Композиционные триботехнические материалы на основе олигомеров сшивающихся смол (стр. 8 из 12)
3.3. Ударная вязкость полимера
Ударная вязкость образцовопределялась на маятниковом копре. Наибольшей ударной вязкостью, каквыяснилось, обладает полиэтилен с добавкой 1% кремния. Образцы для опытовприменялись прямоугольного профиля площадью 7´5мм2. Результаты опыта приведены на рис.№9
Рис.№93.4. Триботехническиехарактеристики
Триботехнические испытанияпроводились на трибометре ПД-!А. Как выяснилось из результатов исследования,наибольшим коэффициентом трения обладает образец с содержанием 3% кремния,наименьшим – с содержанием 0,1% и 0,5%[18,19,20].
Установлено также, что сувеличением скорости скольжения образцов увеличивается коэффициент трения иудельный износ.
Результаты исследований приведенына рис№10, №11.
Рис.10.
Рис.11
Глава IY. Технология изготовления триботехнических материалов наоснове полимеров 4.1. Принципы создания композиционных материалов на основеполимеров
Эксплуатационная долговечностьмашин и механизмов в ряде случаев определяется надежностью работы узлов трения.Применение фрикционных деталей из цветных и специальных подшипниковых сплавовтребует выполнения ряда условий для их надежной работы – смазки, специальныхустройств, защищающих узлы трения от воздействия абразивных частиц,загрязнений, агрессивных сред, механических повреждений. Для малонагруженных инизкоскоростных узлов трения техники различного назначения использованиеподшипников скольжения из металлических сплавов конструктивно не обосновано иэкономически нецелесообразно. Современные композиционные материалы на основеполимеров позволяют решить задачу повышения эксплуатационного ресурса инадежности машин, обеспечив при этом значительные материальные выгоды иэкономический эффект.
Полимерные материалы в чистом виденашли ограниченное применение при изготовлении деталей узлов трения вследствиеих относительно невысоких эксплуатационных характеристик – высокогокоэффициента трения, недостаточной термо- и теплостойкости, низкой износостойкости.Для повышения служебных характеристик полимера используют различныенаправления: разработку новых связующих с требуемыми характеристиками,модифицирование многотоннажно выпускаемых материалов функциональными добавками,обработку специальными методами.
Выбор направления созданияполимерного композита обусловлен конкретными требованиями: экономическими,конструктивными, технологическими, эксплуатационными и др. Например, применениеполимерных подшипников скольжения в автомобилях, сельскохозяйственных машинах,выпускаемых большими сериями, выдвигают на первый план экономические(стоимость, доступность сырья) и технологические (методы переработки в изделия,возможность регенерации технологического брака) аспекты. При использованииполимерных конструкций в единичных образцах техники, особенно эксплуатирующейсяв экстремальных условиях, естественно, более важное значение имеютэксплуатационные и конструктивные требования – заданные физико-механическиесвойства, термо- и теплостойкость и т.п. Очевидно, что и эти методымодифицирования полимерных материалов выбираются, исходя из анализатехнико-экономических требований к конструкции.
Обобщение отечественного изарубежного опыта создания металлополимерных узлов трения позволило выявитьосновные тенденции в этой области: разработку методов создания материалов сзаданными фрикционными свойствами и разработку методов управленияповерхностными свойствами материалов непосредственно в процессе фрикционноговзаимодействия.
Исследование механизма трения иизнашивания полимеров по металлам позволяет утверждать, что наиболеесущественное влияние на фрикционные характеристики оказывают: природаконтактирующих материалов, нагрузочно-скоростные и тепловые режимы трения,условия смазки, топография поверхностей трения. Работа узла трения, вчастности, во многом зависит от температуры и состава окружающей среды, наличияабразива, воздействия агрессивных и коррозионно-активных сред.
Для снижения коэффициента трения иповышения износостойкости материала в состав связующего обычно вводят от 0,1 до40% мас. сухих смазок – графита, сульфидов металлов, солей высших кислот,талька, слюды и др. Такие вещества обладают способностью образовывать наповерхностях трения легкоподвижные слои. Данный метод модифицирования нашелнаибольшее применение для сшивающихся связующих – фенолформальдегидных,эпоксидных, полиэфирных смол.
В последние годы широкоераспространение получил метод повышения фрикционных свойств полимерныхматериалов путем введения в их состав жидкофазных смазок и смазочных масел. Привведении жидких компонентов в пределах, превышающих их совместимость сполимерным связующим, создается возможность выделения избытка жидкости изматрицы. Наличие в зоне трения градиента температур способствует миграциисмазочной жидкости с повышенной температурой. Таким образом, на поверхностяхтрения непрерывно генерируется смазочная пленка. При снижении температуры взоне трения скорость миграции смазки замедляется, что способствует обеспечениюэффекта самосмазывания в течение длительного времени.
Недостатком антифрикционныхматериалов, содержащих жидкие смазки, является ограниченность ресурса работыузла трения. Это связано с относительно небольшим количеством жидкой смазки,которую можно ввести в полимерный материал без существенного усложнения технологииизготовления и переработки, а также без снижения и сходных физико-механическиххарактеристик полимерного связующего. Частично данные недостатки устраняютсяпри использовании специальных поглотителей жидкой смазки, которые могутадсорбировать значительные объемы жидкости при небольших собственных объемах.Таким образом, появляется возможность перерабатывать композиции, содержащие до40-50% об. жидкой смазки, на стандартном технологическом оборудовании. Вкачестве поглотителей (адсорбентов) смазки используют порошки металлов,оксидов, графита, полимеров, силикатов и др. веществ.
Эксплуатационный диапазонприменения полимерных антифрикционных материалов часто определяетсятеплостойкостью полимерного связующего, теплопроводностью композиции. Так, прискачкообразном изменении нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации, вызванномэкстремальными ситуациями, основной причиной отказа металлополимерного узлатрения является тепловое разрушение подшипника.
Интересен метод повышенияизносостойкости узлов трения, заключающийся во введении в полимерное связующеедобавок, способных к полимеризации,-- трибополимеров. Образованиетрибополимерной пленки в зоне трения обеспечивает снижение износа узла.Дефицитность трибополимеризующих присадок и ограниченный диапазон проявленияэтого эффекта сдерживают развитие этого направления.
Перспективным направлениемповышения износостойкости полимерных материалов и композитов на их основеявляется диффузионное насыщение поверхностных слоев деталей трения целевымидобавками. Это позволяет достичь значительного эксплуатационного эффекта приотносительно небольших экономических затратах на модификацию изделий.
В последние годы активное развитиеполучил трибохимический принцип создания металлополимерных узлов трения. Сутьразвиваемого принципа состоит в направленном использовании физико-химическихпроцессов в зоне трения с целью обеспечения благоприятного режима эксплуатацииузла.
Продукты трибохимических реакций внекоторых случаях могут выполнять роль противоизносных добавок, так называемыхингибиторов изнашивания. Поэтому важнейшей задачей триботехническогоматериаловедения является создание трибосистем, в которых развиваютсяфизико-химические процессы образования ингибиторов изнашивания. В связи с этимеще на стадии проектирования узла трения необходимо учесть трибохимическиеаспекты его эксплуатации. Это будет способствовать повышению надежности идолговечности, обеспечению требуемого ресурса работы техники. Реализациятрибохимического принципа создания металлополимерных узлов трения позволиларазработать группу самосмазывающихся материалов и методов повышенияизносостойкости узлов трения.
4.2. Изготовление изделий методом контактного формования
Метод контактного формования нетребует сложного оборудования, и поэтому он широко применяется при изготовленииобъемных и плоских деталей из стеклопластиков в строительстве, машино-,приборо-, автомобиле- и судостроении. При контактном формовании отверждениематериала происходит, как правило, при комнатной температуре, однако дляускорения процесса можно применять обогреваемые формы или проводить отверждениепри повышенных температурах (60-1000С).