антифрикционный композиционный материал
Классы МПК: | C08J5/16 изготовление изделий или материалов с низким коэффициентом трения C08L23/06 полиэтен C08L77/06 полиамиды, получаемых из полиаминов и поликарбоновых кислот C08K5/00 Использование органических компонентов |
Автор(ы): | Данюшина Галина Алексеевна (RU), Дерлугян Петр Дмитриевич (RU), Кужаров Александр Сергеевич (RU), Коган Виктор Александрович (RU), Любченко Сергей Николаевич (RU), Дерлугян Федор Петрович (RU), Данюшин Лев Михайлович (RU), Могильницкий Вячеслав Михайлович (RU), Бережной Юрий Михайлович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-07-04 публикация патента:
10.10.2013 |
Изобретение относится к композиционным материалам на основе полимеров, в частности, в качестве конструкционных материалов для создания узлов трения, где применение смазок и воды ограничено или недопустимо. Композиция содержит полиэтилен низкого давления и в качестве добавки медный поликомплекс полиакриламида, в состав которого введен комплекс Nd, структурной формулы бис-[2-(2-оксо-3,5-ди-трет-бутилфенил-имино)-4,6-ди-трет-бутил-циклогекса-3,5-диенон]Nd. Полученная композиция характеризуется низким коэффициентом трения и высокой твердостью, а также обладает пониженными линейным и весовым износом. 2 табл., 5 пр.
Формула изобретения
Антифрикционный композиционный материал, содержащий полиэтилен низкого давления и добавку, отличающийся тем, что он содержит в качестве добавки медный поликомплекс полиакриламида, в состав которого введен комплекс Nd, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиэтилен низкого давления | 50-55 |
Комплекс Nd | 0,01 |
Медный поликомплекс | |
полиакриламида | 49,99-44,99 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании антифрикционных материалов на основе полимеров, в частности композиционных материалов для создания узлов трения, где применение смазок и воды ограниченно или недопустимо.
Известен композиционный материал на основе полиэтилена низкого давления (ПЭНД), содержащий в качестве добавок - термообработанный силикат и галогенсодержащий олигомер (пат. 22883325, 2004 г., C08L 23/02) Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому изобретению является антифрикционная полимерная композиция, содержащая полиэтилен низкого давления и в качестве добавки бис-[2-(2-оксо-3,5-ди-трет-бутилфенилимино)-4,6-ди-трет-бутил-циклогекса-3,5-диенон]Al(III), представляющий собой комплекс А1 (пат. 2445323, 25.08.2010, C08J).
Однако, изделия, полученные из известной композиции, имеют значительные линейный и весовой износ и недостаточную твердость, что снижает срок их службы.
Перед авторами стояла задача увеличения срока службы узлов трения, работающих в сухую, путем снижения весового и линейного износа, повышения твердости.
Эта задача решена тем, что композиционный материала содержит полиэтилен низкого давления и добавку, представляющую собой медный поликомплекс полиакриламида, в состав которого введен комплекс Nd, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Полиэтилен низкого давления | 50-55 |
Комплекс Nd | 0,01 |
Медный поликомплекс полиакриламида | 49,99-44,99 |
Предлагаемый антифрикционный композиционный материал получают следующим образом:
Сначала получают добавку. Для этого 0,2 г медного порошка растворяют в 40 мл 10% раствора аммиака. Полученный раствор смешивают с 40 мл 6%-го водного раствора полиакриламида. Далее из полученного раствора ацетоном или этиловым спиртом в соотношении 1:1 к полученному объему, высаждают медный поликомплекс полиакриламида. При этом в раствор ацетона или этилового спирта в качестве инициатора процесса высаждения предварительно вводят 0,01 г/л комплекса Nd.
Комплекс Nd представлен структурной формулой:
где Bu-t обозначает третичный бутил. Указанный комплекс бис-[2-(2-оксо-3,5-ди-трет-бутилфенилимино)-4,6-ди-трет-бутил-циклогекса-3,5-диенон]
Nd(III) синтезирован путем добавления к раствору 2.66 г (12 моль) 3,5-ди-трет-бутил-1,2 дигидроксибензола в 60 мл этанола при перемешивании раствора 0,72 г (3 моль) гексагидрата неодима хлорида (III) в 30 мл этанола. После добавления 5 мл 25% водного раствора аммиака раствор встряхивался (или барботировался воздухом) в течении 5 часов. Выпавший осадок отделили фильтрованием и промыли 10 мл воды а затем 10 мл этанола. Осадок кристаллизовали из хлороформа. Полученный комплекс Nd растворяется в бензоле, толуоле, обладает устойчивостью к высоким температурам (Т пл=170°C) и выдерживает хромотографическую очистку на оксиде алюминия, при которой большинство координационных соединений металлов подвергаются деструкции. Совокупность приведенных данных позволяет считать его перспективным объектом в качестве компонентов катализатора или инициатора радикальных процессов при различных условиях использования.
Вводимый в раствор комплекс Nd не только выполняет роль инициатора процесса высаждения, но и входит в состав полученного медного поликомплекса полиакриламида и повышает, таким образом, степень кристалличности получаемого композиционного материала. В свою очередь, повышение степени кристалличности способствует не только улучшению антифрикционных характеристик, но и повышению твердости материалов. Затем полученный медный поликомплекс полиакриламида сушат при температуре 60-65°C, в течении 1.5 часа после сушки его размалывают до порошка. Порошок просевают через сито № 4.
Далее полученный порошок медного поликомплекса полиакриламида смешивают с полиэтиленом низкого давления (например, полиэтилен марки 277) до однородной массы и прессуют изделия.
Составы разработанных по изобретению композиционных материалов приведены в таблице 1.
Таблица 1 | |||||
Компоненты | Содержание масс.% | по прототипу | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Полиэтилен низкого давления | 50 | 50 | 52,5 | 55 | 98 |
Медный поликомплекс Полиакриламида | 50 | 49,99 | 46,49 | 44,99 | |
Комплекс Nd | - | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 2 |
Полученные методом прессования из разработанного композиционного материала образцы подвергали комплексу физико-механических и трибологических испытаний.
При этом контролировались следующие основные параметры: коэффициент трения, линейный и весовой износ, твердость.
Коэффициент трения определяли на торцевой машине трения при скорости относительного скольжения V=0.0735 м/с, нагрузке 5МПа, при отсутствии смазки в зоне трения. Твердость определяли на приборе АС-111 (Производство Венгрия) Продолжительность испытаний на машине трения - 7 часов. Введение в высадитель комплекса Nd способствует не только увеличению скорости высаждения, но и более полному высаждению медного поликомплекса полиакриламида из раствора. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2 | |||||
Композиция | Прототип | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Твердость кг/мм2 | 11,0 | 12,9 | 11,1 | 10,69 | 7,4 |
Коэффициент трения при V=0.0735 м/с. Руд=5 мПа, всухую | 0,11 | 0,09 | 0,07 | 0,07 | 0,09 |
Весовой износ, г | 0,006 | 0,006 | 0,004 | 0,004 | 0,007 |
Линейный износ, мкм | 0,052 | 0,047 | 0,046 | 0,049 | 0,54 |
Скорость высаждения медного поликомплекса полиакриламида г/мл | 0,14 | 0,28 | 0,27 | 0,27 | - |
Как видно из таблицы 2 применение разработанного антифрикционного композиционного материала для узлов трения, работающих без смазки, способствует значительному увеличению срока службы трущихся узлов за счет снижения линейного и весового износа а так же повышению твердости изделия.
На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое решение задачи соответствует всем критериям, необходимым для признания его изобретением и может быть защищено патентом Российской Федерации.
Класс C08J5/16 изготовление изделий или материалов с низким коэффициентом трения
Класс C08L77/06 полиамиды, получаемых из полиаминов и поликарбоновых кислот
Класс C08K5/00 Использование органических компонентов