close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9819

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 09K 3/10
C 08L 27/00
СОСТАВ КОМПОЗИЦИОННОГО ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО
МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20040076
(22) 2004.02.09
(43) 2005.09.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Белкард" (BY)
(72) Авторы: Струк Василий Александрович; Костюкович Геннадий Александрович; Кравченко Виктор Иванович; Овчинников Евгений Витальевич; Авдейчик Сергей Валентинович (BY)
BY 9819 C1 2007.10.30
BY (11) 9819
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Белкард" (BY)
(56) Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. - Киев: Технiка, 1985. С. 172-174.
Малевич А.М. и др. // Трение и износ. 1998. - Т. 19. - № 3. - С. 366-369.
Горбацевич Г.Н. Структура и технология углеродных герметизирующих материалов для статических и подвижных уплотнений: Автореф. дис. … канд.
техн. наук. - Новополоцк, 2002. - С. 3.
RU 2064614 C1, 1996.
JP 60065049 A, 1985.
JP 04236299 A, 1992.
SU 1812190 A1, 1993.
(57)
Состав композиционного герметизирующего материала, содержащий политетрафторэтилен и металлосодержащий углеродный наполнитель, отличающийся тем, что включает металлосодержащий углеродный наполнитель с содержанием металла 0,1-80,0 % от
массы наполнителя и дополнительно фторсодержащий олигомер c молекулярной массой
2000-5000 общей структурной формулы:
Rf-R1,
где Rf - перфторированный алкильный радикал, возможно содержащий атомы кислорода,
R1 - концевая группа -COOH, -OH, -NH2 или -СF3,
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
металлосодержащий углеродный наполнитель
1,0-40,0
фторсодержащий олигомер
0,1-1,0
политетрафторэтилен
остальное.
Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано
в машиностроении для изготовления узлов трения машин и механизмов различного назначения.
Известны композиционные герметизирующие материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), в состав которых введены различные функциональные добавки - сиалоны, графит, дисульфид молибдена и порошки оксидов, металлов, силикатов [1]. Дисперсность применяемых модификаторов составляет от 50-100 нм до 100-200 мкм. Введение
BY 9819 C1 2007.10.30
модификаторов в количестве от 5 до 40 мас. % позволяет существенно повысить износостойкость ПТФЭ и его нагрузочную способность. Вместе с тем, существенно снижается
ударная вязкость материала и прочность при растяжении, что обусловлено высокой вязкостью расплава ПТФЭ и его плохой смачивающей способностью по отношению к частицам
наполнителя.
Прототипом изобретения является состав композиционного материала на основе
ПТФЭ, содержащий в качестве функционального наполнителя углеграфитовое волокно в
сочетании с сухими смазками - графитом, дисульфидом молибдена и т.п. Такой материал
выпускают под торговой маркой "Флубон" [2]. Материал "Флубон" или его аналог "Флувис" применяют для изготовления деталей подвижных и неподвижных сопряжений в различных герметизирующих системах.
Недостатками прототипа являются невысокие прочностные характеристики, прежде
всего показатели прочности при растяжении, ударной вязкости и относительная невысокая износостойкость при эксплуатации узла трения без подвода внешней смазки.
Задачей изобретения является повышение износостойкости композиционного герметизирующего материала, в том числе при эксплуатации без смазки и увеличение прочностных характеристик материалов, в т.ч. показателя прочности при растяжении и твердость.
Поставленная задача решается тем, что состав композиционного герметизирующего
материала содержит политетрафторэтилен и металлосодержащий углеродный наполнитель с содержанием металла 0,1-80,0 % от массы наполнителя и дополнительно фторсодержащий олигомер с молекулярной массой 2000-5000 общей структурной формулы:
Rf - R1 ,
где Rf - перфторированный алкильный радикал, возможно содержащий атомы кислорода,
R1 - концевая группа -СООН, -ОН, - NH2 или -CF3,
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
металлосодержащий углеродный наполнитель
1,0-40
фторсодержащий олигомер
0,1-1,0
политетрафторэтилен
остальное.
Вариантом исполнения композиционного герметизирующего материала является использование смеси металлосодержащих наполнителей и смеси фторсодержащих олигомеров.
Сущность изобретения состоит в том, что применение металлосодержащего углеродного наполнителя в сочетании с фторсодержащим олигомером позволяет реализовать синергический эффект, заключающийся в одновременном повышении прочностных характеристик. Этот эффект обусловлен, с одной стороны, образованием прочной адгезионной
связи на границе раздела "матрица-наполнитель" за счет пластифицирования расплава политетрафторэтилена. Тождественность фторсодержащего олигомера и матрицы политетрафторэтилена обусловливает термомеханическую совместимость и пластифицирование
матрицы, находящейся в высокоэластическом состоянии. Наличие нанодисперсных частиц металла в углеродном компоненте увеличивает прочность армирующих агрегатов. С
другой стороны, в результате физико-механических превращений происходит образование соединений, по составу и свойствам близких к солям фторкислот, которые обладают
хорошими противоизносными свойствами.
Примеры составов композиционных герметизирующих материалов конкретного выполнения приведены в табл. 1.
2
BY 9819 C1 2007.10.30
Таблица 1
Составы композиционных герметизирующих материалов
Содержание, мас. %
Прототип
Компонент
Заявляемые составы
[2]
I
II
I
II
III
IV
V
VI
VII
Углеродный
наполнитель
- углеродное волокно
19,5
"Урал"
- углеграфитовое
19,5
волокно
"Вискум"
- углеграфитовое
волокно
"Урал" с содержа
0,5
0,75 19,5
39
44
нием
меди 0,01 мас. %
- углеграфитовое
19,5 19,5
волокно
"Вискум" с содержанием
меди 0,01 мас. %
0,5
0,5
- углеграфитовое
волокно
0,25 0,25
0,5
1
1
с содержанием меди
0,5
0,1 мас. %
0,5
-графит
-графит металлизированный с содержа
нием меди
- 5 % мас.
- 40 % мас.
-80 % мас.
Фторсодержащий
олигомер
-"Эпилам"
0,5
-"Фолеокс" Ф-1
0,05
0,1
0,5
1,0
1,5
-"Фолеокс"Ф -14
0,5
-политетрафторэтилен
80
80
99,2 98,9 79,5
59
53,5 79,5 79,5
Примеры изготовления композиционных герметизирующих материалов в соответствии с прототипом и заявленными составами представлены ниже. Прототип [состав I].
200 г углеграфитового волокна "Урал" измельчают на дисмембраторном измельчителе в
течение 30 мин. Полученный наполнитель в необходимом соотношении смешивают с
графитом коллоидным марки С-1 и порошкообразным политетрафторэтиленом марки Ф-4
в быстроходном лопастном смесителе в течение 30 мин до получения однородной композиции. Полученный материл перерабатывают в изделия по двухстадийной технологии.
На первой стадии осуществляют холодное прессование заготовок при 20 °С и давлении
3
BY 9819 C1 2007.10.30
50 МПа. Затем полученные заготовки спекают при температуре 270-350 °С в течение
10 часов в атмосфере воздуха. Из полученных заготовок методом фрезерования и точения
изготавливали образцы для проведения сравнительных испытаний по общепринятой методике. Триботехнические испытания проводили по схеме "пальчик-диск" при скорости
1м/с и удельной нагрузке 10 МПа при трении без смазки и со смазкой маслом марки
МС-20.
Прототип [состав II]. Технология изготовления и переработки данного композиционного материала аналогичны вышеописанным. В качестве наполнителя использовали углеграфитовое волокно марки "Вискум" производства ПО "Химволокно" г. Светлогорск.
Заявляемые составы [I-VII]. Технология изготовления и переработки композиционных
материалов заявляемых составов аналогичны описанным. Металлосодержащий углеродный наполнитель получали по двум технологиям.
По первой технологии. Углеродный наполнитель высушивали до удаления низкомолекулярных компонентов при температуре 100 ± 5 °С в течение 5-6 часов в слое толщиной
не более 1 см. После этого его обрабатывали водным или спиртовым раствором соли - источника металла. В качестве такой соли использовали муравьинокислые (формиаты) и
щавелевокислые (оксалиты) соли меди, свинца, цинка, никеля и др. металлов. При превышении некоторой температуры, превышающей температуру разложения, эти соединения разлагаются по следующим схемам:
↑
Tp
↑
Me (HCOO )n → Me + n H 2 + n CO 2 - для формиатов
2
Tp ↑
↑
Me (COO )n → M e + n CO 2 - для оксалатов.
Образующийся металл, находящийся в высокодисперсном состоянии взаимодействует
с углеродным носителем и образует металлосодержащий углеродный наполнитель. Содержание металла в наполнителе регулируется изменением концентрации раствора или
увеличением числа обработок. Размеры единичных частиц металла соответствуют размерам дефектов и не превышают 3-10 нм. Термообработку модифицированного солью наполнителя проводят в безокислительной среде во избежание окисления образующегося
металла. Для этого наполнитель обрабатывают 1-2 % мас. раствором фторсодержащего
олигомера. Металлсодержащий наполнитель измельчают на дисмембраторной мельнице в
течение 30 мин. Далее смешивают наполнитель и матрицу в лопастном смесителе до получения однородного состава.
По второй технологии металлосодержащий наполнитель получают осаждением частиц
металла на углеродную подложку в процессе химического восстановления из соответствующей соли. Для получения, например, медьсодержащих наполнителей используют соли
меди - сульфат, нитрат, формиат и т.п. Содержание металла в наполнителе в этом случае
регулируется временем химического восстановления. При такой технологии металл осаждается главным образом в дефектах поверхностного слоя и имеет размеры моночастиц не
более 30 нм. Отдельные моночастицы образуют более крупные конгломераты со слабыми
физическими связями. Такие конгломераты при сравнительно небольших механических
воздействиях разрушаются с образованием моночастиц, пластически деформирующихся
под воздействием контактного давления и напряжений сдвига. Частицы металлосодержащего углеродного наполнителя смешивают с полимерной матрицей в смесителе до получения однородной композиции. Прессование изделий осуществляется по вышеописанной
технологии. Физико-механические и триботехнические характеристики композиционных
материалов приведены в табл. 2.
4
BY 9819 C1 2007.10.30
Таблица 2
Физико-механические и триботехнические характеристики
Показатель для
материала
Характеристика
Прототип
Заявляемый состав
I
II
I
II
III
IV
V
VI
VII
1. Разрушающее
18,0 17, 0 19,0 25,0 30,1 23,0 18,0
32
31,5
напряжение при
растяжении, МПа
2. Твердость по
53
53
38
52
60
65
60
63
64
Бринеллю, МПа
3. Коэффициент
трения без смазки
- при нагрузке 5 МПа
0,22 0,20 0,20 0,22 0,22 0,23 0,25
0,22 0,22
- при нагрузке 10 МПа 0,15 0,13 0,13 0,13 0,14 0,13 0,20
0,15 0,17
- при нагрузке 15 МПа 0,25 0,25 0,10 0,08 0,07 0,08 0,10
0,10 0,10
- трение со смазкой и
при нагрузке 15 МПа
0,10 0,10 0,08 0,05 0,05 0,06 0,08
0,05 0,05
4. Интенсивность
изнашивания,
Jx107
- при нагрузке 5 МПа
3,5
3,2
2,8
1,8
1,7
1,75
1,9
1,65 1,63
- при нагрузке 10 МПа
3,2
3,0
2,6
1,7
1,6
1,7
1,8
1,70 1,71
- при нагрузке 15 МПа
5,8
5,5
2,4
1,5
1,53
1,4
1,6
1,53 1,45
5. Нагрузочноскоростной диапазон
применения [PV],
1 МПа, м/с
-при трении без смазки
8
8
10
12
14
14
14
15
15
-при трении со смазкой 10
10
12
15
18
20
20
21
22
Как следует из данных, предоставленных в табл. 2, заявляемые составы в заявленном
соотношении компонентов (II-IV,VI,VII) превосходят прототип по износостойкости,
прочности и имеют более высокий показатель [PV]. Уменьшение содержания компонентов (металлсодержащего углеродного наполнителя и фторсодержащего олигомера) ниже
заявленных пределов (состав I) приводит к снижению показателей физико-механических и
прочностных характеристик. Превышение содержания компонентов (состав IV) не дает
дополнительного эффекта. Замена марки фторсодержащего олигомера не снижает достигаемого эффекта, а увеличение содержания металла в металлсодержащем углеродном наполнителе обеспечивают увеличение триботехнических характеристик.
Разработанный композиционный и герметизирующий материал может быть использован для изготовления деталей статических и динамических (триботехнических) уплотнительных устройств различных машин, механизмов и технологического оборудования.
Источники информации:
1. Охлопкова А.А. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе полимеров и ультрадисперсных керамик: Автореф. дис....докт. техн. наук. Гомель, 1999. - С.25.
2. Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. - Киев: Технiка, 1995. - С. 195.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
108 Кб
Теги
by9819, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа