композиция для получения фрикционного материала

Формула изобретения

Композиция для получения фрикционного материала, содержащая бутадиеннитрильный каучук, фенолформальдегидную смолу, порошок меди, барит, графит и базальтовое волокно, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углеродное волокно и окись магния, а также порошок диабаза с величиной частиц 0,1-0,7 мм при следующем соотношении компонентов в мас.%

Бутадиеннитрильный каучук	1-7
Фенолформальдегидная смола	11-25
Порошок меди	7-9
Барит	17-19
Углеродное волокно	11-13
Графит	6-10
Окись магния	1-3
Порошок диабаза	2-4
Базальтовое волокно	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения композиционных соединений на основе фенолформальдегидных смол, в частности фрикционных материалов для элементов конструкции тормозных устройств.

Известны композиционные соединения, например фрикционный материал по а.с. 787433, содержащий фенолформальдегидную смолу, смесь волокнистых наполнителей, органические и неорганические модификаторы, фрикционные, металлические и металлоокисные добавки.

Недостатком данного материала является повышенный износ при работе в условиях коррозийной, водородсодержащей среды.

Наиболее близким из аналогов по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является «Композиция для изготовления фрикционного материала» по патенту РФ №2034869, содержащая бутадиеннитрильный каучук 2-4 мас.%, фенолформальдегидную смолу 12-14 мас.%, порошок меди 9-10 мас.%, барит 16-20 мас.%, глинозем 9-11 мас.%, бронзовую стружку 4-6 мас.% блокированный капролактамом 2,4-толуилендиизоцианат 0,5-3 мас.%, графит 1-2 мас.% и базальтовое волокно - остальное. Данная композиция с предложенным соотношением компонентов обеспечивает высокую прочность материала и позволяет иметь стабильные фрикционные характеристики в интервале рабочих температур до 500-600°С в условиях сухого трения.

Недостатком данного материала является значительное повышение износа при работе в коррозионной, водородсодержащей среде, возникающего в результате эффекта водородного изнашивания, проявляющегося при температурах свыше 500°С.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение фрикционных свойств материала, с получением технического результата в виде оптимизации влияния водородного изнашивания и снижения величины износа материала при его работе в коррозионных водородсодержащих средах (вода, углеводородные соединения и т.д).

Поставленная задача решается тем, что в известный материал, содержащий бутадиеннитрильный каучук, фенолформальдегидную смолу, порошок меди, барит, графит, и базальтовое волокно, дополнительно введены углеродное волокно, окись магния и порошок диабаза, величина частиц которого составляет 0,1-0,7 мм, при следующем соотношении компонентов; бутадиеннитрильный каучук 1-7 мас.%, фенолформальдегидная смола 11-25 мас.%, порошок меди 7-9 мас.%, барит 17-19 мас.%, углеродное волокно 11-13 мас.%, окись магния 1-3 мас.%, порошок диабаза 2-4 мас.%, графит 6-10 мас.% и базальтовое волокно - остальное.

В существующих композициях для получения материалов фрикционного назначения указанная совокупность существенных признаков не выявлена, что позволяет считать данное изобретение соответствующим критерию «новизна».

При работе тормозных устройств в режиме торможения относительно высокие скорости и усилия, возникающие в парах трения, обуславливают быстрое возрастание рабочих температур в местах контакта. Температура свыше 500°С и наличие коррозионной водородсодержащей среды создают условия для возникновения трибокрекинга, сопровождающегося выделением свободного водорода, который, вступая во взаимодействие с материалом тормозных элементов, вызывает значительное усиление действия эффекта водородного изнашивания, что соответственно ведет к повышенному износу фрикционного материала.

В предлагаемом техническом решении введение в известный материал порошка диабаза позволяет изменить водородный баланс. Частицы диабаза активно адсорбируют выделяющийся при трибокрекинге свободный водород, тем самым минимизируя его концентрацию в зоне контакта, что ограничивает развитие эффекта водородного изнашивания, оптимизируя его влияние на износ фрикционного материала, и в совокупности обеспечивает достижение заявленного технического результата. При снижении рабочих температур в зоне контакта происходит десорбция водорода в атмосферу, что позволяет многократно использовать адсорбционную способность диабаза.

Введение углеродного волокна увеличивает прочность, износостойкость и теплостойкость композиции, а наличие окиси магния - ее теплопроводность.

Указанные существенные признаки взаимосвязаны и изменение любого из них ведет к снижению характеристик заявленного материала. Так содержание диабаза в количестве менее 2 мас.% не обеспечивает величину рабочей емкости адсорбента, необходимую для нейтрализации эффекта водородного изнашивания. Содержание диабаза в количестве, превышающем 4 мас.%, снижает прочностные характеристики материала.

Применение порошка диабаза с частицами размером менее 0,1 мм снижает площадь поверхности адсорбента в пограничном слое фрикционного материала, соответственно уменьшает рабочую емкость адсорбента. Применение порошка с величиной частиц более 0,7 мм способствует возникновению абразивного износа контртела.

Остальные ингредиенты обеспечивают оптимальные физико-механические характеристики композиции в условиях сухого трения.

В качестве связующего используется фенолформальдегидная смола резольного или новолачного типа (в любом из вариантов явление водородного изнашивания проявляется одинаково) увеличение содержания которой свыше 25 мас.% снижает коэффициент трения, а уменьшение ниже 11 мас.% не обеспечивает необходимой теплостойкости материала.

Применение в качестве органического модификатора бутадиеннитрильного каучука в количестве более 7 мас.% снижает коэффициент трения, а менее 1 мас.% инициирует интенсивный износ контртела.

Наличие порошка меди в количестве менее 7 мас.% не обеспечивает достаточного теплоотвода и увеличивает износ, более 9 мас.% ухудшает ударную вязкость и прочность материала.

Неорганические модификаторы: графит, барит и окись магния в совокупности повышают теплостойкость, прочность и износостойкость материала, стабилизируют коэффициент трения, но уменьшение содержания каждого из них за пределы нижних значений заявленных соотношений ведет к увеличению износа, а концентрация свыше верхних значений приводит к снижению коэффициента трения за счет проявления смазывающих свойств ингредиентов.

Уменьшение содержания углеродного волокна, обладающего хорошими армирующими свойствами, ниже 11 мас.% не позволяет достичь оптимальных значений твердости и прочности материала, увеличение свыше 13 мас.% приводит к интенсивному износу контртела.

Заявленная совокупность отличительных признаков в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружена, что позволяет считать данное техническое решение соответствующим критерию «изобретательский уровень».

В табл.1 приведены примеры фрикционных композиций, в табл.2 - результаты испытаний.

В процессе экспериментов проводились исследования композиций с различными марками материала компонентов состава. В частности использовались фенолформальдегидные смолы СФ 312, СФ 342, СФ 381, СФП 011Л, СФП 015В; бутадиеннитрильные каучуки СКН 26М, СКН 26АСМ и др.; барит марок Б-1, Б-2, Б-4, Б-6; графит ГЛС, ГЛ-1, ГЛС-3. Все составы показали близкие характеристики при работе в водородсодержащих средах.

В качестве примера для приготовления композиции по табл.1 использовались следущие материалы: бутадиеннитрильный каучук СКН 26М ГОСТ 7738-79Е, фенолформальдегидная смола СФ 342 ГОСТ 18694-80, порошок меди ПМС 1 ГОСТ 4960, барит типа А марки Б-1 ГОСТ 4682-84, углеродное волокно марки ВМН-4, графит марки ГЛС ГОСТ 5420-74, окись магния, базальтовое волокно по ТУ 6-11-215-76.

В процессе отработки материала проводились лабораторные испытания образцов на машине трения И-47-К-54 при давлении 2,0 МПа, температуре в зоне контакта 20-700°С и скорости скольжения 16 м/с. Результаты испытаний показывают (см. табл.2), что при сохранении ряда основных технических характеристик прототипа, предлагаемый фрикционный материал позволяет снизить величину износа при работе в коррозийной среде в 1,5-1,6 раза по сравнению с известными аналогами.

Изготовление предлагаемого фрикционного материала осуществляется путем сухого смешивания в резиносмесителе по известным технологиям.

Результат испытания материала и возможность использования при его изготовлении общеизвестных технологий подтверждает соответствие предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Таблица 1
Компоненты	Прототип	Состав, мас%
		Контрольный		Предлагаемый
		1	2	1	2	3
Бутадиеннитрильный каучук	4	6,5	1,5	1	4	7
Фенолформальдегидная смола	12	11	25	11	18	25
Порошок меди	10	8	8	9	8	7
Барит	20	18	18	19	18	17
Углеродное волокно	-	13	11	13	12	11
Графит	2	8	8	10	8	6
Окись магния	-	1	3	3	2	1
Порошок диабаза: фракция
0,1 мм	-	1,5	-	4	-	-
0,5 мм	-	-	-	-	3	2
0,8 мм	-	-	4,5	-
Базальтовое волокно	33	33	21	30	27	24
Глинозем	11	-	-	-	-
Бронзовая стружка	5	-	-
Блокированный капролактамом 2,4-толуилендиизоцианат	3	-	-	-	-	-

Таблица 2
Свойства	Прототип	Состав, мас%
		Контрольный		Предлагаемый
		1	2	1	2	3
Коэффициент трения
- при сухом трении	0,34	0,37	0,37	0,37	0,38	0,37
- при трении во влажной атмосфере	0,3	0,35	0,35	0,36	0,36	0,36
Износ композиции, м 2/кгс·м
- при сухом трении	5,76	4,2	4,6	3,4	3,2	3,2
- при трении во влажной атмосфере	6,24	4,8	4,6	3,4	3,3	3,4
Износ чугунного контртела, м 2/кгс·м
- при сухом трении	0,24	0,2	0,23	0,2	0,2	0,2
- при трении во влажной атмосфере	0,24	0,2	0,23	0,2	0,2	0,2