способ изготовления антифрикционных вставок подпятника тележки вагона

Формула изобретения

Способ изготовления антифрикционных вставок подпятника тележки вагона, включающий процесс нанесения антифрикционного покрытия на стальную сердцевину в форме тарели, имеющей отверстия с образованием сплошной рабочей поверхности тарели, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхности подвергаются обработке фосфатирующим составом, после чего методом контактного формофания наносят пастообразный композитный эпоксидный состав, приготовленный в производственных условиях и поставляемый в виде двух компонентов - первого - смоляной части, состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты (В) в соотношении А:Б:В от 96:3,9:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового (Г) и волокнистого (Д) наполнителей в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20-кратном мольном избытке амина и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 и смеси тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую - за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением и наносят после смешения вручную или на пластификационном оборудовании, оставляя после нанесения отверждаться при температуре от -10°С до +55°С в течение от 2 до 24 часов или при нагреве до 70-100°С от 7 до 8 минут.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к опорам кузова вагона на тележку, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, строительстве и др.отраслях техники.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является, раскрытый в патенте RU 2240940 С2 способ изготовления металлополимерных вставок, на поверхности которых, взаимодействующие с пятником и шкворнем, наносят антифрикционное высокопрочное полимерное покрытие из полиуретана литьевой марки СКУ-ПФА-100 или его аналога, армированное стекловолокном, кордом или кевларом и подвергнутое полимеризации при 140°С.

Недостатками прототипа являются сложная технология и большая трудоемкость нанесения полимерного покрытия с использованием дорогостоящего оборудования и оснастки, применения высоких температур полимеризации (140°С), сравнительно невысокие упругопрочностные свойства и низкая адгезия к металлу полимерного покрытия, не обеспечивающие их эксплуатационную надежность.

Целью заявляемого изобретения является значительное упрощение технологии изготовления вставок с композитным покрытием, а также повышение упругопрочностных показателей и адгезии к металлу антифрикционного композитного покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что перед нанесением покрытия поверхности подвергаются обработке фосфатирующим составом, после чего методом контактного формования наносят пастообразный композитный эпоксидный состав, приготовленный в производственных условиях и поставляемый в виде двух компонентов - первого - смоляной части, состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты (В) в соотношении А:Б:В от 96:3,9:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового (Г) и волокнистого наполнителей (Д) в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20-кратном мольном избытке амина и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 и смеси тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую - за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением и наносят после смешения вручную или на пластификационном оборудовании, оставляя после нанесения отверждаться при температуре от -10°С до +55°С в течение от 2 до 24 часов или при нагреве до 70-100°С от 7 до 8 минут.

Пример 1

Получение композитного материала нигде не описано и впервые разработано авторами как составная часть заявляемого изобретения.

Получение смоляной части.

В реактор, снабженный обогревом и быстроходной мешалкой, загружают 73 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (А), 22 мас. ч. активного разбавителя - диглицидинового эфира триэтиленгликоля марки ТЭГ-1 (Б) и 5 мас. ч. безвредной молочной кислоты (В). Смесь перемешивают при температуре 70°С в течение 10 минут при скорости мешалки 500 оборотов в минуту. Полученную смесь охлаждают до температуры производственного помещения (+20°С) и загружают в лопастной Z-образный смеситель. Затем в этот же смеситель добавляют порошок графита (Г) и рубленое высокомодульное полиамидное волокно марки СВС (Д) в соотношении Г:Д=80:20 с и соотношением (А+Б+В):(Г+Д)=50:50. После перемешивания в течение 30 минут при 20°С полученную пастообразную смоляную часть расфасовывают и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов весом по 250 г и затем комплектуют с отверждающей частью.

Получение отверждающей части.

В другой реактор загружают нагретый до 70°С расплав метафенилендиамина в количестве 90 мас.ч., а затем к нему добавляют постепенно в течение 10 минут, 100 мас.ч. расплава эпоксидной диановой смолы марки ЭД-8 с молекулярной массой 1100, т.е при 14- кратном мольном избытке метафенилендиамина по отношению к смоле. После перемешивания в течение 20 минут при 70°С образуется аддукт. К аддукту в количестве 190 мас.ч. добавляют 38 мас.ч. нетоксичного 3- атомного спирта - глицерина (соотношение аддукт:глицерин=80:20). Полученную смесь охлаждают до +20°С и направляют в Z-образный лопастной смеситель для перемешивания с теми же наполнителями (Г+Д), что вводят в смоляную часть при соотношении (аддукт+глицерин): (Г+Д)=50:50.

После перемешивания при +20°С в течение 30 минут полученную отверждающую часть расфасовывают по 250 г и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов в полиэтиленовую пленку с последующей комплектацией со смоляной частью.

Нанесение покрытия

Металлическую поверхность тарели предварительно обрабатывают фосфатирующим модификатором ржавчины на основе ортофосфорной кислоты марки СФ1 (ПТУ 212-002-18817747-2001), затем используют комплекты, состоящие из 2 равных по весу и объему частей - смоляной и отверждающей, имеющей допустимый срок хранения не менее 6 месяцев, поставляемых потребителю на любые расстояния.

Перед использованием комплекта с обоих компонентов снимают упаковочную пленку, а затем оба компонента перемешивают путем совместного разминания вручную или на пластификационном оборудовании, вальцах или шнековых машинах в течение 5 минут.

Перемешанная масса сохраняет жизнеспособность в течение 60 минут.

Полученную пастообразную массу наносят на металлическую поверхность тарели шприцем или вручную. За счет экзотерической реакции в начале отверждения масса разогревается и приобретает хорошую растекаемость. Отверждение при 20°С происходит без выделения летучих и с незначительной усадкой - не более 0,05% в течение 3 часов. Прогрев горячим воздухом до 80°С сокращает время отверждения до 3 минут.

Примеры 2-7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и применяемых соединений в соответствии с таблицей 1.

Свойства антифрикционных материалов, полученных по заявленному способу, приведены в таблице 2.

Таблица 1
Условия осуществления заявляемого способа по примерам 2-7
	Наименование входящего ингредиента или параметра	Величина показателя по примерам и для прототипа
		2	3	4	5	6	7
Получение смоляной части (первого компонента)
1	Вид эпоксидной смолы (А)	диглицидилфталат (марка ДГФ)	тетраглицидиловое производное 3,3'дихлор-4,4'диаминодифенил метана (марка ЭХД)		эпоксидированный феноло-формальдегидный новолак (марка УП-643)	Триглицидилизо-цианурат (марки ЭЦ)	диглицидиловый эфир 4,4'диоксифенилсуль-фона (марка ФОУ-12)
2	Вид активного эпоксидного разбавителя (Б)	диглицидиловый эфир полиэпихлоргидрина (марка Э-181)	триглицидиловый эфир этриола (марка ЭЭТ-1)		диглицидиловый эфир диэтиленгликоля (марка ДЭГ-1)	эпоксидированный полипропиленгликоль (марка Лапроксид 703)
3	Вид кислоты (В)	лимонная	винная	пара-оксибензойная	молочная	орто-оксибензойная (салициловая)
4	Соотношение А:Б:В	73:22:5	73:22:5	73:22:5	73:22:5	96:3,9:0,1	50:40:10
5	Параметры смешения А+Б+В
	температура, °С	80	50	50	50	70	80
	время, мин	10	30	20	20	20	80
	скорость мешалки, обороты/мин	500	1000	1000	100	500	1500
6	Вид порошкового наполнителя (Г)	сульфид молибдена	порошок тетрафтор-этилена	тальк	порошок бронзы	порошковый концентрат на основе графита и дисульфида молибдена

7	Вид волокнистого наполнителя и длина рубленого волокна (Д)	углеродное волокно, длина 10 мм	высоко модульное полиамидное волокно марки СВМ, длина 20 мм	фторлоновое волокно, длина 70 мм	капроновое волокно, длина 5 мм	волокно "Арселон", длина 10 мм
8	Соотношение Г:Д	80:20	80:20	80:20	80:20	98:2	60:40
9	Соотношение (А+Б+В):(Г:Д)	50:50	50:50	50:50	50:50	80:20	20:80
10	Вес первого компонента, мас.ч.	100	400	100	100	100	100
Получение отверждающей части/второго компонента
1	Вид амина для получения аддукта	4,4'диаминодифенил-метан	полиэтилен полиамина (ПЭПА)	Метафенилен-диамин	парааминобензил-анилин	диэтилентриамин	триэтилентетраамин
2	Марка и молекулярная масса (М.М) эпоксидной диановой смолы для получения аддукта	смола ЭД-16	смола ЭД-20	смола Э-49	смола ЭД-20	смола Э-45	смола ЭД-8
		М.М 500	М.М 400	М.М 2500	М.М 400	М.М 1500	М.М 1100
3	Кратность мольного избытка амина при получении аддукта	12	12	12	12	8	20
4	Режим получения аддукта и смешения со спиртом
	температура, °С	80	80	80	80	60	40

	время, мин+время смешения со спиртом, мин	20+10	20+10	20+10	20+10	30+10	100+10
	скорость мешалки, обороты/мин	500	1000	1000	1000	1500	1500
5	Вид и ди- или многоатомного спирта	триэтиленгликоль	этриал	глицерин	пентаэритрит	арабиноза	глицерин
6	Соотношение порошкового и волокнистого наполнителей Г:Д	80:20	80:20	80:20	80:20	98:2	60:40
7	Соотношение (аддукт+спирт):(Г+Д)	50:50	50:50	50:50	50:50	80:20	20:80
8	Режим смешивания аддукт со спиртом с наполнителями
	температура, °С	20	20	20	20	15	30
	время, мин	30	30	30	30	20	40
9	Вес второго компонента, мас.ч.	100	400	100	100	100	100
Нанесение покрытия
1	Вид фосфотирую щего состава	железофосфатный состав марки КФА-8	цинкфосфатный состав, концентрат КФА-8			цинк-барийфосфатный на основе смеси фосфатной и азотной кислот
2	Время смешения смоляной и отверждающей частей, мин	5	3	10	5	5	5
3	Режим отверждения покрытия
	температура, °С	20	20	+55	-10	95	70
	время	10 часов	10 часов	1 час	24 часа	1 минута	6 минут

Таблица 2
Свойства покрытий, нанесенных на вставку по примерам 1-7 в сравнении с прототипом.
	Наименование показателя	Величина показателя по примерам и для прототипа
		1	2	3	4	5	6	7	Прототип
1	Стабильность при хранении в складских условиях	не менее 6 месяцев
2	Минимальная допустимая температура отверждения, °С	-10	+5	0	+10	+5	+5	+55	140
3	Время отверждения при минимальной температуре, ч	24	6	10	2	2	2	1	4
4	Время отверждения при 80°С и толщине 2 мм, мин	0,5	1	0,5	1	1	1	1	не отверждается
5	Удельное давление при формовке, МПа	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,002	0,21	20
6	Предел прочности при растяжении, МПа	190	210	280	250	250	190	250	1120
7	Модуль упругости при растяжении, МПа	6000	5500	7000	6100	6200	6000	6300	2500
8	Предел прочности при отрыве покрытия от стали, МПа	60	55	62	66	54	58	62	16
9	Коэффициент трения (v=15 м/с Р=4 МПа)	0,11	0,12	0,13	0,11	0,12	0,11	0,12	0,11-0,14