RU2727417C1 - Антифрикционный нанокомпозит - Google Patents
Антифрикционный нанокомпозит Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727417C1 RU2727417C1 RU2019129757A RU2019129757A RU2727417C1 RU 2727417 C1 RU2727417 C1 RU 2727417C1 RU 2019129757 A RU2019129757 A RU 2019129757A RU 2019129757 A RU2019129757 A RU 2019129757A RU 2727417 C1 RU2727417 C1 RU 2727417C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antifriction
- nanocomposite
- polytetrafluoroethylene
- particle size
- aerosil
- Prior art date
Links
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 14
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N lead tin Chemical compound [Sn].[Pb] LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 238000004177 carbon cycle Methods 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011866 long-term treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
- C08L27/18—Homopolymers or copolymers or tetrafluoroethene
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Lubricants (AREA)
Abstract
Изобретение относится к материалам с низким коэффициентом трения. Антифрикционный нанокомпозит содержит 98,8-96,0 мас.% политетрафторэтилена, 0,2-1,0 мас.% аэросила R-106 гидрофобного со средним размером частиц 7 нм и 1,0-3,0 мас.% технического углерода N220 со средним размером частиц 24-32 нм. Обеспечивается увеличение изностойкости и повышение надежности эксплуатации антифрикционного нанокомпозита. 1 табл, 2 пр.
Description
Изобретение относится к изделиям или материалам с низким коэффициентом трения и может быть использовано для изготовления герметизирующих уплотнителей запорной арматуры (затворов, задвижек, переключателей и др.), эксплуатирующихся на нефте-газо-трубопроводах в широком диапазоне положительных и отрицательных температур при высоком давлении и в агрессивных средах.
Герметизирующие устройства запорной арматуры, использующиеся для нефтегазопроводов в условиях Крайнего Севера подвержены длительному воздействию положительных и отрицательных температур, а также высокому давлению при перекачке нефти и газа, что обуславливает повышенные требования к характеристикам триботехнических свойств герметизирующих полимерных уплотнителей.
Известен антифрикционный полимерный композиционный материал (см. а.с. №1812190 МПК C087J, 5/16 CI), содержащий политетрафторэтилен (ПТФЭ), порошки дисульфида молибдена, оловянно-свинцовой бронзы и углеводородный наполнитель в виде углеродного волокна с длиной волокон 0,05-0,5 мм.
Основным недостатком известного аналога является низкая износостойкость композитного материала, кроме того технология подготовки углеродного волокна и порошка оловянно-свинцовой бронзы в достаточной степени сложна и непроизводительна.
Для достижения необходимой адгезии с политетрафторэтиленом углеродное волокно дополнительно обрабатывают в жидком фреоне и затем сушат, а порошок оловянно-свинцовой бронзы подвергают длительной обработке в водородной среде.
Известен также полимерный антифрикционный композитный материал (см. патент РФ №2307130 CI), содержащий в масс. %: политетрафторэтилен - 81,5-87,0, дисульфид молибдена - 1,5-2,0, скрытокристаллический графит - 6,0-10,0, углеродное волокно - 4,0-7,0 с длиной волокон 0,05-0,5 мм.
Недостаток этого известного решения также отсутствие необходимой износостойкости, что снижает надежность и долговечность узлов трения устройств, использующих этот композитный материал.
Применение углеродных волокон создает дополнительную трудоемкость его изготовления и распределения углеродных волокон в полимерной матрице политетрафторэтилена.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату - прототипом является антифрикционный полимерный композиционный материал (см. патент RU №2567293),включающий в масс. % политетрафторэтилен (88-93), скрытокристаллический графит (6,0-8,0), диоксид кремния (1,0-4,0%).
Недостатком известного прототипа является низкая износостойкость этого материала из-за большого размера частиц порядка 10 мкм скрытокристаллического графита, которые в условиях эксплуатации быстро изнашиваются и строения скрытнокристаллического графита, структурными элементами частиц которого являются плоские решетки, состоящие из углеродных циклов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, увеличение изностойкости и повышение надежности эксплуатации герметизирующих уплотнителей с антифрикционным нанокомпозитом, снижение расхода дорогостоящих материалов и трудоемкости изготовления антифрикционного нанокомпозита.
Указанный технический результат достигается за счет того, что антифрикционный нанокомпозит, включающий политетрафторэтилен, отличается тем, что содержит наноразмерные Аэросил R-106 гидрофобный со средним размером частиц 7 нм, высокоизносоустойчивый технический углерод N220 со средним размером частиц - 24-32 нм, при следующем соотношении компонентов, масс. %: политетрафторэтилен - 98,8-96,0 аэросил R-106 - 0,2-1,0, технический углерод N220 - 1,0-3,0.
Компоненты: Аэросил R-106 и технический углерод N220 обладают высокой износостойкостью, освоены промышленностью и имеют технические характеристики, необходимые для использования в экстремальных условиях эксплуатации, причем совместное применение двух компонентов в антифрикционном нанокомпозите создает синергический эффект - высокую износоустойчивость и низкий коэффициент трения.
Благодаря уникальному строению технического углерода, когда структурные элементы - плоские решетки смещены относительно друг друга у скрытокристаллического графита, они стоят ровно одна над другой, тем самым увеличивается износостойкость.
Техническая характеристика Аэросила R-106:
Средний размер частиц, нм - 7
Удельная поверхность (БЭТ), м2/г - 250+30
рН суспензии ≥3,7
Насыпная плотность, г/л - 50
Техническая характеристика технического углерода N220 по ASTMD 1765-03:
Высокоизносоустойчивый, высокая прочность при растяжении, хорошее сопротивление раздиру.
Размер частиц, нм - 24-32
Удельная поверхность, м2/г - 117
Насыпная плотность кг/м3 - 355
Техническая характеристика политетрафторэтилена:
Плотность, кг/м3 - 2250
Насыпная плотность, кг/ м3 - 400-500
Температура эксплуатации - 270+270°С.
При низких температурах он обнаруживает высокую прочность, вязкость и свойства самосмазки, при отрицательных температурах сохраняет гибкость.
Пример 1. Изготавливают антифрикционный нанокомпозит по стандартной технологии: берут политетрафторэтилен в количестве 98,8 масс. % от массы образца, Аэросил R-106 гидрофобный 0,2 масс. % и технический углерод N220 1,0 масс. % и смешивают в смесителе с частотой вращения ротора 7000 мин-1 в течение 2,0 мин. Затем полученную композиционную смесь засыпают в пресс-форму и прессуют при давлении 90 Мпа, после чего спекают в печи при температуре 360±5°С с выдержкой из расчета 8 мин. на 1 мм толщины стенки заготовки со скоростью 1,5 град/мин., охлаждение от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3 град/мин., и от 327°С до 20°С охлаждают вместе с печью.
Пример 2. Вначале берут политетрафторэтилен в количестве 96,0 масс. % от массы образца, Аэросил R-106 гидрофобный 1,0 масс. % и технический углерод N220 3,0 масс. % и смешивают в смесителе с частотой вращения ротора 7000 мин-1 в течении 2,5 мин. Затем полученную композиционную смесь засыпают в пресс-форму и прессуют при давлении 100 Мпа, после чего спекают в печи при температуре 360±5°С с выдержкой из расчета 9 мин на 1 мм толщины стенки заготовки со скоростью 2,0 град/мин., охлаждение от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,4 град/мин, и от 327°С до 25°С охлаждают вместе с печью.
Наиболее важными свойствами герметизирующих устройств в узлах трения являются триботехнические характеристики, определяющие надежность, долговечность и ресурс изделия.
Оценку скорости изнашивания и коэффициента трения предлагаемого антифрикционного нанокомпозита проводили на универсальной машине трения модели «УМТ 2168» при фрикционном взаимодействии антифрикционного нанокомпозита с металлическим контртелом по схеме трения «палец-диск» без смазочного материала при скорости 1,2 м/с и контактном давлении 2,66 МПа.
В таблице 1 приведены результаты испытания образцов разными составами антифрикционного нанокомпозита.
Испытания образцов антифрикционного нанокомпозита показали, что средняя скорость изнашивания составила 2,6⋅10-4 г/ч, а средний коэффициент трения 0,07.
Использование предлагаемого антифрикционного нанокомпозита позволит по сравнению с известными композиционными материалами значительно снизить скорость изнашивания и коэффициент трения, сократить расход дорогостоящих материалов и трудоемкость, обеспечить повышение надежности и долговечности герметизирующих уплотнителей в экстремальных условиях эксплуатации.
Claims (2)
- Антифрикционный нанокомпозит, содержащий политетрафторэтилен, наноразмерные Аэросил R-106 гидрофобный со средним размером частиц 7 нм и технический углерод N220 со средним размером частиц 24-32 нм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Политетрафторэтилен 98,8-96,0 Аэросил R-106 гидрофобный 0,2-1,0 Технический углерод N220 1,0-3,0
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019129757A RU2727417C1 (ru) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Антифрикционный нанокомпозит |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019129757A RU2727417C1 (ru) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Антифрикционный нанокомпозит |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2727417C1 true RU2727417C1 (ru) | 2020-07-21 |
Family
ID=71741323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019129757A RU2727417C1 (ru) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Антифрикционный нанокомпозит |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2727417C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2237685C2 (ru) * | 2002-11-21 | 2004-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Антифрикционный композиционный материал |
| JP2006283706A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Daikin Ind Ltd | 摺動部材用組成物、摺動部材及び流体機械 |
| RU2454439C1 (ru) * | 2010-11-29 | 2012-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" | Полимерный материал триботехнического назначения |
| RU2525492C2 (ru) * | 2012-11-01 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Антифрикционный полимерный композиционный материал |
| RU2567293C2 (ru) * | 2013-12-06 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Антифрикционный полимерный композиционный материал |
| DE102017107959A1 (de) * | 2017-04-12 | 2018-10-18 | Ks Gleitlager Gmbh | Gleitmaterial auf PTFE-Polymerbasis mit die tribologischen Eigenschaften verbessernden Füllstoffen |
| RU2675520C1 (ru) * | 2018-03-28 | 2018-12-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена |
-
2019
- 2019-09-23 RU RU2019129757A patent/RU2727417C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2237685C2 (ru) * | 2002-11-21 | 2004-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Антифрикционный композиционный материал |
| JP2006283706A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Daikin Ind Ltd | 摺動部材用組成物、摺動部材及び流体機械 |
| RU2454439C1 (ru) * | 2010-11-29 | 2012-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" | Полимерный материал триботехнического назначения |
| RU2525492C2 (ru) * | 2012-11-01 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Антифрикционный полимерный композиционный материал |
| RU2567293C2 (ru) * | 2013-12-06 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Антифрикционный полимерный композиционный материал |
| DE102017107959A1 (de) * | 2017-04-12 | 2018-10-18 | Ks Gleitlager Gmbh | Gleitmaterial auf PTFE-Polymerbasis mit die tribologischen Eigenschaften verbessernden Füllstoffen |
| RU2675520C1 (ru) * | 2018-03-28 | 2018-12-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guo et al. | Significance of combined functional nanoparticles for enhancing tribological performance of PEEK reinforced with carbon fibers | |
| Chen et al. | Synergism of carbon fiber and polyimide in polytetrafluoroethylene-based composites: Friction and wear behavior under sea water lubrication | |
| Kim et al. | Polymer nanocomposites: polymer and particle dynamics | |
| Yang et al. | Influence of graphite particle size and shape on the properties of NBR | |
| DE102013227187B4 (de) | Gleitlagerwerkstoff und Gleitlager-Verbundwerkstoff mit Zinksulfid und Bariumsulfat | |
| Panin et al. | Wear resistance of composites based on hybrid UHMWPE–PTFE matrix: Mechanical and tribotechnical properties of the matrix | |
| CN109722025A (zh) | 一种聚芳醚砜复合材料及其应用 | |
| JP2008285562A (ja) | 自己潤滑性ゴム組成物及び該ゴム組成物を用いたシール材 | |
| RU2437903C2 (ru) | Композиционный маслобензостойкий износо-морозостойкий материал | |
| CN102719042A (zh) | 一种改性ptfe自润滑耐磨密封材料 | |
| US3896036A (en) | Bearing compositions | |
| RU2727417C1 (ru) | Антифрикционный нанокомпозит | |
| RU2596820C1 (ru) | Смазочная композиция | |
| JP7153439B2 (ja) | ポリテトラフルオロエチレン組成物 | |
| JP2009019179A (ja) | 摺動部材およびシール装置 | |
| JPH1095889A (ja) | フッ素樹脂組成物およびスイベルジョイント用シール | |
| JPS62146944A (ja) | 摺動材料 | |
| Panin et al. | Mechanical and Tribological Characteristics of Nano-and Microcomposites with UHMWPE–PTFE polymer–polymer matrix | |
| CA2179487A1 (en) | Polyimide composition having improved properties | |
| Gandotra et al. | Effect of fillers on tribological properties of PTFE: a review | |
| RU2452745C1 (ru) | Антифрикционная композиция | |
| RU2114874C1 (ru) | Антифрикционная полимерная композиция герметизирующего назначения | |
| Vodyakov et al. | New polyamide composites for friction power cylinders of agricultural machinery | |
| RU2664129C1 (ru) | Полимерный материал триботехнического назначения | |
| Ibrahim et al. | Friction coefficient displayed by polyamide filled by vegetables oils |