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 автотракторной техники, различных машин и оборудования (колодки дисковых и барабанных тормозов автомобилей, тракторов и др.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита и имеющий микропористую структуру с взаимосвязанными микропустотами (см. В.П.Лапшин и др. Влияние сорбированной воды на прочностные и фрикционные свойства тормозных накладок. Труды 3-го Международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов "Ярофри-97", Ярославль, 1997, сс.257-260). Существенные признаки аналога "полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита и имеющий микропористую структуру" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является сорбционная способность фрикционного элемента, характерная для композитов, получаемых как методом "теплого формования", так и (в меньшей степени) "горячего формования", обуславливающая нестабильность эксплуатационных характеристик изделия в зависимости от изменения условий эксплуатации; набухание фрикционного элемента во влажной среде, что может привести к его растрескиванию из-за закипания сорбированной воды при нагревах изделия в результате фрикционного контакта и т.п. Другим недостатком аналога являются недостаточные значения коэффициента трения в неприработанном состоянии тормоза и в период его приработки, а также повышенные вибрации при торможениях в этот период.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее полимерный композиционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита, при этом на рабочей поверхности элемента размещен поверхностный слой, выполненный из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), и имеющий массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) большее, чем соотношение полимерной матрицы и наполнителей в полимерном фрикционном композите, из которого выполнен фрикционный элемент (см. патент РФ №2187025, МПК⁷ F 16 D 69/02, 2002). Существенные признаки прототипа "полимерный композиционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита, при этом на рабочей поверхности элемента размещен поверхностный слой, выполненный из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей)" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа являются недостаточные значения коэффициента трения в неприработанном состоянии тормоза (муфты сцепления) и в период его приработки из-за недостаточной шероховатости рабочей поверхности фрикционного элемента, обусловленной наличием поверхностного слоя, имеющего значительное (по сравнению с материалом элемента) количество полимерной матрицы. Другим недостатком прототипа является сорбционная способность, характерная для композитов, полученных методом "теплого" формования из-за наличия микропористой структуры материала. Это также характерно, хотя и в меньшей степени, для композитов, полученных "горячим" формованием. Сорбционная способность фрикционного элемента, отсутствующая в начальный период эксплуатации, проявляется, как только в процессе приработки исчезнет поверхностный слой и вскроются поры, что приведет к появлению всех негативных моментов, свойственных для эксплуатационных характеристик пористого изделия.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия, как в процессе приработки, так и в период дальнейшей эксплуатации фрикционного изделия, путем повышения значений коэффициента трения в неприработанном состоянии и в период приработки, а также за счет снижения сорбционной способности фрикционного элемента в процессе штатной эксплуатации (после периода приработки) путем снижения его пористости.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем полимерный композиционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита, при этом на рабочей поверхности элемента размещен поверхностный слой, выполненный из полимера и наполнителя (или наполнителей), в качестве полимера поверхностного слоя используется термореактивный полимер в неотвержденном состоянии, обладающий адгезионными свойствами по отношению к материалу контртела, в качестве наполнителя (или наполнителей) используется порошкообразный наполнитель (или наполнители) с размерами частиц, соизмеримыми или меньшими размеров пор в полимерном композите, из которого изготовлен фрикционный элемент, и материал поверхностного слоя дополнительно размещен в порах слоя полимерного фрикционного элемента, контактирующего с поверхностным слоем.

Существенные признаки заявляемого изобретения "в качестве полимера поверхностного слоя используется термореактивный полимер в неотвержденном состоянии, обладающий адгезионными свойствами по отношению к материалу контртела, в качестве наполнителя (или наполнителей) используется порошкообразный наполнитель (или наполнители) с размерами частиц, соизмеримыми или меньшими размеров пор в полимерном композите, из которого изготовлен фрикционный элемент, и материал поверхностного слоя дополнительно размещен в порах слоя полимерного фрикционного элемента, контактирующего с поверхностным слоем" являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие содержит полимерный фрикционный элемент, который, при необходимости, может быть зафиксирован на металлическом или другом каркасе, например приформовыванием, приклепкой, приклейкой и т.п. В качестве полимерной матрицы полимерного композита, из которого изготовлен фрикционный элемент, могут использоваться отвержденные смолы, вулканизованные каучуки, их смеси и т.д. В качестве наполнителей полимерного композита, из которого изготовлен фрикционный элемент, могут использоваться волокнистые материалы (минеральные волокна, металлические волокна, полиарамидные волокна и др., или их смеси), дисперсные материалы (технический углерод, барит и т.д., их смеси). Поверхностный слой (слой, размещенный на рабочей поверхности фрикционного элемента, то есть на поверхности, входящей при эксплуатации во фрикционный контакт с контртелом), а также материал, размещенный в порах слоя фрикционного элемента, контактирующего с поверхностным слоем, выполнены из неотвержденной смолы (или невулканизованного каучука и вулканизующей группы, или смесей смолы и каучука и т.д.) и наполнителя (или наполнителей), размер частиц которого позволяет разместить их в порах фрикционного элемента. Содержание полимерной составляющей поверхностного слоя обычно не менее 70% масс.

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например путем нанесения на рабочую поверхность изделия тампоном или валиком поверхностного слоя. Для обеспечения проникновения полимера и дисперсных частиц в поры фрикционного элемента целесообразно использовать материал поверхностного слоя в смеси с растворителем в соотношении и в условиях, обеспечивающих необходимую текучесть и эффективную пропитку фрикционного элемента.

Конкретным примером заявляемого изделия является колодка дискового тормоза автомобиля, содержащая металлический каркас и приформованный к нему фрикционный элемент. Поверхностный слой на рабочей поверхности фрикционного элемента имеет толщину до 0,5 мм и включает ˜80% масс. фенолформальдегидной смолы и ˜20% масс. диспергированного технического углерода с размером частиц до 10 мкм. Слой фрикционного элемента, контактирующий с поверхностным слоем, поры которого заполнены материалом указанного выше состава, имеет толщину не менее 1,5 мм. Поверхностный слой выполнен, например, путем нанесения валиком на рабочую поверхность изделия содержащего наполнитель раствора смолы в метилэтилкетоне с последующей выдержкой для проникновения раствора и наполнителя в поры и сушкой изделия от растворителя.

Наличие в период приработки во фрикционном изделии поверхностного слоя, контактирующего с металлическим контртелом и обладающего адгезионными свойствами по отношению к металлу контртела (имеющем клеящие свойства к металлу), существенно увеличивает коэффициент трения между этими поверхностями. Частично этот эффект остается и после износа поверхностного слоя за счет наличия клеящего материала в порах фрикционного элемента. Наполнение пор фрикционного элемента полимером и дисперсными частицами, перекрывающими или существенно уменьшающими размеры пор, снижают сорбционную способность материала фрикционного элемента, при этом за счет нагревов фрикционного элемента при фрикционных контактах клеящий полимер отверждается, что упрочняет фрикционный элемент и препятствует трещино- и порообразованию в рабочем слое элемента. Благодаря этому снижается тенденция возрастания сорбционной способности материала в процессе эксплуатации. В результате улучшаются эксплуатационные характеристики изделия, как в процессе приработки, так и в период дальнейшей эксплуатации фрикционного изделия.