащий наполнитель -34,0    
дробь чугунная колотая  6,05,0 4,0
Фрикционный модификатор - 12,0    
в том числе:     
графит кристаллический  3,02,5 2,0
графит скрытокристаллический  2,0 2,53,0
углерод технический 6,0 7,08,0
Неорганический модификатор -20,0    
в том числе:      
баритовый концентрат  27,4527,5 27,35
глинозем  6,0 7,08,0
цеолит  2,5 3,03,5

Таблица 2
Тип тормозной колодкиНажатие, на колодку, кНТормозной путь, «м» с начальной скоростью, «км/час» Суммарный тормозной путь, «м» Износ колодки по массе, «г»
50 90140 160перваявторая
12 345 678 9
Заявляемая           
- всухую           
- с водой10×2 1063561089 1644973750 75
500 мл/мин 10×2104302 729- 1945510
- всухую20×2 93266 62610786295 4545
- с водой 20×2113 281640- 18201520
500 мл/мин           
По прототипу           
- всухую 10×273 2879611715 9231165240
Примечание:

- максимальная температура в теле заявляемой колодки на расстоянии 10 мм от рабочей поверхности была 171°С при нажатии 10 кН при полном служебном торможении со скоростью 160 км/ч и 184°С при нажатии 20 кН со скоростью 160 км/ч

- максимальная температура в теле колодки по прототипу на расстоянии 10 мм от рабочей поверхности была 203°С при нажатии 10 кН при полном служебном торможении со скоростью 160 км/ч.

композиция для безасбестового фрикционного материала, патент № 2296778

композиция для безасбестового фрикционного материала, патент № 2296778

композиция для безасбестового фрикционного материала, патент № 2296778

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Композиция для безасбестового фрикционного материала, содержащая каучук, вулканизующую группу на основе серы, волокнистый наполнитель, металлосодержащий наполнитель, фрикционный модификатор на основе графита, неорганический модификатор - смесь баритового концентрата и глинозема, отличающаяся тем, что в качестве каучука используют каучук СКД, в качестве волокнистого наполнителя - смесь полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, в качестве металлосодержащего наполнителя - дробь чугунную колотую, в качестве фрикционного модификатора используют смесь графита кристаллического, графита скрытокристаллического и углерода технического, а к смеси неорганического модификатора дополнительно добавлен цеолит при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Каучук СКД18,00-22,00
Сера1,50-2,50
2-Меркаптобензтиазол 0,35-0,45
Тиурам 0,10-0,30
Полиоксадиазольное волокно 2,00-4,00
Минеральная вата18,00-22,00
Дробь чугунная колотая4,00-6,00
Графит кристаллический 2,00-3,00
Графит скрытокристаллический 2,00-3,00
Углерод технический6,00-8,00
Баритовый концентрат27,00-28,00
Глинозем6,00-8,00
Цеолит2,50-3,50


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2296778

patent-2296778.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C08J5/14 изготовление абразивных или фрикционных изделий или материалов

Класс C08L9/00 Композиции гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями

Патенты РФ в классе C08L9/00:
антикоррозионная композиция и способ получения покрытий на ее основе -  патент 2529545 (27.09.2014)
сополимер, каучуковая композиция, сшитая каучуковая композиция и покрышка -  патент 2528410 (20.09.2014)
способ получения полимерной основы пропиточного состава для шинного корда -  патент 2527855 (10.09.2014)
шина, содержащая слой-хранилище антиоксиданта -  патент 2525596 (20.08.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
резиновые композиции, содержащие полимерный компонент с мультимодальным молекулярно-массовым распределением -  патент 2522568 (20.07.2014)
резиновая смесь для усиливающего слоя боковины или для боковины и шина -  патент 2520491 (27.06.2014)
полимерная композиция -  патент 2519402 (10.06.2014)
резиновая смесь для шин с улучшенным вулканизующим агентом -  патент 2518600 (10.06.2014)

Класс C08K13/02 органические и неорганические компоненты



Наверх