Износостойкая полимерная композиция

(19 ИЕ ИЗОБРЕТЕН КА ся к композициям динений, в частноове термопластичорорганической исперсного наполменение в изделиия, работающих в металлу, например Изобретение о высокомолекулярнь сти к композициям ного полиуретан добавки и минераль нителя, и может най ях технического на условиях сухого тре тноситх соена осн ного тип энач ния п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Ананьев В.К. Регулирование свойствтермопластичных полиуретанов в процессах переработки с целью получения изделийс улучшенными эксплуатационными характеристиками, Дис, на соиск. уч,ст, к,т.нВладимир 1983,Авторское свидетельство СССР1 ч. 1432075, кл. С 08 1.75/04, С 09 О 3/72, 1988.. Керча Ю.ЮРедько В,И Копуева Л,А, идр, Структура и механические свойства эластичных полиуретановых композиций с антифрикционными добавками, - Пласт,массы, 1987, М 12, с,31-33.Тростянская Е.Б., Кутырев Ю.В, Базальтопласты. - Пласт, массы, 1976, М 11, с,45.Крагельский И.В, Трение и износ, М.;Химия, 1968, с,374. я)5 С 08 3 5/16, С 08 75/04,С 08 К 13/04(54) ИЗНОСОСТОЙКАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ(57) Использование: изготовление изделий технического назначения, работающих в условиях сухого трения по металлу, Сущность изобретения: композйция содержит, мас.ч.: термопластичный полиуретан 100; фторорганическая добавка из класса перфторэфиров формулы Н-С (С(ОСНОВ(СР 2-СР 2)э-Н)з)з 0,2 - 0,5; базальтовая мука 15 - 35, Компоненты композиции смешивают в смесителе типа "пьяная бочка", гомогенизация компонентов производится в двухшнековом экструдере в расплаве при 473-483 К. Эктрудат гранулируют. Иэделия получают на термопластавтомате Свойства композиции: массовый износ 0,0005 - 0,0008 г/ч, коэффициент трения 0,20- 0,27, температура в зоне трения 30-35 С, микротвердость 1,5 - 2,3 Н 10 МПа, относительное удлинение 401 - 5500(,. 2 табл,приводных ремнях, втулках, кольцах, различных уплотнительных элементах,Известна полиуретановая композиция, содержащая в качестве минерального дисперСного наполнителя окись титана при соотношении компонентов, мас.ч.:Термопластичный полиуретан 100 Окись титана 1 - 10Данная композиция обладает высокойизносостойкостью и прочностью при растяжении (47 МПа), однако отмечено также высокое значение остаточного удлинения(50-70,4), низкое значение относительногоудлинения (9-12 о/),Известна также полиуретановая композиция, которая содержит, мас.ч,:Термопластичныйполиуретан 100Окись кремния 1 - 7Эпоксиднаясмола 2,005 - 12,025Данная композиция обладает высокойпрочностью при растякении (23 - 25 МПа),абразивной износостойкостью (истирание40-50 см/кВт ч), низким значением остаточного удлинения (11-13;6). Однако приэтом имеет место низкое значение показателя текучести расплава 2,2 - 2;6 г/10 мин.Наиболее близкая к предлагаемой подостигаемому эффекту композиция включа ет термопластичный полиуретан и фторопласт-при соотношении компонентов,мас.ч.;Термопластичныйполиуретан 100Фторопласт20Данная композиция обладает удовлетворительным показателем эластичности(220-250 О) и высокой прочностью, Однакопри трении такой композиции наблюдаетсяширокий интервал изМененйя величины коэффициента трения (0,3-0,6) и сравнительновысокая температура в зоне фрикционногоконтакта (50 С).Кроме того, композиция обладает недостаточной износостойкостью (0,0030 г/ч),микротвердостью поверхностного слоя,имеет неудовлетворительные значения показателя текучести расплава, что ограничивает прйменение такой композиции какизносостойкой,Цель изобретения - повышение износостойкости, увеличение срока эксплуатации изделий на основе полиуретановой компо. зиции за счет стабилизации коэффициента трений, снижения температуры в зоне фрикционного контакта, повышения микротвердости поверхностного слоя и улучшения технологичности композициИ.Поставленная цель достигается тем, что в композиции, содержащей термопластичный полиуретан и фторорганическую добавку, в качестве фторорганической добавки она содержит соединение иэ класса перфторэфиров формулын-С (СОСИ 2 (СГ 2 СР 2)з - н)з)з10 15 20 30 добавки более 0,5 мас,ч, не происходит35 дальнейшее улучшение комплекса свойств 40 45 50 55 и дополнительно содержит базальтовую муку в качестве налолнителя при следующемсоотношении компонентов, мас.ч.: Термопластичныйполиуретан 100Фторорганическаядобавка 0,2-0,5Базальтовая мука 15-35Использование вышеуказанной фторорганической добавки в составе полимерных композиций не известно,Известно использование базальтового волокна в качестве наполнителя в полимерных композициях на основе термореактивных смол в целях повышения прочности и термостой кости Неожиданный эффект от применения базальтовой муки в предлагаемой композиции состоит не только в том, что базальтовая мука придает высокие прочностные характеристики и твердость, но и в том, что отмечается значительное снижение (в 2-3 раза) и стабилизация коэффициента трения, снижение температуры в зоне фрикционного контакта при высокой стойкости к изнашиванию. Улучшенная технологичность предлагаемогоматериала позволяет перерабатывать его такими высокопроизводительнымиметодами как литье под давлением и экструзия.Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в табл.1 и 2, При введении в композицию фторорганической материала (пример 11). Поэтому в целях экономии ценного сырья нецелесообразно вводить бол ьшее количество добавки. Содержание в композиции фторорганической добавки в количестве менее 0,2 мас.ч. создает трудности для равномерного распределения ее в массе полимера и, как следствие, увеличивается нестабильность свойств композиционного материала (пример 10)При введении более 35 мас,ч. базальтовой муки происходит ухудшение фрикционных, прочностных и технологических свойств материала(пример 12), Содержание базальтовой муки в композиции в количестве менее 15 мас.ч, не позволяет достичь желаемого комплекса свойств материала (пример 9).Фторорганическая добавка представляет собой полифторалкиловые эфиры метатрикарбоновой кислоты, выпускаемой по ТУ-64-90,общие характеристики которой; молекулярная масса 2123 - 2077, плотность 1730-1540 г/см, рН 6-7,В качестве наполнителя взята базальтовая мука со средним размером частиц 5-15 мкм, полученная путем измельчения в шаровой мельнице в течение 2 ч отходов при производстве супертонких базальтовых волокон (РСТ УССР- 86),Для изготовления композиций берут промышленный термопластичный полиуретан марки ВИТУР Т- 85 по ТУ 6 - 55- 221-1057-89,Композицию получают следующим образом,Термопластичный полиуретан в виде мелких гранул размером не более 3 - 5 мм высушивают в вакуумном шкафу при 343- 353 К до влажности 0,7, что можно проводить как перед стадией получения композиции, так и после нее непосредственно перед переработкой в иэделия,Введение фторорганической добавки осуществляли на смесителе типа "пьяная бочка" емкостью 20 кг со скоростью вращения 60 об/мин. углом наклона оси 30, с загрузкой 1/2 общего объема в течение 20- 30 мин,Загрузка наполнителя и смешение проводится в течение 20 мин в тех же условиях,Дальнейшая гомогениэация компонентов осуществляется в двухшнековом зкструдере в расплаве при температуре 473 - 483 К (диаметр шнеков 30 м 10, отношение длины к диаметру шнека 20), Экструдат в форме жгута диаметром 2 - 3 м 10 подвергали резке на цилиндрические гранулы высотой 3-5 м 10с помощью ножевого гранулятора,Изделия получают на термопластавтомате при температуре 433-383 К, продолжительность цикла литья от 40 до 120 с, время выдержки под давлением 10-15 с, время охлаждения в форме 35-80 с.Состав композиций приведен в табл,1.Определение коэффициента трения и массового износа композиций проводили на машине торцового трения Ина литьевых обэоаэцах в виде диска диаметром 22 м 10, высотой 6 м 10 , Контртелом служила втулка из стали ЗХ. Испытания проводили при скорости вращения 200 об/мин и нагрузке 0,05-0,07 МПа, Массовый износ образцов определяли путем их взвешивания через каждые 1800 с испытаний, Физико-механические свойства композиций оценивали с помощью ряда стандартных методов испытаний по ГОСТ 270-75 на литьевых образцах в аиде лопатки.5 Свойства композиций приведены втабл.2.Из данных табл.2 видно, что положительный эффект от применения фтороргани ческой добавки и мелкодисперсногобазальтового наполнителя в предлагаемой композиции состоит в увеличении износостойкости, снижении и стабилизации коэффициента трения, температуры в зоне 15 фрикционного контакта в условиях сухоготрения по стали, а также в улучшении прочностных и реологиеских характеристик.Свойства композиций, представленйыев табл.2, свидетельствуют о том, что предла гаемая композиция имееттакое же высокоеразрушающее напряжение, что и прототип.Однако относительное удлинение, значение микротвердости поверхностного слоя п ред.- ставленной композиции превышает анало гичные величины прототипа, а такжеотмечен более стабильный коэффициент трения. и улучшение реологических характеристик. 30 Формула изобретения Износостойкая полимерная композиция, содержащая термопластичный полиуретан и фторорганическую добавку, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышенияизносостойкости, увеличения срока эксплуатации изделий на ее основе и улучшения технологичности композиции, она содержит в качестве фторорганической добавки сое динение из класса перфторзфиров формулы Н - С (СО СН 2 (СГ 2 Сг 2)з НЦЗ 0,2-0,515 - 35 и дополнительно содержит базальтовую му 45 ку в качестве наполнителя при следующемсоотношении компонентов, мас,ч.;Термопластичныи .полиуретан 100Фторорганическая50 добавкаБазальтовая мукаПрочностьри растяже.ии, ор. МПа м емлератуа эоне трения, Ткр. носителье удлинение,Остаточное удлинение, ек,окаэатель те. кучести расллааа,т/10 мин нос,т/ч ния, бпр 415 432 21 23 22 30 35 30 45 405 401 550 523 436 33 ЗЭ 33 34 20 21 24 23 39 57 450 49 23 40 42 50 50 11 12 13 23 18 21 Составитель Е.ПодорожкоТехред М.Моргентал Корректор С,Пекарь едактор Н.Кишт Тираж ПодписноеГосударс венного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ 297 ВНИИ