Антифрикционная полимерная композиция

Антифрикционная полимерная композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Л.А.Бланк, Е.Л.Клибанов, Ю.А.Паншин, Э.М.Бежанишвили, И.М.Калнинь, Ю.А.Шапошников П.Афонский

t с (72) Авторы изобретения (7t) Заявитель (54) АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к термопластичным композициям на основе сополимера этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ), которые могут быть использованы для изготовления различных деталей антифрикционного назначения, со" четающих высокую износостойкость с теплостойкостью ы механической прочностью, например для изготовления методом литья под давлением поршневых ко". в лец для компрессоров, а также втулок подшипников, манжет для уплотнения штоков и т.п.

Известны композиции на основе политетрафторэтилена (ПТФЗ) и наполнителей> из которых наилучшими антифрикционными свойствами (например, при применении в качестве поршневых колец) обладают композиции с молотым коксом, у которых высокая изно состойкость 1) .

Недостатками этой композиции явля ются низкие механические свойстваразрушающее напряжение при растяжении материала 4К20 130 кгс/см, модуль упругости 8060- 10000 кгс/см, твердость 5 кгс/см, склонность к пол1 зучести (хладатекучести) и невысокое сопротивление деформациям под нагрузкой. Кроме того, такие композиции недостаточно технологичны, так как они не могут перерабатываться в изделие производительным и экономичны методом литья под давлением.

Наиболее близкой к изобретению по составу и достигаемому результату является антифрикционная полимерная композиция, которая включает сополимер этилена с тетра4торэтиленом (ÝÒÔÝ) и 10-293 графита. Известная композиция обладает хорошими антиФрикционными свойствами, теплостойкостью и термостабильностью. КоэфФициент трения (без смазки) такой композиции составляет 0,16-0,4б PJ.

Однако эксплуатационные характеристики известной композиции сравнительно невысоки. Так, эксплуатационЦель изобретения - повышение теплостойкости и стойкости к износу.

Поставленная цель достигается тем, что композиция, содержащая сополимер этилена и тетрафторэтилена и графит, дополнительно содержит волокнообразный наполнитель, выбранный из группы включающей стекловолокно, углеродное волокно и асбест, при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Сопопимер этилена с тетрафторэтиленом 60-93

Графит 4-15

Волокнообра зный наполнитель 3" 25

Введение волокнообразного наполнмтеля в количестве менее 33 не обеспечивает существенного улучшения з эксплуатационных характеристик, а введение свыше 253 волокнообразного наполнителя значительно затрудняет переработку материала и вызывает его охрупчивание, Для улучшения антифрикционных свойств и перерабатываемости литьем под давлением предлагаемая композиция дополнительно может включать нивкомолекулярный тонкодисперсный

1ПФЗ в количестве 0,5" 103 от общей массы композиции. 8 качестве сополимера ЗТФЗ может быть использован сополимер, содержащий 40-603 тетрафтщ)этилена. и р и и е р ы 1-8. В лопастной смеситель загружают поровкообразный сополимер ЗТФЭ (содержвние тетрафторэтилена 50 мол. 3, показатель текучести расплава при 300 С 20 г/10мин, графит литейный марки П1С (ТУ 2159

25-67)и волокнообрвзный наполнитель:рубленое стеклянное или углеродное волокно со средней длиной волокон 5-10 мм и диаметром 10"15 мкм, а также асбест (коротковолокнистый отсев). Эти компоненты перемешивают при скорости вращения мешалки

1400 об/мин в течение 15 мин, 2S

3 89959 ная теплостойкость поршневых колец изготовленных из известной композиции составляет лишь 150 С, наработка на отказ колец 3500 ч, а износостойкость 6,8 10 г/ч. Кроме того, механические свойства композиции недостаточно высоки (разрушающее напряжение при растяжении не превышает

180-250 кгс/см,а твердость 56,7 кгс/мм). 1О

7 4

ll р и м е р ы 9-11. Композиции образцы и детали иэ них готовят аналогично примерам 1-8, но в композицию дополнительно вводят порошкообразный тонкодисперсный ПТФЭ с молекулярным весом 40000 и температурой плавления 315 С.

П р и и е р ы 12-14 (контрольные). Композиции,образцы и детали иэ них готовят аналогично примерам 1-8 но беэ введения волокнообразного наполнителя.

Ко .позиции, полученные по примерам

1-11, подвергают грануляции на одночервячном экструдере при температуре по зонам 260, 285 и 330 С (на головке). Из полученных гранул подготавливают методом литья под давлением при 300, 320 и 330 С (на головке) поршневые кольца. Из этих гранул изготавливают методом горячего прессования при 300 С и удельном давлении 250 кгс/мм образцы для испытаний (листы 100х130хТ 5 мм диски диаметром 30 мм и толщиной 5 мм, бруски

10х 15х720 мм).

Испытания на разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение производят согласно

ГОСТ 11262-76 на вырубленных из листов лопатках с шириной рабочей части 6,5 мм при 20 С и скорости деформации 100 мм/мин. Теплостойкость по

Вика и твердость по бриннелю определяют на дисках диаметром 30 мм по

ГОСТ 15065-69 и ГОСТ 4670-77, соответственно. Величину коэффициента трения и износа определяют в условиях сухого торцевого трения. образцов в виде цилиндров диаметром 6 и высотой 15 мм, вытачиваемых из брусков 10х15х120 мм.

Испытания проводят при скорости скольжения образцов 2 и/с и удельном давлении 7 кгс/см2 . Величину износа определяют на аналитических весах по уменьшению веса образцов (с точностью до О, 1 мг).

Состав композиций полученных по примерам 1-14, приведены в табл. 1.

В табл, 2 представлены свойства композиций.

Из табл. 2 видно, что предлагаемая композиция обладает значительно более высокими износостойкостью и физико"механическими свойствами (теплостойкрстью, твердостью, прочностью) по сравнению с известной композицией, Износостойкость предлагаемой компози97

Таблица

Компоненты,. мас. ь

Пример ополимер

ЭТФЭ волокнообразный наполнитель ни з комоI ле куля рный тонкодисперсный

ПТФЭ графит

I углерод- асбест теклоолокно ное волокно

25

10

5 8995 ции в среднем в 3-5 раз, а величина теплостойкости по Вика на 20-40 С превышают аналогичные показатели известной.

Эксплуатационные характеристики деталей узлов трения, изготовленных из предлагаемых композиций, определяют путем стендовых и эксплуатационных испытаний поршневых .колец в холодильных компрессОрах. Этим испытаниям 1О подвергают поршневые кольца, изготовленные из композиции по примеру 3, кольца, изготовленные из известной композиции по примеру 11, а также кольца. из серийной полиамидной композиции ТНК-2-Г5. Величйну эксплуатационной теплостойкости определяют по максимальной температуре, зафиксированной в процессе длительной эксплуатации компрессора (300 ч) za при воздействии которой поршневые кольца сохраняют свою форму, а компрессор - свои теплоэнергетические характеристики. Величина эксплуатационной теплостойкости пореневых колец из композиций на основе сополимера ЭТФЭ, как правило, на

30-40 превышает величину теплостойкости по Вика соответствующих композиций. Таким образом, теплостойкость по Вика является косвенной характеристикой эксплуатационной теплостойкости.

Надежность колец в эксплуатации оценивают в соответствии с ГОСТ !337775 по величине средней наработкь; до отказа (ожидаемая продолжительность эксплуатации колец до первого отказа). Относительный срок службы колец (долговечность) прогнозируют по скорости изнашивания пары гильза-кольцо, исходя из предельно допустимого состояния пары. 3а базовое значение долговечности принят срок службы серийно применяемых кореневых колец из ТНК-2-15 °

Результаты стендовых и эксплуатационных испытаний приведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что изготовлен" ные из предлагаемой композиции поршневые кольца имеют величину эксплуатационной теплостойкости на 30 С выше, чем кольца, изготовленные из известной композиции, и на 60 С выше, чем кольца, изготовленные из материала ТНК-2- 15. У колец, изготовленных из предлагаемой композиции

1 больше срок службы и наработка на отказ.

Изобретение позволяет получить на основе сополимера ЭТФЭ новый антиФрикционный материал с ценным комплексом свойств, сочетающим повышенные эксплуатационные характеристики (износостойкость, эксплуатационная теплостойкость, срок службы, средняя наработка до отказа)с механической прочностью и хорошей перерабатыва" емостью в иэделия производительным и экономичным методом литья под давлением без механической обработки.

899597

Продолжение табл.1

Пример волокнообразный наполнитель

60

0,5

85 5

10

10

10

12

14 (известный) 85

15 сополимер грант

ЭТФЭ

Компоненты, мас.3 .стекло- углерод- . асбест волокно ное ! волокно

I ниэкомоле, кулярный тонкодисперсный

ПТФЭ

899597

10 одуль

Твердость по БринРазрушаю

ТеплостойИзнос, .

10 " гlч

Пример кость по

Вика, С нелю, кгс/мм

14100 0,39

7,>

288 135

3,5

10,5 42000 О,72

374 169

1,2

25800 0,45

9,8

317 148

25000 0,43

9,6

1 3

309 147

1,4

25800 0,40

273 148

9 5

8,4

27500 0,27

150

330

10,9 43500 0,58

1,2

306

170

23600 0,44

1,5

9,4

302

1,0

0,39

349 147

9 5

0,6

0,28

280 131

24600 0,30

0,6

9,2

343 142

251 129

10600 О, 31

10,9

6,8

21,0

6,7

128

263

14200 0,29

7,0

214

132

14 (иэвестный) щее напряжение при рас.тяжении, кгс/см

М упругости при изгибе, кгс/см

Таблица 2

Коэффициент трения

899597

Таблица 3

Композиция

Эксплуатационная теплостойкость, OC

Коэффициент трения со смазкой

Средняя

"наработка до отказ, ч

Относительный срок службы

4,0

0, 0 7

Предла г аемая

5000

0,08

Известная

150

3500

2,5

ТНК«2-15

0,09

120

1500

1,0

Формула изобретения

Составитель В. Ьалгин

Редактор Г.Кацалап Техред Л.Пекарь Корректорд Ференц

Заказ 12056/32 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113835, Москва,Ж-35, Рауаская наб.,д.4/5

Т «

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Антифрикционная полимерная композиция, содержащая сополимер этилена с тетрафторэтиленом и графит, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повыаения теплостойкости и стойкости к износу, она дополнительно содержит волокнообразный наполни" тель, выбранный из группы, включающей стекловолокно, углеродное волокно и асбест, при следующем соотноше" нии компонентов, мас.4:

Сополимер этилена с тетрафторэтиленом 60-93 и

Графит 4-15

Волокнообразный наполнитель 3-25

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Паншин Ю,А. и др. Фторопласты

Л., "Химия", 1978, с. 217.

2.Киричек Б.И. и др. Антифрикционные материалы на основе фтороплестов

Ф-4 и Ф-40П.-"Технология судостроения", 1971, Н 6, с.86-92 (прототип).