фрикционный полимерный материал
Классы МПК: | C08L61/10 продукты феноло-формальдегидной конденсации C08K13/02 органические и неорганические компоненты C08J5/14 изготовление абразивных или фрикционных изделий или материалов |
Автор(ы): | Лапицкий Валентин Александрович (RU), Колесников Владимир Иванович (RU), Сычев Александр Павлович (RU), Лапицкий Александр Валентинович (RU), Колесников Игорь Владимирович (RU), Гольцев Артём Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-12-26 публикация патента:
27.09.2010 |
Изобретение относится к области получения фрикционных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей. Материал выполнен из композиции, включающей связующее (А), в качестве которого используют каучук, предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с М.М. 400-1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам при использовании метакриловой кислоты в количестве 0,3-0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола 0,05-1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок используют алкилфенолоформальдегидную смолу и смесь оксидов металлов в соотношении TiO2:V2O5 :WO3 от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: вышеуказанное связующее 100, алкилфенолоформальдегидная смола 5÷20, порошковый наполнитель 100÷400, волокнистый наполнитель 50÷200, смесь окислов металлов 3÷20. Изобретение обеспечивает повышение теплостойкости, прочности и срока службы фрикционного материала и долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия. 2 табл.
Формула изобретения
Фрикционный полимерный материал, выполненный из композиции путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков (А) со смолами, включающими эпоксидный компонент, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей (порошкового и волокнистого), отличающийся тем, что в качестве связующего используют каучук, предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с М.М. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам при использовании метакриловой кислоты в количестве от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок используют алкилфенолоформальдегидную смолу и смесь оксидов металлов в соотношении TiO2:V2O5:WO3 от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.
Вышеуказанное связующее | 100 |
Алкилфенолоформальдегидная смола | 5÷20 |
Порошковый наполнитель | 100÷400 |
Волокнистый наполнитель | 50÷200 |
Смесь окислов металлов | 3÷20 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к фрикционным полимерным материалам на основе каучуков, вулканизирующих компонентов, наполнителей и различных добавок и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей.
Известны фрикционные полимерные материалы на основе бутадиеновых каучуков со смолами, вулканизирующими добавками типа серы, тиурана и других серосодержащих веществ, включающих наполнители минеральные порошки, неорганические волокна, металлическую стружку (см. «Энциклопедию полимеров», т.3, изд. «Советская энциклопедия», М., 1977, стр.786-788). Аналог 1.
Такие фрикционные полимерные материалы наряду с определенными ценными свойствами имеют существенный недостаток. Авторами установлено, что серосодержащие тормозные колодки при эксплуатации вызывают диффузию серы в поверхность металлической пары с последующим взаимодействием ее с легирующими металлами, входящими в состав пары, что вызывает ускоренное разрушение поверхности колеса или диска при торможении.
Известны также полимерные резинотехнические изделия на основе бутадиеновых каучуков с использованием вулканизирующих добавок, не содержащих серу, а именно алкилфенолоформальдегидных смол (см. «Энциклопедию полимеров», т.1, стр.543). Аналог 2.
Однако, устраняя сернистые соединения, вводится смоляной компонент, который лишь частично связывается с каучуками. Кроме того, все полимерные фенолформальдегидные смолы всегда содержат свободный фенол (до 10% и более), который вообще не связывается с каучуками, что приводит к снижению прочности и фрикционных свойств отвержденных (вулканизированных) изделий.
Ближайшим прототипом заявленного технического решения является фрикционный полимерный материал, получаемый путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков, предварительно обработанных на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с метакриловой кислотой (см. патент RU 2307841 от 10.10.2007 г.), включающим эпоксидный компонент, вулканизирующие добавки и смесь наполнителей - порошкового и волокнистого (см. патент России RU 2175335, бюл. № 30, 2001 г.).
Недостатком этого фрикционного материала является недостаточная стабильность эксплуатационных характеристик во времени.
Целью данного изобретения является повышение стабильности характеристик фрикционного материала и повышение долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия.
Поставленная цель достигается тем, что фрикционный полимерный материал, выполненный из композиции путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков со смолами, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей - порошкового и волокнистого, отличается использованием в качестве связующего каучук (А), предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с м.м. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок использованием алкилфенолформальдегидной смолы, в частности n-третбутил- или n-октилфенолоформальдегидные смолы и дополнительно смесь окислов трех металлов в соотношении TiO2:V2O5:WO3 от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.:
Вышеуказанное связующее | 100 |
Алкилфенолоформальдегидная смола | 5÷20 |
Порошковый наполнитель | 100÷400 |
Волокнистый наполнитель | 50÷200 |
Смесь окислов металлов | 3÷20 |
Продукты взаимодействия эпоксидных диановых смол с метакриловой кислотой в присутствии третичных аминов в стехиометрическом количестве известны и как дивинилэфирные смолы. Однако они оказались недостаточно эффективны в данном случае.
Продукты же взаимодействия эпоксидных смол с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола впервые получены авторами и применены впервые в данном изобретении.
Пример 1.
Получение продукта взаимодействия
В реактор, снабженный обогревателем и мешалкой, загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-16 с ММ=600 и содержанием эпоксидных групп 16% и нагревают до 70°С, после чего загружают при перемешивании 8,8 мас.ч. метакриловой кислоты (0,55 от стехиометрического количества, т.е. от эквимолекулярного) и 0,53 мас.ч. катализатора - метилимидазола. В течение 60 мин температуру поднимают до 90°С и выдерживают при перемешивании еще 60 мин. Полученный продукт выгружают в противни и охлаждают до комнатной температуры.
Продукт имеет следующие характеристики:
внешний вид - твердый желтый, прозрачный продукт;
содержание эпоксидных групп - 9%;
температура плавления - 56°С.
Получение фрикционного полимерного материала
Бутадиеннитрильный каучук марки СКН-40 в количестве 78 мас.ч. подвергают обработке на вальцах с фрикцией 1,3, при температуре 55°С в течение 5 мин, после чего добавляют 22 мас.ч. продукта взаимодействия и вальцуют в течение 10 мин при 65°С.
Далее вводят вулканизирующую добавку - 12 мас.ч. третбутилфенолоформальдегидной смолы и смесь наполнителей: 250 мас.ч. барита и 125 мас.ч. рубленого стекловолокна диаметром 13 микрон и смесь оксидов металлов в соотношении TiO2 :V2O5:WO3 от 1:2:2 до 2:1:1.
После введения указанных компонентов смесь вальцуют при 85°С в течение 12 мин. с четырехразовым подрезанием вальцуемой массы.
Полученный таким образом фрикционный материал перерабатывают в изделия путем прессования в пресс-формах или экструзией. Температура вулканизации материала 190°С, выдержка 3,5 мин на каждый миллиметр толщины.
Примеры 2 7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением состава и параметров в соответствии с табл.1.
Свойства материалов по заявляемому способу приведены в табл.2.
Из табл.2 видно, что заявляемый способ обеспечивает получение фрикционных материалов, которые в отличие от прототипа не снижают прочности после 300 суток эксплуатации, а прочность при сжатии даже возрастает. У прототипа прочностные показатели после такого же воздействия значительно снижаются.
Таблица 2 | ||||||||
Свойства изделий получаемых из фрикционных полимерных материалов по примерам 1-6 в сравнении с прототипом | ||||||||
Наименование показателя | Величина показателя | |||||||
прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
Прочность при изгибе при 20°С, МПа | 82 | 82 | 80 | 86 | 78 | 70 | 80 | 84 |
То же через 300 суток эксплуатации | 70 | 74 | 75 | 70 | 76 | 82 | 76 | 80 |
Прочность при сжатии при 20°С, МПа | 80 | 78 | 80 | 76 | 82 | 78 | 76 | 81 |
То же через 300 суток эксплуатации | 68 | 82 | 86 | 90 | 87 | 84 | 88 | 82 |
Коэффициент трения | 0,48 | 0,48 | 0,49 | 0,52 | 0,50 | 0,45 | 0,43 | 0,47 |
То же через 300 суток эксплуатации | 0,40 | 0,48 | 0,49 | 0,52 | 0,50 | 0,45 | 0,43 | 0,47 |
Класс C08L61/10 продукты феноло-формальдегидной конденсации
Класс C08K13/02 органические и неорганические компоненты
Класс C08J5/14 изготовление абразивных или фрикционных изделий или материалов