фрикционная полимерная композиция

Формула изобретения

Фрикционная полимерная композиция, включающая связующее, волокнистый безасбестовый наполнитель, неорганический модификатор - барит, фрикционный модификатор - графит и вулканизующую группу, отличающаяся тем, что в качестве связующего взяты каучуки из группы высокомолекулярных непредельных углеводородных каучуков: смесь СКД и СКИ-3, с добавлением индустриального масла И-20, в качестве волокнистого наполнителя использован волластонит, в качестве вулканизующей группы содержит серу, каптакс, тиурам, оксид цинка, дополнительно содержит технический углерод и модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот, включающий ортофталевую, изофталевую и терефталевую кислоты при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Связующее из группы непредельных
углеводородных каучуков:
смесь СКД, СКИ-3, индустриальное масло И-20	10,0-13,0
Волокнистый наполнитель -
волластонит	50,0-55,0
Неорганический модификатор-барит	19,0-25,0
Фрикционный модификатор - графит	2,0-4,0
Углерод технический	1,5-1,9
Вулканизующая группа:
сера	3,0-4,0
каптакс	0,2-0,5
тиурам	1,2-1,7
оксид цинка	0,3-0,7
Модификатор связующего из группы
двухосновных органических кислот:
ортофталевая, изофталевая и терефталевая кислоты	0,1-5,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерным композициям фрикционного назначения и может быть использовано в производстве тормозных колодок и накладок тормозов транспортных средств и других механических объектов.

Основные требования, которые предъявляются к полимерным фрикционным изделиям, - высокий коэффициент трения, прочность, хорошая теплопроводность, малое изменение коэффициента трения в широком диапазоне температур, низкая стоимость, малая токсичность компонентов.

Длительное время в качестве фрикционных композиций использовались составы на основе асбеста.

Известна, например, полимерная композиция для фрикционного материала, содержащая, мас. ч.: фенолформальдегидную смолу 20-35, волокнистый наполнитель в виде асбеста 30-45, барит 2,0-18,0, волластонит 15-33,0, смазывающие вещества 1,0-2,0 (см. описание изобретения к а.с. СССР №648584, по кл. С 08 L 81/10, 1979 г.).

Фрикционный материал, приготовленный на основе этой композиции, имеет удовлетворительные физико-механические показатели, но содержит асбест, что составляет повышенную вредность при производстве изделий и их последующей эксплуатации. Недостатком композиции является и то, что в ней использовано токсичное фенольное связующее.

Однако, в настоящее время в промышленно развитых странах применение асбеста запрещено. Одним из микроармирующих наполнителей, заменителей асбеста, является волластонит.

Так в описании изобретения к патенту России №2090578 от 20.09.1997 г. рассмотрены варианты полимерной фрикционной композиции, включающей в мас.%: резольную бутадиеновую смолу 13-15; бутадиеннитрильный каучук 3-5; арамидное волокно 2,5-3,0; базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3-5% масс. полиорганогидридсилаксана 8-10; волластонит, поверхность которого модифицирована 2-10% масс. углеродного модификатора 10-12; глинозем 4-8; графит 1-2; порошок меди 10-15; бронзовая стружка 10-15; барит - остальное до 100.

Второй вариант композиции аналогичен первому, но используют волластонит, поверхность которого модифицирована 3-4% масс. полигидридсилаксана.

Недостатком известного технического решения является то, что в составе композиции содержится токсичное финольно-каучуковое связующее, а нанесение на поверхность волластонита углеводородного модификатора является дорогостоящим процессом.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является фрикционная полимерная композиция, включающая, в мас.%: фенолформальдегидную смолу 10-14 в качестве связующего, волокнистый безасбестовый наполнитель 20-24 в виде смеси базальтовых и стеклянных волокон, металлосодержащий наполнитель 30-36 в виде порошка и стружки металлов из группы медь, бронза, бутадиеннитрильный каучук 4-5, фрикционный модификатор 10-13 в виде смеси графита кристаллического и сурьмы трехсернистой, неорганический модификатор 18-21 в виде веществ из группы, включающей барит и глинозем, а также вулканизующую группу 1-2 на основе серы (см. описание изобретения к патенту №2119511, по кл. С 08 L 61/10, С 08 К 13/00, С 08 J 5/14, заявл. 21.02.96, опубл. 27.09.98).

Признаки: фрикционная полимерная композиция; связующее, волокнистый безасбестовый наполнитель, неорганический модификатор - барит, фрикционный модификатор - графит, и вулканизующая группа - являются общими существенными признаками с заявляемым объектом.

Отрицательными свойствами прототипа являются недостаточная стабильность коэффициента трения, из-за резкого падения его величины при температуре в зоне трения выше 200°С, а также выделение свободного фенола в окружающую среду в процессе вулканизации при формовании изделия.

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

Поставленная задача решается тем, что в фрикционной полимерной композиции, включающей связующее, волокнистый безасбестовый наполнитель, неорганический модификатор - барит, фрикционный модификатор - графит, и вулканизующую группу, согласно изобретению, в качестве связующего взяты каучуки из группы высокомолекулярных непредельных углеводородных каучуков: смесь СКД и СКИ-3, индустриальное масло - И-20, в качестве волокнистого наполнителя использован волластонит, в качестве вулканизующей группы содержит серу, каптакс, тиурам, оксид цинка, дополнительно содержит технический углерод и модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот, включающий ортофталевую, изофталевую и терефталевую кислоты при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

связующее из группы непредельных
углеводородных каучуков:
смесь СКД, СКИ-3, индустриальное масло И-20
волокнистый наполнитель -	10,0-13,0
волластонит	50,0-55,0
неорганический модификатор - барит	19,0-25,0
фрикционный модификатор - графит	2,0-4,0
углерод технический	1,5-1,9
вулканизующая группа:
сера	3,0-4,0
каптакс	0,2-0,5
тиурам	1,2-1,7
оксид цинка	0,3-0,7
модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот:
ортофталевая, изофталевая и
терефталевая кислоты	0,1-5,0

Использование в качестве связующего каучуков из группы высокомолекулярных непредельных углеводородных каучуков: смесь СКД, СКИ-3 с добавлением индустриального масла И-20 позволяет при изготовлении изделий значительно снизить выделение вредных веществ в атмосферу, использование волластонита в качестве волокнистого наполнителя, заменяющего асбест, снижает вредность при производстве изделий и их последующей эксплуатации, а введение в состав фрикционной полимерной композиции модификатора связующего из группы двухосновных органических кислот, включающего ортофталевую, изофталевую и терефталевую кислоты, позволяет значительно улучшить физико-механические характеристики готового изделия.

Каучук СКД марки м.1м.11 содержит 87-93% 1,4-цис звеньев и 3-6% 1,2-звеньев, вязкость по Муни МБ 1+4 (100°С), ГОСТ 14924-75.

Каучук СКИ-3 содержит 96% 1,4-цис звеньев, пластичность 0,30-0,35, пластическое восстановление 2 мм, вязкость по Муни МБ 1+4 (100°С), 75-85 ГОСТ 14925-79.

Индустриальное масло И-20 ГОСТ 17479.4-87 использовано в качестве пластификатора полимерного связующего. И-20 вводится в связующее в количестве 15% от общего количества связующего.

Сопоставительный анализ заявляемой фрикционной полимерной композиции 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.

Пример 1.

Брали навески каучуков СКД, СКИ-3, масло индустриальное И-20 в количестве 30 г и проводили пластификацию каучуков на лабораторных вальцах. Для этого, при включенных вальцах в зазор между валками помещали СКД до образования ровного "чулка". Затем добавляли частями СКИ-3 и индустриальное масло И-20. По мере увеличения доли пластификатора в смеси каучуков, увеличивали зазор между валками и число оборотов валков. Вальцевание закончили после введения всей навески индустриального масла И-20. Общее время вальцевание смеси каучуков 30 минут.

Полученную пластифицированную смесь каучуков снимали с валка с помощью ножа, предварительно уменьшив число оборотов валков.

От полученной смеси каучуков отобрали навеску, которую поместили в зазор между валками предварительно включенных вальцев. После получения из смеси каучуков ровного "чулка" ввели компоненты фрикционной композиции в установленном порядке в соответствии с таблицей 1. Модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот вводили на 10 минут при общем времени вальцевания 20 минут.

В примерах 1, 2 и 3 в качестве модификатора связующего использована ортофталевая кислота, в примерах 4, 5 и 6 в качестве модификатора связующего использована изофталевая кислота, а в примерах 7, 8 и 9 - терефталевая кислота.

Составы предлагаемой композиции

Таблица 1
Компоненты	Состав композиции, мас.%
	По примерам
	1	2	3
1	2	3	4
Связующее - каучуки СКД и СКИ + индустриальное масло И-20	10,0	11,5	13,0
модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот - ортофталевая кислота	0,1	3,0	4,0
1	2	3	4
волокнистый наполнитель - волластонит	53,8	50,9	49,9
неорганический модификатор - барит	25,6	24,1	22,6
фрикционный модификатор - графит	3,0	3,0	3,0
фрикционный модификатор - углерод	1,7	1,7	1,7
вулканизующая группа - сера	3.5	3,5	3,5
вулканизующая группа - каптакс	0,3	0,3	0,3
вулканизующая группа - тиурам	1,5	1,5	1,5
вулканизующая группа - оксид цинка	0,5	0,5	0,5

Компоненты	Состав композиции, мас.%
	По примерам
	4	5	6
1	2	3	4
Связующее - каучуки СКД и СКИ + индустриальное масло И-20	10,0	11,5	13,0
модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот - ортофталевая кислота	0,1	3,0	4,0
волокнистый наполнитель - волластонит	53,8	50,9	49,9
неорганический модификатор - барит	25,6	24,1	22,6
фрикционный модификатор - графит	3,0	3,0	3,0
фрикционный модификатор - углерод	1,7	1,7	1,7
вулканизующая группа - сера	3,5	3,5	3,5
вулканизующая группа - каптакс	0,3	0,3	0,3
вулканизующая группа - тиурам	1,5	1,5	1,5
вулканизующая группа - оксид цинка	0,5	0,5	0,5

Компоненты	Состав композиции, мас.%
	По примерам
	7	8	9
1	2	3	4
Связующее - каучуки СКД и СКИ + индустриальное масло И-20	10,0	11,5	13,0
модификатор связующего из группы двухосновных органических кислот - ортофталевая кислота	0,1	3,0	4,0
волокнистый наполнитель - волластонит	53,8	50,9	49,9
неорганический модификатор - барит	25,6	24,1	22,6
фрикционный модификатор - графит	3,0	3,0	3,0
фрикционный модификатор - углерод	1,7	1,7	1,7
вулканизующая группа - сера	3,5	3,5	3,5
вулканизующая группа - каптакс	0,3	0,3	0,3
вулканизующая группа - тиурам	1,5	1.5	1,5
вулканизующая группа - оксид цинка	0,5	0,5	0,5

Далее проводили вулканизацию фрикционной композиции следующим образом.

Смесь поместили в предварительно прогретую фторопластовую форму и провели холодную подпрессовку композиции в прессе, создавая усилие Р=255 кгс/см² (25,5 МПа). Холодная подпрессовка проводилась с целью удаления воздушных включений. Далее форму вместе с композицией поместили в муфельную печь. Процесс вулканизации вели при температуре 185-190°С, продолжительностью 30 минут. По истечении времени образцы остудили до комнатной температуры. Затем отвержденные образцы поместили на испытание в разрывную машину Р-05.

Результаты физико-механических испытаний образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2
Составы композиции	Показатели
	изг. МПа	сжатия МПа	Коэффициент трения по стали	Линейный износ	Твердость по Бриннелю, усл. ед.
1	21,3	180	0,46	0,08	19,4
2	33,1	200	0,54	0,2	41,5
3	28,8	166	0,52	0,17	30,9
4	23,2	190	0,48	0,2	35,2
5	30,0	263	0,54	0,16	42,7
6	27,1	220	0,52	0,10	40,1
7	32,5	195	0,49	0,18	38,6
8	37,0	263	0,55	0,15	43,2
9	34,3	230	0,53	0,11	41,3

Пример 2

Брали навески каучуков СКД, СКИ-3, масло индустриальное И-20 и провели пластификацию каучуков в лопастном смесителе. Для этого, после загрузки навески каучуков в смеситель залили масло индустриальное И-20 и поместили в него вставку, которую затем поджали крышкой смесителя. Это позволило в течение 35-40 минут получить однородную запластифицированную смесь каучуков.

Далее ввели в смеситель все оставшиеся порошкообразные компоненты (см. табл.1). Время смешения компонентов в смесителе - 12 минут.

После смешения фрикционную массу выгрузили из смесителя, охладили и поместили в молотковую дробилку для измельчения. Измельченную массу поместили в пресс-форму для вулканизации, которая была осуществлена следующим образом:

- холодная подпрессовка при давлении до 4 МПа;

- горячее прессование при давлении 20 МПа, температуре 185-200°С и выдержке в течение 5 минут;

- снятие давления и выдержка 5 минут;

- окончательное прессование при давлении 20 МПа и температуре 185-200°С в течение 7 минут.

Свойства образцов идентичны образцам, полученным по примеру 1.

Заявляемая композиция позволяет обеспечить стабильность коэффициента трения изготовленных на ее основе изделий и снизить выделение вредных веществ, в частности фенола, в окружающую среду при формовании изделий.