Полимерная композиция

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬПолимерная композиция, включающая фенолформальдсгидную смолу резольною типа,рубленый волокнистый наполнитель, гексаметилентетрамин, оксинитрат металла и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве оксинитрата она содержит или медноцинковый оксинитрат, или магнийцинковый оксинитрат, или маппйпсадыщевьпй оксиниграт,или оксиъштрат меди и дополнительно - холестериловътй эфир пеларгоновой кислоты, полиэтилен и бутадиеновый латекс при следующем соотношении компонентов, мас.ч фенолформалгьдегидная смола резольного типа 100(71) Заявитель Белорусский государственный университет транспорта (ВЧ)(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет транспорта (В)рубленый волокнистый наполнитель 10 250 гексаметилентетрамин 4 - 10 указанный оксинитрат 1,5 22,0 холестериловый эфир пеларгоновойИзобретение относится к области машиностроения, в частности к созданию полимерных материалов на основе фенолформальдегиднык смол, предназначенных для изготовления антифрикционных элементов узлов трения машин и механизмов.Известна полимерная коьшозгщия, включающая фенолформадгьдегтщную смолу (100 мас. ч.), поливинилбутираль (10 мас. ч.) волокнистый наполнитель (80 - 250 мас. ч.), диаминофенол дигидрохлорид (0,1-0,8 мас. 11.), магннйцинковый оксихлорид (2-20 мас. ч.) и амннный отвердитель (4-1 О мас.ч.) 1.Недостатком известной полиъаерной композицгш является то, что ее компоненты при фрикционном взаимодействии образуют большоеколичество диффузионноспособного водорода,который накапливаясь в дефектах кристаллической решетки металлического контртела,способствует снижению его водородной износостойкостицНизкая адгезия связующего к волокнистому наполнителю приводит к уменьшению прочностных свойств полимерной композиции и к увеличению ее износа. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является полимерная композиция,включающая фенолформальдегидную смолу рсзольного типа (100 мас.ч.), рубленый волокнистый наполнитель (40-250 мас. ч.), гек 5поливв этиловом старте (1-10 мас. ч.),ненасыщенную полиэфирную смолу на основе продукта поликонденсации полиэтиленгликоля с малеиновым или фталевым ангидридом с вязкостью при 2 ОС 20-50 с (О,5-15 мас. ч.) оксинитрат алюминия (2-20 мас. ч), метазив (0,3-12 мас. ч.), сернокислый барий (01-3 мас. ч.) и минеральный наполнитель, выбранный из группы каолин, графит и двуокись кремнияНедостатком известной композиции является то, что вследствие плохой совместимости фенолформальдегидной и ненасыщенной полиэфирной смол материал, сформированный из известной композиции, характеризуется низкой ударной вязкостью и высоким износом в начальный момент трения. Вследствие высокой скорости старения полимерной смолы известная полимерная композиция имеет также низкую атмосферостойкость в условиях воздействия атмосферных факторов (влажность,загрязнения, суточные и сезонные изменения температуры окружающей среды, солнечная радиация и т. д.). Материал из известной композиции имеет низкий коэффициент теплопроводности, что приводит к накоплению в рабочем слое композита тепловой энергии, которая ускоряет процесс дегидрирования ее углеводородных компонентов и способствует накоплению диффузионноспособного водорода в поверхностных слоях металлического контртела. При этом в металле возникают остаточные растягивающие напряжения, которые ВЫЗЫВЗЮТ ЕГО охрупчивание И ОТДЕЛЕНИЕ частиц износа при малом числе циклов фрикционного взаимодействия. Сочетание компонентов приводит также к увеличению комкуемости порошка известной композиции при хранении, что требует дополнительных затрат на его измельчение перед прессованием изделий антифрикциотшого назначения 2.Предлагаемая полимерная композиция обеспечивает решение такой задачи, как получение изделий антифрикциониого назначения на основе фенолформальдетидных связующих.Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных свойств антифрикционных изделий за счет повышения адгезии связующего к волокнистому наполнителю при термоциклировании и коэффициента теплопроводности композиции, увеличения ее трещиностойкости, а также в снижении водородного износа чугунного контртела путем уменьшения концентрации диффузионноспособного водорода в зоне фрикционного контакта и в рабочем слое металла.Указанный технический результат достигается тем, что в полимерную композицию,включающую фенолформальдегидную смолу резольного типа, рубленый волокнистый наполнитель, гексаметилентетрамин, оксинитрат металла и минеральный наполнитель, дополнительно вводят или медноцинковый оксинитрат, или магнитоцинковый оксинитрат, или магнийкадмиевый оксинитрат, или оксинтттрат меди и дополнительно - холестириловый эфир пеларгоновой кислоты, полиэтилен и бутадиеновый латекс. При этом полимерная композиция содержит указанные компоненты в следующем соотношении мас. ч. фенолформальдегидная смолаДля получения полимерной композиции использовали резольную фенолформальдегидную смолу марок ЛБС-1 или ЛБС-3 (ГОСТ 901-78). Повышение степени сшивки связующего и прочности композиции достигали путем введения в ее состав аминного отвердителя, например, гексамитилентетрамина(ТУб-09-36-7 О). Оптимальное содержание гексаметилентетрамина в композиции определили экстрагированием исходя из достижения связующим максимальной степени сшивки.Повышения ударной вязкости и снижения износа композиции при воздействии знакопеременных циклических фрикционных нагрузок достигали введением в ее состав волокнистого наполнителя и бутадиеновою латекса (ГОСТ 11808-88). При этом в качестве волокнистого наполнителя могут быть использованы рубленые отходы химических волокон, например визкозньтх (ТУ 6-06-462-74),пошитамидных (ОСТ 638-84), пошаэфирньтх (ТУ 6-06-28-2-82) и полиакрилонитрилъных (ОСТ17-136-79) волокон. Введение указанныхволокнистых наполнителей и бутадиенового латекса выше оптимальной концентрации повышает износ полимерной композиции вследствие ухудшения ее прочностных свойств и теплопроводности, а ниже оптимальной концентрации - уменьшает адгезию связующего к волокнистому наполнители) и сопротивление материала трещинообразованию.Для повышения коэффициента теплопроводности и износостойкости полимерной композиции и для снижения водородного износа чугунного контртела в состав материала введены минеральный наполнитель, холестериловый эфир пеларгановой кислоты (ТУ 6-09-4414-77),полиэтилеи (ГОСТ 16337-70) и оксинитраты металлов, выбранные из группы медноцинковый оксинитрат, магнийцинковый оксинитрат и оксинитрат меди, магнийкадмиевый оксинитрат. В качестве минерального наполнителя могут быть использованы каолин (ГОСТ 19608-74), дисульфит молибдена (ТУ МХП РУ 9-42-64), двухокись кремния (ГОСТ 9077-59) и графит (ГОСТ 5420-74). Введение холестерилового эфира пеларгоновой кислоты, полиэтилена и минерального наполнителя выше оптимальной концентрации снижает прочностные свойства композиции, а ниже оптимальной концентрации - повышает ее износ. При введении оксинитратов металлов в композицию выше оптимальной концентрации снижается ее трещииостойкость и адгезия к волокнистому наполнителю, а ниже оптимальной концентрации - повышает водородный износ чугунного контртела. В настоящее время бутадиеновый латекс применяют в качестве клеющего вещества при производстве нетканых материалов. Все вышеперечисленные минеральные наполнители используются преимущественно в качестве заполнителей и питментов при изготовлении водоэмульсионных и масленных красок на основе полимерных связующих. Бутадиеновый латекс, холестериловый эфир пеларгоновой кислоты и полиэтилен использованы для повышения адгезии связующего к волокнистому наполнителю при термогппошровануш и коэффициента теплопроводности композиции, а также для повышения ее трещиностойкости. Дальнейшее повышение трещиностойкости и снижения износа композиции достигали дополнительным введением в ее состав рубленого волокнистого наполнителя, минерального наполнителя и оксинитратов металлов. При этом наблюдалось существенное снижение водородного износа чугунного контртела. Таким образом, в сравнении с известными техническими решениями заявляемый объект обладает существенными отличиями, при этом положительный эффектобусловлен всей совокупностью компонентов и их соотношением.Технология формирования изделий из разработанной полимерной композиции заключается в следующем. В фенолформалгьдегидную СМОЛУ ВБОДЯТ отвердитель, наполнители и целевые добавки. После сушки композицию измельчают и перерабатывают в изделия методом компрессионного прессования при давлении 40-60 кН/м 2, температуре 1 б 0-170 С и времени выдержки под давлением 1,0-1,5 мин/ мм толщины изделия.Составы и свойства материалов, полученных из исследуемых составов полимерных композиций приведены в таблице. Как видно из таблицы сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом снизить интенсивность изнашивания композиции в 2,12,35 раз и повысить в 1,84-2,18 раза водородную износостойкость чугунного контртела вследствие уменьшения в 1,972,8 раз содержания в нем диффузионноспособного водорода,увеличить в 1,5-1,87 раз адгезию композиции к волокнистому наполнителю при термоциклировании и повысить в 1,862,25 раз коэффициент ее теплопроводности, а также увеличить в 2,2-2,б раз трещиностойкость композиции. Отсутствие в полимерной композиции волокнистого и минерального наполнителей (состав ЧП), холестерилового эфира пеларгоновой кислоты и бутадиенового латекса(состав ЩИ), полиэтилена (состав 1 Х) и оксинитратов металлов (состав Х) приводит к ухудшению ее адгезионных, теплофизических и триботехнических свойств, а так же способствует повышению водородного износа чугунного контртела.Величину адгезии связующего к поверхности волокнистого наполнителя определяли по сопротивлению извлекания единичных волокон из блока образцов, изготовленных из полимерных композиций. Образцы для измерения имели Т-образную форму размером 60 х 60 мм и изготавливались таким образом, что один из концов волокна оказывался заключенным в балочку из композиции, расположенной перпендикулярно оси волокна. При испытании балочка из композиции закреплялась при помощи специальной рамки в верхнем зажиме,а свободный конец волокна в нижнем зажиме разрывной машины Д-10. При этом измеряли силу, необходимую для вырывания волокна из блока композиции. Перед испытанием образцы подвергали термоциклированию.Для этого образцы помещали в термоклав Нема, где выдерживали при температуре 60 С в течение суток, затем переносили в холодильную камеру НС 1. 250/70 и выдерживали при температуре 50 С в течение 9 часов. Трещиностойкость при растяжении хом позиции определяли по максимальной величине прогиба образцов под статической нагрузкой при появлении на их поверхности трещин. Коэффициент теплопроводности полимерных композиций рассчитывали по величине тепловых потоков, необходимых для создании заданных температур на торцевых поверхностях образца (прибор ИТ-ь - 400). Оценку износостойкостиКОНТРТСЛН. ОСУЩССТБЛЯЛИ на машине трения СМЦ 2 по схеме вал- частичный вкладыш при скорости 0,62 м/с и нагрузке 5,0 МПа (сухое трение). кСодержание водорода в чугунном контрТЕЛЕ ДО И ПОСЛЕ ТРСННЯ В КОНТЗКТЕ С ПОЛИМЕРНЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ ОПРЕДВЛЯЛИ МЕТОДОМ нагрева образцов в высоком вакууме с точностью до 5107 мэ/кг.Составы и основные свойства известной 2, заявляемой и исследуемых полимерных композиций1 2 1. Состав. 1. Фенолформальдешдная смола резольного типа (по сухому остатку) 1.1 Марки ЛБС-1 1.2 Марки ЛБС-З 2. Рубленый волокнистый наполнитель из отходов волокон5. Холестериловый эфир пеларгоновой кислотыПолиме ная композиция мас.ч. Иавест- Исслед емая 5 6 7 п 9Исслед емая УШ Х