РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ |
(19)
RU
(11)
(13)
C1
|
|||||
|
||||||
| Статус: | прекратил действие, но может быть восстановлен (последнее изменение статуса: 23.08.2023) |
| Пошлина: | учтена за 11 год с 17.12.2021 по 16.12.2022. Срок подачи ходатайства о восстановлении срока действия патента до 16.06.2026. |
|
(21)(22) Заявка: 2011151589/05, 16.12.2011 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 16.12.2011 (45) Опубликовано: 10.06.2013 Бюл. № 16 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2281960 C1, 20.08.2006. RU 2354667 C1, 10.05.2009. RU 2370390 C2, 20.10.2009. RU 2319731 C1, 20.03.2008. RU 2415176 C2, 27.03.2011. US 5308516 A, 03.05.1994. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы):
(73) Патентообладатель(и):
|
(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к полимерным композитным антифрикционным материалам. Полимерная композиция содержит политетрафторэтилен, синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м2/г и механоактивированный серпентинит. Изобретение позволяет повысить долговечность и работоспособность узлов трения за счет высокой износостойкости, низкого коэффициента трения, которые определяются структурой композиционного материала. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области полимерного материаловедения, в частности к полимерным композитным антифрикционным материалам, которые могут быть использованы для изготовления деталей узлов трения машин и техники: подшипников скольжения, уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения и других элементов узлов трения.
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, что снижает ресурс их работы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является антифрикционная композиция, содержащая политетрафторэтилен (ПТФЭ) (98-99 мас.%) и в качестве неорганического наполнителя синтетическую шпинель магния (1,0-2,0 мас.%), (прототип, патент RU 2281960 C1; C08J 5/16, C08L 27/18, С208К 3/22. Антифрикционная полимерная композиция / Охлопкова А.А., Попов С.Н., Слепцова С.А., Аввакумов Е.Г., Винокурова О.Б., Гусев А.А. Заявл. 21.03.2005; Опубл. 20.08.2006). Обладая высокими физико-механическими характеристиками, материал имеет высокий массовый износ.
Технической задачей изобретения является повышение износостойкости, при сохранении деформационно-прочностных свойств композиционного материала на основе ПТФЭ.
Достижение положительного эффекта обеспечивается введением в ПТФЭ смеси шпинели магния с серпентинитом, предварительно активированного в планетарной мельнице в течение 2 мин, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
серпентинит - 1,0-4,8
шпинель магния - 0,2-1,0
ПТФЭ - остальное.
ПТФЭ - промышленный порошкообразный продукт марки ПН, ГОСТ 10007-80. Средние размеры частиц порошка - 50-100 мкм, молекулярная масса - 100-500 тыс, степень кристалличности до спекания - 95-98%, после спекания - 50-70%, плотность 2150-2260 кг/м3, температура плавления кристаллов 327°С, температура стеклования аморфных участков - 120°С.
Серпентинит - слоистый гидросиликат магния Mg6[Si4O10](OH)8, горная порода (в работе использован серпентинит месторождения Мурманской области), возникающая при гидротермальной переработке ультраосновных изверженных пород. Состоит, главным образом, из смеси минералов группы серпентина: волокнистого хризотила, пластинчатого антигорита и массивного лизардита. Физические параметры серпентинита: размеры частиц - 0,6-10 мкм, объемная масса - 2,6-2,8 кг/дм, прочность на сжатие - 8-25 Н/мм, водопоглощение по весу - 0,1-1,5%, износостойкость - 8-25/50 см (по Беме), плотность - 2,2-2,7 г/см3.
Шпинель магния (MgAl2O4), продукт, полученный путем механохимического синтеза в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН (г.Новосибирск). Физические параметры шпинели магния: размеры частиц 70-80 нм; удельная поверхность - 170-200 м2/г (см. патент RU 2078037 C1, C01B 33/20, 33/26. Способ получения алюмосиликата щелочноземельного металла / Аввакумов Е.Г., Девяткина Е.Т., Косова Н.В., Ляхов Н.З. - №93029074/25; Заявл. 31.05.1993; Опубл. 27.04.1997; Бюл. №12).
Для повышения структурной активности и улучшения адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз «полимер-наполнитель», серпентинит вначале подвергали механоактивации в планетарной мельнице, например типа «АГО-2», в течение 2 мин, далее смешивали со шпинелью магния. Предварительная обработка серпентинита в планетарной мельнице ведет к механической активации, повышающей его структурную активность и усреднению дисперсного состава. Совмещение ПТФЭ со смесью шпинели магния и механоактивированного серпентинита проводили в лопастном смесителе со скоростью 3000 об/мин: поместив расчетную массу компонентов в высокооборотный смеситель, смешивали до получения однородной массы. Затем из композиции делали заготовки требуемой формы по технологии холодного прессования с последующим свободным спеканием при температуре 375-380°С. При этом время выдержки определяется из расчета 0,3 ч на 10-3 м толщины образца. Полученные изделия охлаждали в печи до 200°С со скоростью 0,03°С/с с последующим свободным охлаждением до комнатной температуры. Охлаждение спеченных изделий проводили непосредственно в печи.
Введение в ПТФЭ смеси шпинели магния с механоактивированным серпентинитом в приведенных соотношениях позволило получить композиционные материалы, обладающие повышенными деформационно-прочностными показателями и износостойкостью, в том числе при эксплуатации в условиях повышенных нагрузок.
Пример. Наполнитель серпентинит активировали в планетарной мельнице в течение 2 мин, затем 1,0 г механоактивированного серпентинита смешивали с 1,0 г шпинели магния. Полученную однородную смесь наполнителей смешивали с 98,0 г ПТФЭ в лопастном смесителе до получения однородной массы. Далее композицию помещали в пресс-форму и прессовали изделия при удельном давлении 50 МПа. Спекание изделий производили при температуре 375-380°С (время выдержки определяется из расчета 0,3 ч на 10-3 м толщины образца). Полученные изделия охлаждали в печи до 200°С со скоростью 0,03% с последующим свободным охлаждением до комнатной температуры. Охлаждение спеченных изделий проводили непосредственно в печи.
Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице.
Методики определения свойств композита
Физико-механические свойства заявляемого антифрикционного материала определяли на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Относительное удлинение (εр) и прочность при растяжении (δр) определяли на испытательной машине «UTS-2» (Германия) при комнатной температуре и скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин на лопатках (количество образцов на одно испытание - 10).
Массовый износ и коэффициент трения определяли на машине трения СМЦ-2, «схема вал-втулка» (образец - втулка с внешним и внутренним диаметром 34 и 26 мм соответственно, высотой 22 мм, контртело - стальной вал из стали 45 с твердостью 45-50 HRC и шероховатостью 0,06-0,07 мкм, нагрузка - 65 Н, скорость скольжения - 0,39 м/с) согласно ГОСТ 11629.
Технико-экономическая эффективность
Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволяет снизить массовый износ до 2500 раз, уменьшить коэффициент трения до 1,5 раз, при сохранении деформационно-прочностных характеристик. Как видно из приведенных данных, оптимальное содержание механоактивированного серпентинита - 1,0-4,8 мас.% и шпинели магния - 0,2-1 мас.%.
Применение антифрикционной композиции заявляемого состава позволит повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования и расширить их область применения.
| Таблица примеров | |||||
| Состав | Содержание компонентов, мас.% | Физико-механические характеристики | Массовый износ (мг) | Коэффициент трения по стали при нагрузке 65 Н | |
| σр, МПа | εр,% | ||||
| ПТФЭ | - | 20-22 | 300-320 | 370-375 | 0,04 |
| ПТФЭ + активированный в АГО-2 серпентинит + шпинель магния | 98 | 22 | 356 | 0,39 | 0,032 |
| 1 | |||||
| 1 | |||||
| 98 | 20 | 317 | 3,21 | 0,033 | |
| 1,5 | |||||
| 0,5 | |||||
| 98 | 21 | 329 | 6,69 | 0,044 | |
| 1,8 | |||||
| 0,2 | |||||
| 95 | 20 | 320 | 0,09 | 0,041 | |
| 4 | |||||
| 1 | |||||
| 95 | 21 | 344 | 0,09 | 0,026 | |
| 4,5 | |||||
| 0,5 | |||||
| 95 | 19 | 336 | 0,81 | 0,026 | |
| 4,8 | |||||
| 0,2 | |||||
| ПТФЭ + шпинель магния (прототип) | 99 | 21-23 | 320-330 | 23-25 | - |
| 1 | |||||
| ПТФЭ + шпинель магния (прототип) | 98 | 20-22 | 300-310 | 15-17 | - |
| 2 | |||||
Формула изобретения
Полимерная композиция триботехнического назначения, содержащая политетрафторэтилен и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м2/г и механоактивированный серпентинит, при этом соотношение компонентов составляет, мас.%:
| механоактивированный серпентинит | 1,0-4,8 |
| шпинель магния | 0,2-1,0 |
| политетрафторэтилен | остальное. |
ИЗВЕЩЕНИЯ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 17.12.2016
Дата внесения записи в Государственный реестр: 04.09.2017
Дата публикации и номер бюллетеня: 04.09.2017 Бюл. №25
NF4A Восстановление действия патента
Дата, с которой действие патента восстановлено: 22.03.2019
Дата внесения записи в Государственный реестр: 22.03.2019
Дата публикации и номер бюллетеня: 22.03.2019 Бюл. №9
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 17.12.2022
Дата внесения записи в Государственный реестр: 22.08.2023
Дата публикации и номер бюллетеня: 22.08.2023 Бюл. №24