ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

антифрикционная композиция

Классы МПК:C08J5/16 изготовление изделий или материалов с низким коэффициентом трения
C08K3/08 металлы
C08K3/10 соединения металлов
B82B1/00 Наноструктуры
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (Минпромторг России) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-10-30
публикация патента:

Изобретение относится к наполненным полимерным материалам, в частности к материалам на основе углеродного тканого армирующего материала и эпоксидного термореактивного полимерного связующего. Антифирикционный материал включает углеродную ткань из волокон с фиксированным размером кристаллитов по базисной плоскости и толщиной пакета с фиксированным числом базисных плоскостей, пропитанную композицией эпоксидной смолы, металлического порошка олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, дисульфида молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятого в соотношении к металлическому порошку 1:2. Компоненты материала взяты в соотношении (мас.%): углеродная ткань 46,3-56,6, эпоксидная смола 37,8-46,3, 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.%. Изобретение позволяет повысить прочность материала при сжатии, модуль упругости, снижения интенсивности изнашивания для деталей трения. 1 табл., 9 пр.

Предлагаемое изобретение относится к наполненным полимерным композициям, в частности к полимерным композициям на основе углеродного тканого армирующего материала и эпоксидного (термореактивного) полимерного связующего.

Указанная композиция предназначена для изготовления тяжелонагруженных тихоходных изделий антифрикционного назначения, работающих в воде в экстремальных условиях при совместном действии максимальных гидростатических давлений (до 120 МПа), контактных давлений, действующих в узле трения до 100 МПа (кратковременно до 200 МПа) в паре с контртелами, изготовленными из титановых сплавов, например, для подшипников рулей глубоководных аппаратов.

Известна антифрикционная композиция, включающая углеродную ткань и полимерное термореактивное связующее, в частности эпоксидную смолу [RU № 2153107, МПК C08L 63/00, 2000]. Углеродная ткань имеет средний размер кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщину базисных плоскостей 1,0-4,0 нм. Данная композиция обладает высокой прочностью, износостойкостью при трении в воде по контртелам из титановых сплавов и успешно применяется в судостроении.

Недостатком указанной композиции является ее неработоспособность при эксплуатации в экстремальных условиях - при гидростатических давлениях более 60 МПа, контактных давлениях в узле трения более 65 МПа, - по контртелам из титановых сплавов.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой композиции является антифрикционная композиция, 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, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 5-10% от массы композиции порошка олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм [RU № 2295546, МПК C08J 5/16, 2007].

Композиция имеет более низкий коэффициент трения в воде при сохранении высокой прочности и износостойкости при работе по контртелам различной твердости, особенно по нержавеющей стали.

Недостатками композиции являются её недостаточная механическая прочность при сжатии, низкий модуль упругости, высокая интенсивность изнашивания, что приводит к неработоспособности композиции при эксплуатации в экстремальных условиях - при гидростатических давлениях более 60 МПа, контактных давлениях в узле трения более 65 МПа, - по контртелам из титановых сплавов.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в значительном повышении механической прочности композиции при сжатии, модуля упругости, снижении интенсивности изнашивания для деталей трения, работающих на водяной смазке по контртелам из титановых сплавов, которые позволят композиции работать в указанных выше экстремальных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что антифрикционная композиция, включающая тканый армирующий материал из углеродных волокон, полимерное термореактивное связующее и порошок олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, согласно изобретению в качестве тканого армирующего материала включает углеродную ткань со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 13-15 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 5-7 нм, и дополнительно композиция содержит дисульфид молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятый в соотношении к металлическому порошку 1:2, причем в качестве полимерного термореактивного связующего композиция включает эпоксидную смолу, при следующем соотношении компонентов (масс.%):

углеродная ткань46,3-56,6
полимерное термореактивное связующее 37,8-46,3
металлический порошок олова или оловянного баббита3,7-4,9
дисульфид молибдена 1,9-2,5

при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена должно быть в пределах 5,6-7,4 масс.%.

В качестве связующих заявляемая композиция содержит вещества, выпускаемые промышленностью, а именно хлорсодержащий полиглидиларилен-диаминоалкан по ТУ 2225-607-11131395-2003, дихлордиаминодифенилметан по ТУ6-14-980-84 и ускоритель - резорцин по ГОСТ 9970-74.

В качестве металлических порошков композиция содержит порошкообразный оловянный баббит марки Б-83 (ТУ 1792-051-407-076-72-2003) с дисперсностью 5-100 мкм, порошок олова марки ПО-1 (ГОСТ 9723-73) с дисперсностью 5-100 мкм и порошкообразный дисульфид молибдена марки ДМИ-7 (ТУ 48-19-133-90) с дисперсностью 0,6-0,7 мкм.

Углеродная ткань, используемая в заявляемой композиции, изготавливается из углеродных нитей, полученных графитизацией полиакрилонитрильных нитей, по технологии, разработанной ХК «Композит». По данным рентгенографического исследования на дифрактографе ДРОН-1,5 полученная углеродная ткань имеет следующие характеристики: средний размер кристаллитов по базисной плоскости 13-15 нм и толщину пакета базисных плоскостей 5-7 нм.

Далее изобретение иллюстрируется примерами, но не ограничено ими.

Пример 1.

Для получения антифрикционной композиции взята углеродная ткань с размером базисной плоскости вдоль оси кристаллита La - 13 нм и толщиной пакета базисных плоскостей Lc - 5 нм. Прочность волокон составляет 4,0 ГПа. Модуль упругости волокна - 250 ГПа.

В реактор загружают 28,4 кг хлорсодержащего полиглицидил-арилендиаминометана (ТУ 2225-607-11131395-2003), нагретого до 70°С, и 21,5 кг ацетона, содержимое реактора перемешивают в течение 15 мин до полного растворения. Затем в реактор загружают 17 кг дихлордиаминодифенилметана (содержание хлора в связующем 20 масс.ч. на 100 масс.ч. полимера). В смесь вводят 0,9 кг ускорителя отверждения - резорцина, 4,9 кг порошкообразного баббита Б-83 и 2,5 кг порошкообразного дисульфида молибдена марки ДМИ-7, перемешивают 20 мин.

Пропитку опытной углеродной ткани (46,3 кг) производят на вертикальной пропиточной машине марки УПСТ-1000М, производства Савеловского машиностроительного завода Московская обл. Машина снабжена ультразвуковой ванной марки УЗВ 50/200 МК, в которой суспензия перемешивается с помощью ультразвука. Из полученной антифрикционной композиции методом горячего прессования при температуре 150-160°С и давлении 5 МПа изготавливают образцы. Время выдержки при температуре прессования составляло 3 часа. Полученную антифрикционную композицию исследовали на износостойкость, которую определяли как изменение толщины образца на км пути трения при контактном давлении 100 МПа, скорости скольжения 0,05 м/с на специально сконструированном стенде для испытаний в экстремальных условиях при смазке водой по контртелу - титановому сплаву с оксидированием.

Были определены также прочностные и упругие характеристики полученной композиции:

- разрушающее напряжение при сжатии параллельно слоям, МПа, по ГОСТ 23803-79;

- модуль упругости при изгибе, МПа, по ГОСТ 23805-79 объемное изменение размеров в воде после выдержки образцов размерами 50×50×5 мм в воде при температуре 20°С в течение 1 года, об.%.

Состав композиции, характеристики используемой углеродной ткани, физико-механические и триботехнические свойства композиции приведены в таблице.

Примеры 2, 3

Антифрикционная композиция получена, как в примере 1, состав композиции и характеристики используемой углеродной ткани приведены в таблице.

Примеры 4-6

Антифрикционные композиции получены, как в примере 1, но вместо баббита использован порошок олова.

Примеры 7-9 (контрольные)

Антифрикционные композиции получены с опытной тканью с характеристиками, как в примере 2, при соотношении углеродная ткань: термореактивное связующее, как в примере 2, но в составе 4к нет дополнительных порошкообразных наполнителей, в составе 5к в качестве дополнительного наполнителя введен только баббит Б-83, а в составе 6к в качестве дополнительного наполнителя введен только дисульфид молибдена (МоS2).

Контрольные примеры показывают, что в отсутствие дополнительных наполнителей композиция неработоспособна по контртелам из титановых сплавов (пример 4к), так же как и композиция, содержащая в качестве наполнителя только дисульфид молибдена (МоS2) (пример 6к). Композиция, содержащая в качестве наполнителя только баббит Б-83 без дисульфида молибдена, работоспособна, но имеет интенсивность изнашивания в 20 раз выше, чем у заявляемой композиции.

Только сочетание всех параметров, а именно характеристик углеродной ткани и смешанного наполнителя приводит к получению композиции, работоспособной в экстремальных условиях.

Таблица
Состав и физико-механические и триботехнические характеристики антифрикционных композиций
ПоказательПример
1 23 45 6Контрольные Прототип 10к
123 456 789 1011
Содержание компонентов, масс.%:антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989
- полимерное связующее 46,346,3 37,846,346,3 37,845,0 46,346,345,0
- углеродная ткань опытная 46,347,756,6 46,347,8 56,655,047,7 47,7-
- углеродная ткань низкомодульная (по прототипу) -- --- --- -55,0
- содержание баббита Б-83 в пропитанной ткани, % 4,94,03,7 -- --6 --
- содержание олова П в пропитанной ткани, % --- 4,94,03,7 -- --
- содержание дисульфида молибдена (MoS2) в пропитанной ткани, %2,52,0 1,92,5 2,01.9- -6-
- содержание никеля в пропитанной ткани, %-- --- --- -9
Характеристика углеродной ткани:антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989
- размер кристаллитов по базисной плоскости, Lc, нм 1313,715 1313,7 1513,713,7 13,74,5
- толщина пакета базисных плоскостей, L c, нм55,8 7,05 5,87,05,8 5,85,8 2,5
- прочность углеродного волокна, ГПа4,0 4,55,04,0 4,55,0 4,54,54,5 1,7
- модуль упругости волокна, ГПа250 265270250 265270 265265265 80
Свойства композиции:антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989 антифрикционная композиция, патент № 2526989
интенсивность изнашивания, мкм/км пути трения (при 100 МПа в воде) 1,11,01,2 1,21,2 1,5неработоспособна 21неработоспособна 25
- разрушающее напряжение при сжатии параллельно слоям, МПа490 530510 495505500 530500 500250
- объемное изменение размеров, % в воде при температуре 20°С 00 000 000 00
- модуль упругости, ГПа55 606257 616248 524515

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Антифрикционный материал, включающий армирующую углеродную ткань, 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, отличающийся тем, что 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 ткань46,3-56,6
полимерное термореактивное связующее 37,8-46,3
металлический порошок олова или оловянного баббита3,8-4,9
дисульфид молибдена 1,9-2,45


при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена составляет 5,7-7,35 мас.%.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2526989

patent-2526989.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C08J5/16 изготовление изделий или материалов с низким коэффициентом трения

Патенты РФ в классе C08J5/16:
антифрикционный композиционный полимерный материал -  патент 2524958 (10.08.2014)
композиционный полимерный антифрикционный материал на основе полиамида -  патент 2522106 (10.07.2014)
антифрикционный композиционный материал -  патент 2504560 (20.01.2014)
способ получения полимерного композита антифрикционного назначения на основе политетрафторэтилена -  патент 2495886 (20.10.2013)
антифрикционный композиционный материал -  патент 2495060 (10.10.2013)
композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия -  патент 2493241 (20.09.2013)
способ получения антифрикционных материалов для бинарных поверхностей -  патент 2487904 (20.07.2013)
полимерная композиция триботехнического назначения -  патент 2484107 (10.06.2013)
способ получения композиционного материала на основе политетрафторэтилена и диоксида кремния -  патент 2469056 (10.12.2012)
нанокомпозиционный антифрикционный и уплотнительный материал на основе политетрафторэтилена -  патент 2467034 (20.11.2012)

Класс C08K3/08 металлы

Патенты РФ в классе C08K3/08:
смеси, акцептирующие кислород -  патент 2516268 (20.05.2014)
электропроводный твердый композиционный материал и способ его получения -  патент 2515574 (10.05.2014)
полимерный композиционный материал для радиоэлектронной техники -  патент 2502767 (27.12.2013)
композиция, не пропускающая кислород -  патент 2495063 (10.10.2013)
полимерная композиция для поглощения высокочастотной энергии -  патент 2493186 (20.09.2013)
поглощающие кислород смеси -  патент 2492191 (10.09.2013)
многослойная пленка, имеющая активный противокислородный барьерный слой и поглощающий кислород слой на основе железа -  патент 2453438 (20.06.2012)
алюминийсодержащие полиэфирные полимеры, обладающие низкими скоростями образования ацетальдегида -  патент 2448124 (20.04.2012)
содержащие связующее термопластичные массы для изготовления металлических формованных изделий -  патент 2446031 (27.03.2012)
полиэфиры, содержащие алюминий/щелочной металл или щелочь/титан, которые обладают лучшей способностью к повторному нагреву, лучшим цветом и прозрачностью -  патент 2434900 (27.11.2011)

Класс C08K3/10 соединения металлов

Класс B82B1/00 Наноструктуры

Патенты РФ в классе B82B1/00:
многослойный нетканый материал с полиамидными нановолокнами -  патент 2529829 (27.09.2014)
материал заменителя костной ткани -  патент 2529802 (27.09.2014)
нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками -  патент 2529682 (27.09.2014)
катализатор циклизации нормальных углеводородов и способ его получения (варианты) -  патент 2529680 (27.09.2014)
способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом -  патент 2529657 (27.09.2014)
способ формирования наноразмерных структур -  патент 2529458 (27.09.2014)
способ бесконтактного определения усиления локального электростатического поля и работы выхода в нано или микроструктурных эмиттерах -  патент 2529452 (27.09.2014)
способ изготовления стекловидной композиции -  патент 2529443 (27.09.2014)
комбинированный регенеративный теплообменник -  патент 2529285 (27.09.2014)
способ изготовления тонкопленочного органического покрытия -  патент 2529216 (27.09.2014)


Наверх