Подшипник скольжения из эпоксидной смолы

Выбор эпоксидной композиции для восстановления посадочных мест под подшипники корпусных деталей

Описан принцип составления эпоксидных композиций из эпоксидных смол, отвердителей и наполнителей. Наполнители придают композиции свойства, позволяющие ее использовать для восстановления дефектных мест деталей или восстановления посадочных мест под подшипники качения.

В качестве полимерного связующего для получения покрытий наиболее широкое применение находит эпоксидная смола ЭД-16 с содержанием эпоксидных групп 14. 18 % и средним молекулярным весом 500. Смола представляет собой вязкую медленно растекающуюся жидкость светло-коричневого цвета. В отвержденном состоянии смола ЭД-16 обладает высокой адгезионной способностью, хорошими механическими характеристиками, высокой стойкостью к действию повышенных температур, отсутствием выделений летучих веществ в процессе полимеризации и малой способностью к усадочным явлениям.

Отвердителями эпоксидных смол могут служить амины (этилендиамин, гексаметил, полиэтиленполиамин и др.), ангидриды кислот (маленовый, фталевый и др.), низкомолекулярные полиамиды (Л-18, Л-19, Л-20) и другие соединения. Выбор отвердителя зависит от назначения эпоксидной композиции. Для получения тонкослойных покрытий наибольший интерес представляют аминные отвердители и низкомолекулярные смолы, которые возможно применять для отверждения и при низких температурах. Низкомолекулярные полиамидные смолы являются продуктами димеризованных метиловых эфиров, жирных кислот льняного или соевого масла и различных фракций полиэтиленполиамина.

Наиболее технологичным, дешевым, а поэтому наиболее распространенным отвердителем является полиэтиленполиамин (ПЭА). Полиэтиленполиамин представляет собой маслянистую жидкость со специфическим запахом и окраской от светло-желтой до темно-бурой, с температурой кипения 277 ºС и плотностью 0,33. 1,03 г/см 3 . Он растворим в воде и гигроскопичен. При расчете необходимого количества полиэтиленполиамина важную роль играет точное значение эпоксидного числа и эквивалента в расчете на активный водород. Количество полиэтиленполиамина, необходимого для отверждения эпоксидной смолы ЭД-16, рассчитывают по формуле А = αК, где А — количество отвердителя, необходимое для отверждения 100 частей (по массе) эпоксидной смолы; К — содержание эпоксидных групп в смоле, %; α — коэффициент, учитывающий эквивалент в расчете на активный водород (α = 0,65. 0,7 для полиэтиленполиамина ГИПХ, α = 0,77. 0,81 для полиэтиленполиамина Нижнетагильского завода пластмасс).

Недостаток полиэтиленполиамина приводит к увеличению времени отверждения композиции, так как в этом случае в избытке остаются непрореагированные эпоксидные группы, что приводит к снижению прочности и ухудшению всех физико-механических свойств композиции.

Увеличение количества полиэтиленполиамина с 6 до 10 частей (по массе) приводит к увеличению прочности на разрыв адгезии, теплостойкости и незначительному снижению относительного удлинения.

При введении в композицию более 10 частей (по массе) полиэтиленполиамина наблюдается увеличение скорости отверждения, что приводит к интенсивному снижению рассматриваемых веществ в смоле, отвержденной при комнатной температуре. Избыток полиэтиленполиамина оказывает пластифицирующее действие. Введение избыточного количества отвердителя приводит к снижению микротвердости, теплостойкости и водостойкости, к коррозии меди и латуни.

Для получения покрытий с оптимальными физико-механическими свойствами количество отвердителя в эпоксидной композиции должно составлять 9. 12 частей (по массе).

При отверждении эпоксидных смол полиэтиленполиамина при комнатной температуре 20. 30 % эпоксидных групп остаются непрореагированными, следовательно, физико-механические свойства таких покрытий ниже, чем покрытий, отвержденных при тепловом воздействии. Даже при отверждении при комнатной температуре в течение 45 суток количество вымываемого вещества в эпоксидной композиции составляет 12. 13 %.

Скорость структурирования эпоксидного состава с повышением температуры отверждения возрастает, так как возрастает реакционная способность отвердителя. Ускорение структурирования состава при повышении температуры обусловлено снижением вязкости реакционной системы, повышением подвижности функциональных групп и возрастанием скорости их воздействия.

Физико-механические свойства отвержденных эпоксидных составов и стабильность их характеристик при эксплуатации определяются завершенностью процесса отверждения. Так, минимальная прочность сцепления эпоксидной композиции получается при отверждении в течение 40 ч при 100 °С. При этом количество неотвержденной части, вымываемой из отвержденной композиции, составляет 2 %. Поэтому для ускорения процесса отверждения и повышения физико-механических свойств эпоксидных композиций рекомендуется их отверждение проводить при температуре, превышающей температуру стеклования.

Для повышения эластичности и ударной вязкости, снижения хрупкости эпоксидных композиций в их состав вводят пластификаторы или эластомеры типа герметика 6Ф. Наибольшее распространение в качестве пластификатора получил дибутилфталат, представляющий собой маслянистую высококипящую жидкость, хорошо смешивающуюся с эпоксидной смолой. Наличие пластификатора в составе эпоксидной композиции оказывает влияние на процесс отверждения, несколько замедляя скорость отверждения. Увеличение количества введенного дибутилфталата приводит к снижению адгезионной прочности и твердости эпоксидных покрытий. Пластификатор не принимает участия в структурировании эпоксидной смолы, и долгое время остается в композиции, медленно высыхая и затягивая процесс отверждения (до 45 суток и более при температуре 25 °С), в результате возникают внутренние напряжения, и снижается прочность покрытия.

Более эффективным способом снижения хрупкости эпоксидной композиции, повышения прочности и ударной вязкости является введение в состав композиции эластофицирующего агента — герметика 6Ф. Герметик 6Ф представляет собой продукт совмещения каучука СКН-40 со смолой ФКУ на основе замешанного фенола винилацетиленовой структуры. Он имеет более высокие физико-механические свойства, большую стойкость к агрессивным средам. Герметик 6Ф вводят в состав эпоксидной композиции вслед за пластификатором, и они вместе значительно снижают вязкость полимерной составляющей. Наличие эластомера 6Ф в составе композиции позволяет увеличить количество вводимого в композицию наполнителя.

Введение в эпоксидную композицию наполнителей позволяет улучшить их физико-механические свойства, снизить стоимость. Количество вводимых наполнителей определяется назначением композиции и природой наполнителя. В качестве наполнителей применяют графит, кварцевую муку, железный и чугунный порошки, алюминиевую и бронзовую пудру, стекловолокно, оксиды и карбиды кремния, титана и др.

Для ремонта изношенных гнезд вкладышей коренных подшипников блоков двигателей и посадочных мест под подшипники качения картеров коробок передач выбрана эпоксидная композиция, содержащая следующие компоненты (в частях по массе): эпоксидную смолу ЭД-16 — 100; дибутилфталат — 10; чугунный порошок — 160; графит — 6; герметик 6Ф — 10; полиэтиленполиамин — 10.

А.А.Гаджиев, А.А. Агуреев, Б.М. Богданов
Журнал «Ремонт, восстановление, модернизация», № 8, 2004 г.

Источник

Способ изготовления подшипника скольжения

Владельцы патента RU 2421335:

Изобретение относится к способу формирования изделий из полимерных композиционных материалов центробежным способом и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения. Технической задачей, на решение которой направлен способ по изобретению, является повышение долговечности и надежности подшипника скольжения. Загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия. Подшипник формуют послойно и в зависимости от слоя в металлическую втулку, предварительно обработанную антиадгезионным составом, поочередно загружают полимерную композицию на основе эпоксидного связующего и наполнителей, требуемых для данного слоя. Затем, выбрав режим формования, позволяющий равномерно распределить наполнитель по слою, формируют каждый слой подшипника. Кроме того, композицию каждого последующего слоя загружают в момент частичного отверждения предыдущего. Изготавливаемый подшипник может иметь неограниченное число функциональных слоев и их конфигурация может быть различной. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу формирования изделий из полимерных композиционных материалов центробежным способом и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения.

Известен способ изготовления подшипника скольжения и устройство для его осуществления (патент РФ №207916, кл. B29C 41/04, 41/38, 25.04.1994), при котором формование полимерной композиции производят путем чередования периодов вращения формы с различной скоростью — сначала с высокой, а затем с низкой.

Недостатком этого способа является то, что равномерное распределение наполнителей по объему подшипника приводит к наличию наполнителей, увеличивающих коэффициент трения материала в антифрикционном слое подшипника, что приводит к повышенному износу антифрикционного покрытия и, как следствие, уменьшению ресурса подшипника.

Ближайшим аналогом является способ изготовления подшипника скольжения, при котором загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия (патент РФ №2257297, кл. B29D 31/02, B29C 41/04, 09.03.2004).

При данном способе покрытие получается посредством ликвации и недостатком данного способа является его крайняя неэффективность при изготовлении подшипников скольжения с высокой степенью армирования изделия волокнистыми материалами вследствие того, что, хаотично переплетаясь при перемешивании, они образуют сложную сеть и в процессе ликвации препятствуют направленному разделению композиции на функциональные слои. Это приводит к уменьшению прочности конструкции подшипника в целом, увеличению износа антифрикционного слоя и уменьшению надежности и долговечности подшипника скольжения.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение долговечности и надежности подшипника скольжения.

Решение поставленной задачи достигается посредством того, что загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия, согласно способу изобретения подшипник формуют послойно и в зависимости от слоя в металлическую втулку, предварительно обработанную антиадгезионным составом, поочередно загружают полимерную композицию на основе эпоксидного связующего и наполнителей, требуемых для данного слоя, затем, выбрав режим формования, позволяющий равномерно распределить наполнитель по слою, формируют каждый слой подшипника. Кроме того, композицию каждого последующего слоя загружают в момент частичного отверждения предыдущего. Кроме того, изготавливаемый подшипник может иметь неограниченное число функциональных слоев и их конфигурация может быть различной.

Послойное формование подшипника в предварительно обработанной антиадгезионным составом металлической втулке путем поочередной загрузки полимерной композиции на основе эпоксидного связующего и наполнителей, требуемых для данного слоя, с последующим выбором режима формования, позволяющего равномерно распределить наполнители по слою, позволяет создать структуру с гарантированным распределением наполнителей по объему подшипника, что повышает долговечность и надежность подшипника в целом.

Загрузка каждого последующего слоя композиции в момент частичного отверждения предыдущего (когда вязкость композиции станет достаточной, чтобы удерживать форму слоя) обеспечивает дополнительное когезионное взаимодействие между слоями подшипника без использования дополнительных клеящих материалов.

Формование подшипника с неограниченным числом различных функциональных слоев и их различной конфигурацией повышает долговечность.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 приведен продольный разрез формы с готовым изделием; на фиг.2 — узел А; на фиг.1 — вид сформированного послойно подшипника скольжения; на фиг.3 приведена зависимость скорости формования от среднего диаметра слоя.

Пример реализации способа. Для осуществления предлагаемого способа изготовления подшипника скольжения, например, диаметром 50 мм его разбивают на функциональные слои и в зависимости от слоя в металлическую форму 1, предварительно обработанную антиадгезионным составом, загружают полимерную композицию на основе эпоксидного связующего (например, эпоксидной смолы YD-128) и отвердителя (например, полиэтиленполиамин), а также наполнители, соответствующие адгезионному слою 2. Рекомендуемый состав данного слоя приводится в таблице 1. Рекомендуемая толщина адгезионного слоя 2-0,5-1 мм. Форму приводят во вращение со скоростью 140-150 об/мин (фиг.3). Рекомендуемая температура формования для данного слоя составляет 40°С. Рекомендуемое время формования слоя с данным составом составляет 25 мин. После частичного отверждения адгезионного слоя, которое определяется по вязкости композиции известным способом, в металлическую форму 1 с адгезионным слоем 2 через отверстие 5 загружают композицию на основе эпоксидного связующего (например, эпоксидной смолы YD-128) и отвердителя (например, полиэтиленполиамин), а также наполнители, соответствующие демпфирующему слою 3. Рекомендуемый состав данного слоя приводится в таблице 1. Рекомендуемая толщина демпфирующего слоя 3-1-2 мм. Форму приводят во вращение со скоростью 130-140 об/мин (фиг.3). Рекомендуемая температура формования для данного слоя составляет 50°С. Рекомендуемое время формования слоя с данным составом составляет 28-30 мин. После частичного отверждения демпфирующего слоя, которое определяется по вязкости композиции известным способом, в металлическую форму 1 с адгезионным 2 и демпфирующими 3 слоями через отверстие 5 загружается композиция на основе эпоксидного связующего (например, эпоксидной смолы YD-128) и отвердителя (например, полиэтиленполиамин), а также наполнители, соответствующие антифрикционному слою 4. Рекомендуемый состав данного слоя приводится в таблице 1. Рекомендуемая толщина антифрикционного слоя 4-0,5-0,7 мм. Форму приводят во вращение со скоростью 120-130 об/мин (фиг.3). Рекомендуемая температура формования для данного слоя составляет 40°С. Рекомендуемое время формования слоя с данным составом составляет 20 мин. Если в формуемом слое используется другое эпоксидное связующее, то также пересчитывают температуру и время формования.

Таким образом формируют все последующие слои подшипника. Конечное изделие является цельнополимерным. Кроме того, благодаря тому, что композицию последующего слоя загружают в момент частичного отверждения предыдущего, не происходит расслоения подшипника на границе раздела слоев. Благодаря наличию антиадгезионного состава и сильно различающихся коэффициентов температурного расширения при остывании металлической формы происходит самопроизвольное отделение готового подшипника от формы, что облегчает извлечение подшипника.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение долговечности и надежности работы подшипника, что достигается за счет того, что предлагаемый способ с высокой точностью позволяет обеспечить наличие только требуемых наполнителей в каждом функциональном слое подшипника. Кроме того, благодаря эффекту неполного отверждения подшипник, разделенный на слои, фактически остается сплошным.

1. Способ изготовления подшипника скольжения, при котором загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формирование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия, отличающийся тем, что подшипник формуют послойно и в зависимости от слоя в металлическую втулку, предварительно обработанную антиадгезионным составом, поочередно загружают полимерную композицию на основе эпоксидного связующего и наполнителей, требуемых для данного слоя, затем, выбрав режим формования, позволяющий равномерно распределить наполнитель по слою, формируют каждый слой подшипника.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что композицию каждого последующего слоя загружают в момент частичного отверждения предыдущего.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что изготавливаемый подшипник может иметь неограниченное число функциональных слоев и их конфигурация может быть различной.

Источник