Результат интеллектуальной деятельности: ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, и эксплуатирующимся во фрикционных узлах различных машин и оборудования (колодки дисковых и барабанных тормозов автомобилей и т.д.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из трех слоев, при этом слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет отношение матрицы к наполнителям большее, чем в рабочем слое, но меньшее, чем в слое, контактирующем с металлическим каркасом (см. патент РФ №2283974, МПК F16D 69/02, 2006 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, слои, слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет отношение матрицы к наполнителям большее, чем в рабочем слое, но меньшее, чем в слое, контактирующем с металлическим каркасом» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога являются повышенные вибрации и звуковые явления в процессе эксплуатации, особенно в период приработки, из-за недостаточной демпфирующей способности слоистого полимерного композиционного фрикционного элемента.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из четырех слоев, включая размещенный на рабочей поверхности полимерного композиционного фрикционного элемента слой, выполненный из неотвержденного полимера матрицы композиционного фрикционного элемента и наполнителя (или наполнителей), при этом этот слой имеет массовое отношение полимера матрицы к наполнителю (или наполнителям) большее, чем отношение полимерной матрицы к наполнителям в слоях полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенных между слоем на рабочей поверхности и слоем, контактирующим с металлическим каркасом (см. патент РФ №2283973, МПК F16D 69/02, 2006 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из слоев, размещенный на противоположной каркасу поверхности полимерного композиционного фрикционного элемента слой, выполненный из неотвержденного полимера матрицы композиционного фрикционного элемента и наполнителя (наполнителей), этот слой имеет массовое отношение полимера матрицы к наполнителю (наполнителям) большее, чем отношение полимерной матрицы к наполнителям в слоях полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенных между слоем на рабочей поверхности и слоем, контактирующим с металлическим каркасом» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком наиболее близкого аналога также является возможность повышенных вибраций и звуковых явлений при эксплуатации, особенно в период приработки, из-за недостаточной демпфирующей способности слоистого композиционного фрикционного элемента.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия, особенно в процессе приработки, путем снижения вибраций и звуковых явлений за счет повышения демпфирующей способности слоистого полимерного композиционного фрикционного элемента изделия.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из слоев, при этом слой, размещенный на противоположной каркасу поверхности полимерного композиционного фрикционного элемента, выполнен из неотвержденного полимера матрицы композиционного фрикционного элемента и наполнителя (наполнителей) с массовым соотношением полимера матрицы к наполнителю (наполнителям) большим, чем соотношение полимерной матрицы к наполнителям в слоях полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенных между слоем на рабочей поверхности и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, при этом между слоем, размещенным на противоположной каркасу поверхности полимерного композиционного фрикционного элемента и противоположной каркасу поверхностью композиционного фрикционного элемента размещен дополнительный слой из полимерного композита композиционного фрикционного элемента, предварительно подвергнутого деструктурирующему термическому воздействию.

Существенные признаки заявляемого изобретения «между слоем, размещенным на противоположной каркасу поверхности полимерного композиционного фрикционного элемента и противоположной каркасу поверхностью композиционного фрикционного элемента размещен дополнительный слой из полимерного композита композиционного фрикционного элемента, предварительно подвергнутого деструктурирующему термическому воздействию» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.

Фрикционное изделие содержит металлический каркас, совмещенный (например, путем приформовывания) с полимерным композиционным фрикционным элементом, выполненным из полимерного композита (композитов). В качестве полимерной матрицы композита может использоваться резит фенолформальдегидной смолы. В качестве наполнителей могут использоваться дисперсные и дисперсные волокнистые материалы (технический углерод, барит, полиарамидные волокна, стальной порошок и т.д.). Композиционный фрикционный элемент выполнен из пяти слоев, продольных металлическому каркасу: слоя, контактирующего с металлическим каркасом; рабочего слоя; слоя, размещенного между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом (так называемого подслоя); наружного слоя, размещенного на рабочей поверхности изделия; дополнительного слоя, размещенного между наружным слоем и рабочим слоем. При этом рабочий слой и подслой выполнены из полимерного композита, включающего 5÷40 масс. % полимерной матрицы из резита фенолформальдегидной смолы и 60÷95 масс. % наполнителей. Слой композиционного фрикционного элемента, контактирующий с каркасом, выполнен из полимерного композита, имеющего следующее соотношение между матрицей и наполнителем (единственным наполнителем или несколькими наполнителями): 77÷100 масс. % полимерной матрицы из резита фенолформальдегидной смолы, 0÷33 масс. % наполнителя. Слой, размещенный на рабочей поверхности, выполнен из неотвержденной фенолформальдегидной смолы (77÷100 масс. %) и наполнителя (0÷33 масс. %). Между рабочим слоем и наружным слоем размещен дополнительный слой, выполненный из композита рабочего слоя, подвергнутого предварительно термическому деструктурирующему воздействию (температура воздействия 600÷700°C; время воздействия 30÷50 сек.).

Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами, например, приформовыванием к металлическому каркасу формовочных смесей. При этом поверхность металлического каркаса, к которой приформовывается композиционный фрикционный элемент, предварительно покрывается полимерной композицией соответствующего состава. Затем на каркас наносится подслой и рабочий слой из композиций соответствующего состава, и осуществляется формование и термообработка. Затем рабочая поверхность изделия подвергается термическому деструктурирующему воздействию и на нее наносится поверхностный слой.

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия является колодка дискового тормоза, содержащая плоский металлический каркас и фрикционный элемент, состоящий из пяти слоев. Слой, контактирующий с металлическим каркасом, толщина слоя ≈0,5 мм, слой включает ≈80 масс. % полимерной матрицы из резита фенолформальдегидной смолы и ≈20 масс. % технического углерода. Подслой толщиной 2÷3 мм, подслой включает ≈30 масс. % полимерной матрицы из резита фенолформальдегидной смолы и ≈70 масс. % волокнистых и порошкообразных наполнителей. Рабочий слой толщиной ≈30 мм, рабочий слой включает ≈20 масс. % полимерной матрицы из резита фенолформальдегидной смолы и ≈80 масс. % наполнителей. Дополнительный слой толщиной ≈0,5 мм представляет собой поверхностную часть рабочего слоя, подвергнутую деструктивному термическому воздействию при температуре ≈650°С в течение ≈45 сек. Поверхностный слой толщиной ≈0,5 мм, включает ≈80 масс. % фенолформальдегидной смолы и ≈20 масс. % технического углерода. Выполняется этот слой путем нанесения на подвергнутую деструктивному термическому воздействию поверхность рабочего слоя раствора смолы, содержащего наполнитель, с последующей сушкой от растворителя.

В результате повышается сжимаемость поверхностных слоев композиционного фрикционного элемента изделия, так как в результате термического деструктурирования существенно повышается сжимаемость материала, что повышает демпфирующую способность и снижает возможность повышенной вибрации (и связанных с ней звуковых явлений) во время эксплуатации, особенно в период приработки.