АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ

АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ


RU (11) 2188834 (13) C2

(51) 7 C08L63/00, F16C33/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2002.09.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2000124888/28 
(22) Дата подачи заявки: 2000.09.21 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.09.21 
(45) Опубликовано: 2002.09.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2153107, 20.07.2000. RU 2064614, 27.07.1996. US 5662993, 12.03.1997. SU 770127, 27.01.1996. 
(71) Имя заявителя: Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"; Закрытое акционерное общество "Астрин" 
(72) Имя изобретателя: Рыбин В.В.; Пономарев А.Н.; Николаев Г.И.; Абозин И.Ю.; Бахарева В.Е.; Малинок М.В.; Никитин В.А.; Петров В.М. 
(73) Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"; Закрытое акционерное общество "Астрин" 
(98) Адрес для переписки: 193015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49, ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей", директору института академику РАН И.В.Горынину 

(54) АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ 
Изобретение относится к наполненным полимерным композициям на основе тканого армирующего материала и термореактивного полимерного связующего, используемых для изготовления крупногабаритных деталей скольжения, работающих на водяной смазке. Композиция содержит армирующую ткань из углеродного волокна со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3-6 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1-4 нм и термореактивное полимерное связующее. Антифрикционная композиция дополнительно содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и средним размером частиц 60-200 нм. В качестве полимерного связующего композиция может содержать фенолформальдегидную смолу или хлорсодержащую полиглицидилариленаминовую кислоту. Технический результат - повышение прочностных показателей и износостойкости композиции. 3 з.п. ф-лы, 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к наполненным полимерным композициям, в частности к полимерным композициям на основе тканого армирующего материала и термореактивного полимерного связующего. Указанные композиции предназначены для изготовления крупногабаритных изделий антифрикционного назначения, например судовых опорных подшипников гребных валов диаметром до 0,7 м; торцевых уплотнений гидротурбин диаметром до 4 м; подшипников скольжения судовых рулей; подшипников направляющих аппаратов гидротурбин, насосов и др.
Обычно для изготовления перечисленных выше узлов используют сплавы цветных металлов - бронзу или баббит, однако узлы, изготовленные из бронзы или баббита, работают только при использовании масляной смазки. В этом случае происходит загрязнение акватории нефтепродуктами, что по современным экологическим требованиям недопустимо.
Известна наполненная композиция для изготовления торцевых уплотнений в узлах скольжения автомобиля, включающая углеродное перевитое волокно и фенолформальдегидную смолу [патент США 5662993, М.кл. F 16 D 69/02 опубл. 02.09.97] . Композицию получают пропиткой углеродного волокна с высоким модулем упругости 18-40%-ным раствором смолы в спирте так, что раствор не полностью заполняет пространства между волокнами, что обеспечивает грубую, пористую поверхность, которая захватывает достаточно масляной смазки. Детали, изготовленные из указанной композиции, работают с масляной смазкой при очень низкой скорости без "заедания" и скрипа.
Недостатком указанной композиции является то, что детали трения, изготовленные из нее, работают с масляной смазкой.
Известен антифрикционный материал, Orkot "JLM Marin" фирмы Maprom Engineering B. V. , Нидерланды, применяющийся для изготовления крупногабаритных деталей скольжения, работающих с водяной смазкой (см. копию проспекта). Указанный материал представляет собой антифрикционную композицию на основе тканого армирующего материала из синтетических волокон и термореактивного фенолформальдегидного связующего. Материал Orkot имеет сравнительно большую механическую прочность и размерную стабильность (объемное изменение размеров), однако эти показатели недостаточны для успешной эксплуатации изделий.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой композиции является антифрикционная композиция (патент РФ 2153107, МКИ C 08 L 63/00, опубл. 2000, БИ 21), включающий 40-57 мас.% термореактивного полимерного связующего и 43-60% ткани из углеродного волокна со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3-6 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1-4 нм.
Известная антифрикционная композиция имеет высокие прочностные показатели и низкую интенсивность изнашивания в процессе трения с водяной смазкой, что делает ее пригодной для изготовления крупногабаритных деталей трения. Однако в некоторых случаях, например для эксплуатации на судах на воздушной подушке, эти показатели недостаточны.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении прочностных показателей с одновременным снижением интенсивности изнашивания антифрикционной композиции.
Поставленная задача решается тем, что антифрикционная композиция, включающая армирующий тканый материал из углеродного волокна со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3-6 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1-4 нм и термореактивное полимерное связующее, дополнительно содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и средним размером частиц 60-200 нм, причем компоненты композиции взяты в следующих соотношениях, мас.%:

Углеродная ткань - 50,0 -51,0

Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры - 0,5 -1,5

Полимерное связующее - Остальное

В качестве полимерного термореактивного связующего композиция может содержать фенолоформальдегидную или хлорсодержащую полиглицидиларилендиаминовую смолы.
Антифрикционная композиция, содержащая в качестве полимерного термореактивного связующего фенолформальдегидную смолу, пригодна для изготовления высокоскоростных деталей трения, работающих со скоростью от 0,5 до 15-20 м/с при контактном давлении 5-10 МПа.
Антифрикционная композиция, содержащая в качестве полимерного связующего хлорсодержащую полиглицидиларилендиаминовую (эпоксидную) смолу, пригодна для изготовления тяжелонагруженных деталей трения, работающих при контактном давлении до 60 МПа, но при низкой скорости скольжения (0,001-0,5 м/с).
В случае, когда антифрикционная композиция содержит в качестве связующего фенолформальдегидную смолу, она дополнительно включает 4-10% от массы смолы непредельной жирной кислоты, например олеиновой, линолевой и т.п.
В качестве связующих заявляемая композиция содержит вещества, выпускаемые промышленностью, например фенолформальдегидные смолы по ГОСТ 901-78 или хлорсодержащие полиглицидиларилендиаминоалканы по ТУ 2225-512-00203521-94.
Отвердители, ускорители и модификаторы связующих, используемых в заявляемой композиции, а также их соотношения предложены заявителем.
Углеродная ткань, используемая в заявляемой композиции, получена карбонизацией вискозной ткани так, как это описано в патенте РФ 2153107.
Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа выделены заявителями из катодного депозита, полученного при термическом распылении графитового анода в плазме дугового разряда, и идентифицированы им. Указанные наноструктуры имеют характерное межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм и средний размер частиц 60-200 нм. Наноструктуры в виде дисперсии в бензоле наносятся на углеродную ткань перед пропиткой ее полимерным связующим.
Далее заявляемое изобретение иллюстрируется примерами.
Пример 1. На ткань из углеродного волокна со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3-6 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1-4 нм наносят дисперсию полиэдральных многослойных углеродных наноструктур в бензоле. Обработанную ткань высушивают на воздухе. Содержание наноструктур в ткани 2 мас.%.
В реактор загружают 118 кг раствора фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте (лак бакелитовый марки ЛБС-9 по ГОСТ 901-78). Концентрация раствора -38%). Добавляют при перемешивании 3,5 кг олеиновой кислоты. Раствор заливают в ванну пропиточной машины и пропитывают 50,5 кг углеродной ткани. Скорость пропитки - 1 кг/мин, температура в сушильной камере пропиточной машины 100-120oС. Из полученной антифрикционной композиции методом горячего прессования при температуре 140oС и давлении 5МПа изготавливают образцы. Время выдержки при температуре прессования составляло 2 ч.
Полученную антифрикционную композицию исследовали по следующим показателям:

1. Интенсивность изнашивания (износостойкость):

I в мм на 1000 ч эксплуатации при контактном давлении 5 МПа, скорости скольжения 12 м/с, машина трения типа СМЦ, смазка водой, контртело - бронза, методика СТП 90-067-97.
2. Прочностные показатели:

разрушающее напряжение при растяжении, МПа по ГОСТ 23802-79; разрушающее напряжение при сжатии параллельно слоям, МПа по ГОСТ 23803-79.
Состав и физико-механические свойства композиции представлены в таблице 1.
Примеры 2 и 3. Антифрикционные композиции получены как в примере 1, но состав композиции другой.
Составы и физико-механические свойства композиций представлены в таблице 1.
Пример 4 (контрольный). Антифрикционная композиция получена как в примере 1, но на ткань из углеродного волокна нанесена дисперсия графита марки С-1 (ГОСТ 6.08-431-75).
Состав и физико-механические свойства композиции представлены в таблице 1.
Для сравнения в таблице 1 приведены также физико-механические свойства материала Orkot и антифрикционной композиции по патенту РФ 2153107, не содержащей полиэдральных многослойных углеродных наноструктур.
Пример 5.
Углеродную ткань обрабатывают, как в примере 1.
В реактор загружают 30 кг хлорсодержащего полиглицидиларилендиаминометана (ТУ 2225-512-00203521-94), нагретого до 70oС, 26 кг ацетона, перемешивают в течение 15 мин до полного растворения. Затем в реактор загружают 17 кг дихлордиаминодифенилметана (содержание хлора в связующем 20 мас.ч. на 100 мас. ч. полимера). В смесь вводят 1,5 кг ускорителя отверждения - продукта конденсации сланцевых алкилрезорцинов с борной кислотой и перемешивают 20 мин до полного растворения компонентов. Ускоритель был специально синтезирован авторами для использования в составе связующего. Пропитку опытной углеродной ткани (50,5 кг) и прессование образцов производят как в примере 1. Температура сушильной камеры пропиточной машины 80-100oС. Состав композиции и физико-механические свойства представлены в табл. 2.
Примеры 6 и 7. Антифрикционные композиции получают как в примере 5, но состав композиции другой.
Составы и физико-механические свойства композиций представлены в табл. 2.
Пример 8 (контрольный). Антифрикционную композицию получают как в примере 5, но на ткань из углеродного волокна наносят дисперсию графита марки С-1 (ГОСТ 6.08-431-75).
Состав и физико-механические свойства композиции представлены в табл. 2.
Для сравнения в таблице 2 приведены также физико-механические свойства материала Orkot и антифрикционной композиции по патенту РФ 2153107.
Свойства антифрикционных композиций в примерах 5-8 оценивались по тем же методикам, что и в примерах 1-4, но учитывая условия эксплуатации была изменена методика определения интенсивности изнашивания. Испытания проводили при контактном давлении 40 МПа, скорости скольжения 0,1 м/с, смазке водой в паре с нержавеющей сталью.
Как видно из таблиц 1 и 2, заявляемая композиция имеет более высокие прочностные показатели, чем композиция, не содержащая полиэдральных многослойных углеродных наноструктур, что сопровождается снижением интенсивности изнашивания, то есть повышением износостойкости. Добавление мелкодисперсного графита (примеры 4к и 8к) приводят к снижению прочностных показателей, не увеличивая изностойкости. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Антифрикционная композиция, включающая армирующий тканый материал из углеродного волокна со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3-6 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1-4 нм и термореактивное полимерное связующее, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и средним размером частиц 60-200 нм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углеродная ткань - 50,5-51,0

Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры - 0,5-1,5

Полимерное связующее - Остальное

2. Антифрикционная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего содержит фенолформальдегидную смолу.
3. Антифрикционная композиция по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит непредельную кислоту, например олеиновую, взятую в количестве 4-10% от массы фенолформальдегидной смолы.
4. Антифрикционная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего композиция содержит хлорсодержащую полиглицидилариленаминовую смолу.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к машиностроению, а именно способам изготовления, ремонта и обслуживания различных типов подшипников: подшипники качения и скольжения, магнитные подшипники, гидростатические подшипники, газостатические подшипники, способы формирования антифрикционной поверхности трения в подшипниках и др.


Новые технологии и изобретения. Подшипники качения и скольжения




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "подшипник качения". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("подшипник" или "качения").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+подшипник -качения".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "подшипник" будут найдены слова "подшипники", "подшипнику" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "подшипник!".


Рейтинг@Mail.ru