Результат интеллектуальной деятельности: ФРИКЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к фрикционным полимерным материалам на основе каучуков, вулканизирующих компонентов, наполнителей и различных добавок и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей.

Известны фрикционные полимерные материалы на основе бутадиеновых каучуков со смолами, вулканизирующими добавками типа серы, тиурана и других серосодержащих веществ, включающих наполнители минеральные порошки, неорганические волокна, металлическую стружку (см. «Энциклопедию полимеров», т.3, изд. «Советская энциклопедия», М., 1977, стр.786-788). Аналог 1.

Такие фрикционные полимерные материалы наряду с определенными ценными свойствами имеют существенный недостаток. Авторами установлено, что серосодержащие тормозные колодки при эксплуатации вызывают диффузию серы в поверхность металлической пары с последующим взаимодействием ее с легирующими металлами, входящими в состав пары, что вызывает ускоренное разрушение поверхности колеса или диска при торможении.

Известны также полимерные резинотехнические изделия на основе бутадиеновых каучуков с использованием вулканизирующих добавок, не содержащих серу, а именно алкилфенолоформальдегидных смол (см. «Энциклопедию полимеров», т.1, стр.543). Аналог 2.

Однако, устраняя сернистые соединения, вводится смоляной компонент, который лишь частично связывается с каучуками. Кроме того, все полимерные фенолформальдегидные смолы всегда содержат свободный фенол (до 10% и более), который вообще не связывается с каучуками, что приводит к снижению прочности и фрикционных свойств отвержденных (вулканизированных) изделий.

Ближайшим прототипом заявленного технического решения является фрикционный полимерный материал, получаемый путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков, предварительно обработанных на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с метакриловой кислотой (см. патент RU 2307841 от 10.10.2007 г.), включающим эпоксидный компонент, вулканизирующие добавки и смесь наполнителей - порошкового и волокнистого (см. патент России RU 2175335, бюл. №30, 2001 г.).

Недостатком этого фрикционного материала является недостаточная стабильность эксплуатационных характеристик во времени.

Целью данного изобретения является повышение стабильности характеристик фрикционного материала и повышение долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия.

Поставленная цель достигается тем, что фрикционный полимерный материал, выполненный из композиции путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков со смолами, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей - порошкового и волокнистого, отличается использованием в качестве связующего каучук (А), предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с м.м. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок использованием алкилфенолформальдегидной смолы, в частности n-третбутил- или n-октилфенолоформальдегидные смолы и дополнительно смесь окислов трех металлов в соотношении TiO₂:V₂O₅:WO₃ от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.:

Продукты взаимодействия эпоксидных диановых смол с метакриловой кислотой в присутствии третичных аминов в стехиометрическом количестве известны и как дивинилэфирные смолы. Однако они оказались недостаточно эффективны в данном случае.

Продукты же взаимодействия эпоксидных смол с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола впервые получены авторами и применены впервые в данном изобретении.

Пример 1.

Получение продукта взаимодействия

В реактор, снабженный обогревателем и мешалкой, загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-16 с ММ=600 и содержанием эпоксидных групп 16% и нагревают до 70°С, после чего загружают при перемешивании 8,8 мас.ч. метакриловой кислоты (0,55 от стехиометрического количества, т.е. от эквимолекулярного) и 0,53 мас.ч. катализатора - метилимидазола. В течение 60 мин температуру поднимают до 90°С и выдерживают при перемешивании еще 60 мин. Полученный продукт выгружают в противни и охлаждают до комнатной температуры.

Продукт имеет следующие характеристики:

внешний вид - твердый желтый, прозрачный продукт;

содержание эпоксидных групп - 9%;

температура плавления - 56°С.

Получение фрикционного полимерного материала

Бутадиеннитрильный каучук марки СКН-40 в количестве 78 мас.ч. подвергают обработке на вальцах с фрикцией 1,3, при температуре 55°С в течение 5 мин, после чего добавляют 22 мас.ч. продукта взаимодействия и вальцуют в течение 10 мин при 65°С.

Далее вводят вулканизирующую добавку - 12 мас.ч. третбутилфенолоформальдегидной смолы и смесь наполнителей: 250 мас.ч. барита и 125 мас.ч. рубленого стекловолокна диаметром 13 микрон и смесь оксидов металлов в соотношении TiO₂:V₂O₅:WO₃ от 1:2:2 до 2:1:1.

После введения указанных компонентов смесь вальцуют при 85°С в течение 12 мин. с четырехразовым подрезанием вальцуемой массы.

Полученный таким образом фрикционный материал перерабатывают в изделия путем прессования в пресс-формах или экструзией. Температура вулканизации материала 190°С, выдержка 3,5 мин на каждый миллиметр толщины.

Примеры 2…7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением состава и параметров в соответствии с табл.1.

Свойства материалов по заявляемому способу приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что заявляемый способ обеспечивает получение фрикционных материалов, которые в отличие от прототипа не снижают прочности после 300 суток эксплуатации, а прочность при сжатии даже возрастает. У прототипа прочностные показатели после такого же воздействия значительно снижаются.