способ получения высокопрочного фрикционного пресс-материала

Формула изобретения

Способ получения высокопрочного фрикционного пресс-материала, включающий стадию приготовления связующего на основе водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы и модифицирующей эпоксидной добавки, с последующим введением неорганического волокнистого наполнителя, минерального порошка и смазки, отличающийся тем, что в качестве модификатора применяют водорастворимую эпоксидную смолу, полученную взаимодействием эпоксидной диановой смолы с молекулярной массой 340÷600 (А) с полиэтиленгликолем с молекулярной массой 350÷3600 (Б) и технической смесью диоксановых спиртов (В) в соотношении А:Б:В от 60:25:15 до 90:5:5 в присутствии третичного амина в количестве 0,1÷3% от веса (А+Б+В) путем перемешивания при 60÷90°С в течение 1÷3 ч с последующим введением 20÷80% водного раствора модификатора и смазки в состав водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы путем перемешивания без подогрева в течение 15 мин до гомогенного состояния с дальнейшим перемешиванием полученного продукта с неорганическим волокнистым наполнителем и минеральными порошками в смесительном оборудовании и сушкой для удаления воды до остатка не более 3% с последующим таблетированием и прессованием при 140-180°С, удельном давлении 10-23 МПа, выдержке 1-3 мин на 1 мм толщины пресс-изделия, при этом пресс-материал содержит, мас.ч.:

фенолоформальдегидная смола,
в пересчете на сухую массу	100
модификатор, в пересчете на сухую массу	20÷120
неорганический волокнистый наполнитель	40÷300
минеральный порошок	10÷90
смазка	1÷8

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения фрикционных пресс-материалов на основе водно-эмульсионных и водно-спиртовых фенолоформальдегидных смол, содержащих в качестве наполнителя неорганическое волокно и минеральный порошок, и может быть использовано при изготовлении тормозных накладок, дисков сцепления, а также при изготовлении высокопрочных конструкционных материалов для машиностроения, электротехники и других целей.

Известен фрикционный материал и способ его получения путем смешения фенолоформальдегидных смол с минеральными волокнами и минеральными порошками с использованием «технологической жидкости», например ацетона с последующей сушкой массы при Т=60÷80°С (см. Решение о выдаче патента России по заявке 2005.106961/04 (008436) от 10.03.2005 г.). Недостатками такого решения являются крайне низкие прочностные показатели по сравнению с другими армированными пластиками, т.е. при таком способе не реализуется возможность повысить прочность при сжатии и ударную вязкость материала в десятки раз, что характерно для композитов, содержащих стеклянное или базальтовое волокно.

Даже фенолоформальдегидные пресс-порошки, наполненные только древесной мукой или минеральным порошком, имеют величину разрушающего напряжения при сжатии в 2 раза выше, чем у аналога.

Кроме того, использование растворителей типа ацетона ухудшают условия труда и экологическую обстановку.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является композиция и способ получения фрикционного пресс-материла на основе водно-эмульсионных или водно-спиртовых фенолоформальдегидных смол с введением модифицирующей добавки на основе продукта взаимодействия борного ангидрида и эпоксидированного фенолоформальдегидного конденсата, полученного в среде этилцеллозольва (см. Патент РФ № 2280654 от 28 марта 2005 г.).

Фрикционный пресс-материал, получаемый по указанному патенту, превышает по прочностным показателям все известные материалы такого типа.

Однако и при изготовлении такого пресс-материала также недостаточно реализуется армирующий эффект сравнительно дорогих стеклянного и базальтового волокон. Кроме того, в процессе получения модифицирующей добавки используется органический растворитель.

Технической задачей заявляемого изобретения является многократное повышение прочностных свойств фрикционного пресс-материала на основе фенолоформальдегидных смол и исключение органических растворителей из процесса его получения.

Поставленная задача решается за счет получения водорастворимого эпоксидного модификатора путем взаимодействия жидкой эпоксидной диановой смолы с М.М.=340÷600 (А) с полиэтиленгликолем с М.М. 350÷3600 (Б) и технической смесью диоксановых спиртов (В) при соотношении А:Б:В от 60:25:15 до 90:5:5 в присутствии катализатора - третичного амина в количестве 0,1÷3% от веса (А+Б+В) при температуре 60÷90°С и постоянном перемешивании в течение 1÷3 часа с последующим введением 20÷80% водного раствора модификатора и смазки в состав водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы путем перемешивания без подогрева в цеховых условиях до гомогенного состояния с дальнейшим перемешиванием наполнителей и сушкой для удаления воды до остатка не более 3%, с последующим таблетированием и прессованием при 140-180°С, удельном давлением 10-23 МПа, выдержке 1-3 мин на 1 мм толщины пресс-изделия, при этом пресс-материал содержит (мас.ч.):

фенолоформальдегидная смола
в пересчете на сухую массу	100
модификатор в пересчете
на сухую массу	20÷120
неорганический волокнистый наполнитель	40÷300
минеральный порошок	10÷90
смазка	1÷8

Пример 1.

Получение модификатора

В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 100 мас.ч. смеси эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 с М.М. 400 (А), полиэтиленгликоля с М.М. 2000 (Б) и технической смеси диоксановых спиртов марки Т-66, представляющей собой смесь трех изомеров 4-метил-4-(2 гидроксиэтил)-1,3 диоксана, 4,4'-диметил-5 гидроксиметил-1,3 диоксана, 5-(2-гидрокси-2 пропил)-1,3 диоксана в разных соотношениях (описаны в А.С. СССР № 597696, 1976 г.) (В) в соотношении А:Б:В=25:15:10. Смесь перемешивают в течение 2-х часов при температуре 75°С. При этом происходит взаимодействие компонентов и образуется сополимер, легко растворимый в воде. К полученному продукту взаимодействия добавляют 200 мас.ч. дистиллированной воды и перемешивают до получения гомогенного раствора.

Получение пресс-материала

В лопастной смеситель загружают 100 мас.ч. (на сухую массу) водно-эмульсионной фенолоформальдегидной смолы - бакелит жидкий марки БЖ-1, после чего добавляют 60 мас.ч. (на сухой продукт) 50% водного раствора модификатора и перемешивают в течение 15 мин. Далее постепенно вводят 170 мас.ч. рубленого стекловолокна из бесщелочного стекла диаметром 13 микрон и после перемешивания добавляют 50 мас.ч. минерального порошка - каолина и 4,5 мас.ч. смазки - стеарата цинка и перемешивают до получения однородной массы.

Полученную массу отжимают для удаления избытка воды, затем подвергают сушке в вакуумно-сушильных шкафах в течение 60 мин при 80°С. После этого материал таблетируют при температуре 40°С, а затем прессуют в изделия при 150°С, удельном давлении 15 МПа и выдержке 1 мин/мм толщины.

Примеры 2÷7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и компонентов в соответствии с таблицей 1.

Свойства полученного по заявляемому способу фрикционного пресс-материала в сравнении с прототипом и аналогом приведены в таблице 2, из которой видны существенные преимущества заявляемого пресс-материала, особенно по показателю ударной вязкости.

Таблица 1
Условия выполнения заявляемого способа по примерам 2÷7
№ п/п	Наименование параметра или компонента	Величина параметра и вид компонента по примерам
2	3	4	5	6	7
	Условия получения водорастворимого эпоксидного модификатора
1.	Соотношение компонентов А:Б:В	60:25:15	90:5:5	75:15:10	75:15:10	75:15:10	75:15:10
2.	Марка и М.М. эпоксидной диановой смолы	ЭД-22 М.М. 340	ЭД-16 М.М. 600	ЭД-20 М.М. 400	ЭД-20 М.М. 400	ЭД-20 М.М. 400	ЭД-20 М.М. 400
3.	М.М. полиэтиленгликоля	2000	2000	2000	350	3600	2000
4.	Вид и количество катализатора, %	Триэтанол амин, 1,5	Триэтанол амин, 1,5	Тризтанол амин, 1,5	Триэтанол амин, 1,5	Диметил анилин, 3	Трис(Диме Тиламино метил) фенол, 0,1
5.	Температура и время взаимодействия	75°С/2 часа	75°С/2 часа	75°С/2 часа	60°С/3 часа	80°С/1 час	75°С/2 часа
6.	Концентрация модификатора в воде, %	30	30	30	30	10	50
	Условия получения связующего фрикционного пресс-материала и пресс-изделий
1.	Количество модификатора на 100 масс.ч. фенолоформальдегидной смолы в пересчете на сухие компоненты	120	20	70	70	70	70
2.	Вид и количество (мас.ч.) неорганического волокна на 100 мас.ч. фенолоформальдегидной смолы	300 рубленый стеклоровинг	40 рубленый стеклоровинг	170 стеклоровинг	170 стеклоровинг	170 смесь стеклоровин га и базальтового волокна	170 базальтовое волокно
3.	Вид и количество минерального порошка	10 аэросил	90 маршалит	50 тальк	50 смесь технического углерода и диоксида кремния	50 смесь технического углерода и диоксида кремния	50 смесь техническо го углерода и диоксида кремния
4.	Вид и количество смазки	4,5 стеарат кальция	4,5 стеарат цинка	4,5 стеариновая кислота	4,5 стеариновая кислота	1 стеариновая кислота	8 олеиновая кислота
5.	Режим прессования, Температура, °С / удельное давление, МПа / выдержка, мин/мм	180/10/1	140/23/2	150/20/1	150/20/3	150/20/1	150/20/15
6.	Температура таблетирования, С°	30	50	40	40	40	40

Таблица 2
Свойства заявляемого фрикционного пресс-материала, полученного по примерам 2-7 в сравнении с прототипом и аналогом
Наименование показателей	Величина показателя
Прототип Патент РФ № 2208654	Аналог решение по заявке 2005. 106961/04 от 10.03.2005 г.	1	2	3	4	5	6	7
Прочность, МПа
при изгибе	161÷167	-	390	400	410	380	370	420	380
при растяжении	72÷75	-	210	230	220	215	210	230	210
при срезе	42÷48	-	84	86	82	86	83	85	82
при сжатии	108÷110	36-91	230	240	220	230	220	210	230
Ударная вязкость, КДж/м2	15÷20	4,2-12	45	52	48	46	45	43	46
Относительная интенсивность изнашивания, I·10-8 (скорость скольжения 2 м/с, удельная нагрузка 1,0 МПа)	-	-	4,8-5,0	2,4-2,6	3,6-4,0	3,8-4,1	4,3-5,0	3,8-4,2	3,5-4,0
Коэффициент трения (скорость скольжения 2 м/с, удельная нагрузка 1,0 МПа)	0,48-0,50	0,47-0,49	0,42-0,46	0,43-0,45	0,46-0,49	0,43-0,45	0,45-0,48	0,41-0,44	0,43-0,46