RU2281960C1 - Antiwear resin composition - Google Patents

Abstract

FIELD: production of antiwear resin compositions.

SUBSTANCE: claimed composition contains synthetic magnesium spinel with specific surface of 170-200 m²/g as inorganic filler and and balance: polytetrafluoroethylene in magnesium spinel/polytetrafluoroethylene ratio of 1.0-2.0.

EFFECT: composition of improved resistance and durability.

1 cl, 9 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области полимерною материаловедения, а именно к антифрикционным полимерным материалам, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения и узлов трения.The invention relates to the field of polymer materials science, namely to antifriction polymer materials that can be used for the manufacture of sealing elements for pairs of rotational and reciprocating movements and friction units.

Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцовых уплотнений и других элементов узлов трения на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и неорганических наполнителей различной химической природы [Истомин Н.П.Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторопластов. - М.: Наука, 1987. - 147 с.]. Материалы известны как самосмазывающиеся антифрикционные с малым коэффициентом трения, но имеют низкие деформационно-прочностные характеристики, обладают повышенной жесткостью, что снижает ресурс их работы.Composite materials are known for the manufacture of sliding bearings, mechanical seals and other elements of friction units based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and inorganic fillers of various chemical nature [Istomin NP Semenov AP Antifriction properties of composite materials based on fluoroplastics. - M .: Nauka, 1987. - 147 p.]. Materials are known as self-lubricating antifriction with a low coefficient of friction, but they have low deformation-strength characteristics, have increased rigidity, which reduces the resource of their work.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемом) материалу являются малонаполненный композит на основе ПТФЭ (90-99.5 мас.%) и ультрадисперсного β-сиалона (оксинитрид алюминия-кремния) (0,5-10,0 мас.%) (прототип) [ТУ 301-05-120-91 «Композиции фторопластовые малонаполненные антифрикционного назначения»], а также малонаполненный композит на основе ПТФЭ (98-99,5 мас.%) и шпинели магния, полученной плазмохимическим методом с удельной поверхностью 50-70 м²/г (0,5-2,0 мас.%) (аналог) [ Охлопкова А.А., Слепцова С.А. Использование оксидных и нитридных керамик для модификации политетрафторэтилена // Трение и износ, - 1998. - Т.20, №1, - с.80-85].The closest in technical essence to the claimed) material is a low-filled composite based on PTFE (90-99.5 wt.%) And ultrafine β-sialon (aluminum-silicon oxynitride) (0.5-10.0 wt.%) (Prototype) [ TU 301-05-120-91 “Fluoroplastic low-filled antifriction compositions”], as well as a low-filled composite based on PTFE (98-99.5 wt.%) And magnesium spinel obtained by the plasma-chemical method with a specific surface of 50-70 m ² / g (0.5-2.0 wt.%) (analogue) [Okhlopkova A.A., Sleptsova S.A. The use of oxide and nitride ceramics for the modification of polytetrafluoroethylene // Friction and wear, - 1998. - T.20, No. 1, - S.80-85].

Обладая высокой износостойкостью, эти материалы характеризуется недостаточной прочностью и эластичностью, что ограничивает область их применения.Having high wear resistance, these materials are characterized by insufficient strength and elasticity, which limits the scope of their application.

Технической задачей изобретения является повышение деформационно-прочностных характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ при сохранении высокой износостойкости.An object of the invention is to increase the deformation-strength characteristics of a composite material based on PTFE while maintaining high wear resistance.

Достижение положительного эффекта обеспечивается введением в ПТФЭ синтетической шпинели магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:The achievement of a positive effect is provided by the introduction of a synthetic magnesium spinel in PTFE in the following ratio of components, wt.%:

Шпинель магния (MgAl₂O₄) 1,0-2,0;Magnesium Spinel (MgAl ₂ O ₄ ) 1.0-2.0;

ПТФЭ - остальное.PTFE - the rest.

ПТФЭ (фторопласт-4) - промышленный продукт ГОСТ 10007-80, представляющий собой белый, рыхлый порошок со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70% и плотностью 2.17-2,19 г/см³, Т_пл 327°С.PTFE (fluoroplast-4) is an industrial product of GOST 10007-80, which is a white, loose powder with a crystallinity of 95–98% before sintering, 50–70% after sintering, and a density of 2.17-2.19 g / cm ³ , T _pl 327 ° C.

Шпинель магния - продукт, полученный путем механохимического синтеза в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск). Физические параметры шпинели магния: размеры частиц - 0,08-0,1 мкм; удельная поверхность - 170-200 м²/г [Пат. 2078037 РФ, С1 С 01 В 33/20, 33/26. Способ получения алюмосиликата щелочноземельного металла / Аввакумов Е.Г., Девяткина Е.Т.. Косова Н.В., Ляхов Н.3. - № 93029074/25; Заявл.31.05.1993; Опубл.27.04.1997; Бюл.№ - 12].Magnesium spinel is a product obtained by mechanochemical synthesis at the Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS (Novosibirsk). Physical parameters of magnesium spinel: particle sizes - 0.08-0.1 microns; specific surface area - 170-200 m ² / g [Pat. 2078037 RF, C1 C 01 B 33/20, 33/26. The method of producing aluminosilicate of alkaline earth metal / Avvakumov E.G., Devyatkina E.T. Kosova N.V., Lyakhov N. 3. - No. 93029074/25; Declared May 31, 1993; Publ. 27.04.1997; Bull.No. - 12].

Для получения композиции в ПТФЭ вводили синтетическую шпинель магния, помещая расчетную массу полимера и наполнителя в высокооборотный смеситель и смешивая до получения однородной массы. Затем из композиции путем холодного прессования делали заготовки требуемой формы и спекали их в электрической печи при температуре 370±5°С.To obtain the composition, synthetic magnesium spinel was introduced into PTFE, placing the calculated mass of polymer and filler in a high-speed mixer and mixing until a homogeneous mass was obtained. Then, preforms of the required shape were made from the composition by cold pressing and sintered in an electric furnace at a temperature of 370 ± 5 ° C.

Введение в ПТФЭ синтетической шпинели магния позволяет получить композиционный материал, обладающий высокой износостойкостью и повышенными деформационно-прочностными показателями.The introduction of synthetic magnesium spinel into PTFE makes it possible to obtain a composite material with high wear resistance and high deformation and strength characteristics.

Подобные свойства композита заявляемого состава обусловлены влиянием наполнителя на процессы формирования структуры композита.Similar properties of the composite of the claimed composition are due to the influence of the filler on the processes of formation of the structure of the composite.

Пример. 99,0 г ПТФЭ и 1,0 г порошка MgAl₂О₄, смешивают в лопастном смесителе до получения однородной массы. После смешения композицию сушат в сушильном шкафу при температуре 100-120°С в течение одного часа. Затем композицию помещают в холодную пресс-форму и прессуют изделие при удельном давлении 50 МПа. Спекание изделий проводят в электрической печи при температуре 370±5°С. Охлаждение спеченных изделий проводят непосредственно в печи.Example. 99.0 g of PTFE and 1.0 g of MgAl ₂ O ₄ powder are mixed in a paddle mixer until a homogeneous mass is obtained. After mixing, the composition is dried in an oven at a temperature of 100-120 ° C for one hour. Then the composition is placed in a cold mold and the product is pressed at a specific pressure of 50 MPa. Sintering of products is carried out in an electric furnace at a temperature of 370 ± 5 ° C. The cooling of the sintered products is carried out directly in the furnace.

Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице.Other examples of obtaining a composite material of the claimed composition are shown in the table.

Методики определения свойств композитаMethods for determining the properties of a composite

Физико-механические свойства заявляемого антифрикционного материала определены на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Испытания проводили на машине «Инстрон» (Англия) при скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин. Триботехнические параметры определены на машине трения СМЦ-2 но схеме «вал-втулка». Нагрузка 67 Н, скорость скольжения 0,39 м/с, путь трения 7 км. Исследуемый образец - втулка диаметром 32-22 мм, высотой 21 мм, контртело стальной вал. Результаты испытаний представлены в таблице.Physico-mechanical properties of the claimed anti-friction material are determined on standard samples (GOST 11262-80). The tests were carried out on an Instron machine (England) at a moving gripper speed of 100 mm / min. The tribotechnical parameters are determined on the SMTS-2 friction machine but on a shaft-bushing scheme. The load is 67 N, the sliding speed is 0.39 m / s, the friction path is 7 km. The test sample is a sleeve with a diameter of 32-22 mm, a height of 21 mm, a counterbody steel shaft. The test results are presented in the table.

Технико-экономическая эффективностьFeasibility

Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволяет увеличить предел прочности при разрыве материала до 24 МПа, относительное удлинение при разрыве - до 340%, в сочетании с высокой износостойкостью. Как видно из приведенных данных, прочность при разрыве возросла по сравнению с прототипом на 20-25%, эластичность на 25-30%, износостойкость на 40%, а по сравнению с аналогом прочность возросла на 20-40%. Оптимальное содержание наполнителя 1,0-2,5 мас.%.Using the claimed invention, implemented on standard equipment, allows to increase the tensile strength at break of the material up to 24 MPa, the elongation at break up to 340%, in combination with high wear resistance. As can be seen from the above data, the tensile strength increased in comparison with the prototype by 20-25%, elasticity by 25-30%, wear resistance by 40%, and in comparison with the analogue, the strength increased by 20-40%. The optimum filler content is 1.0-2.5 wt.%.

Применение антифрикционной композиции заявляемого состава позволит повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования.The use of the antifriction composition of the claimed composition will increase the service life of products in the friction units of machines and equipment.

Claims (1)

Антифрикционная композиция, содержащая политетрафторэтилен и неорганический наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве неорганического наполнителя она содержит синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м²/г при следующем соотношении компонентов, мас.%:An antifriction composition containing polytetrafluoroethylene and an inorganic filler, characterized in that as an inorganic filler it contains synthetic magnesium spinel with a specific surface area of 170-200 m ² / g in the following ratio of components, wt.%: Шпинель магнияMagnesium Spinel 1,0-2,01.0-2.0 ПолитетрафторэтиленPolytetrafluoroethylene ОстальноеRest