Несмотря на целый ряд несомненных преимуществ полимерных триботехнических материалов, они еще робко вытесняют металлы даже в тех случаях, когда их преимущества очевидны. В значительной степени это объясняется недостаточной информированностью современных инженеров-конструкторов о свойствах новых материалов и опыте их использования в триботехнике. Наиболее эффективным путем преодоления этого незнания является интенсивное создание различных трибологических баз данных.
Самосмазывающиеся композиты и области их применения. Потребности промышленности в материалах, способных работать в узлах трения без внешнего подвода смазочных веществ, в контакте с активными агентами производственной и окружающей среды непрерывно возрастают. Эффективным путем решения многих триботехнических задач создания новой техники является использование композиционных материалов на основе рационального сочетания органических и неорганических полимеров, металлов, различных минералов и других веществ. Современные триботехнические самосмаэызающиеся композиты можно условно разделить на семь групп, отличающихся макроструктурой [1, с. 166]:
а) наполненные полимеры;
б) смеси термопластичных полимеров;
в) смеси термопластичных и термореактивных полимеров с взаимопроникающими макроструктурами;
г) материалы на основе древесины, поры которой заполнены специальными полимерными составами;
д) металлополимерные материалы;
е) органо- и углепластики;
ж) ленточные материалы и покрытия.
Все чаще применяются и различные комбинации из названных структур, в том числе полиматричные, полиармированные и т. д.
Наполненные полимеры - наиболее «старые» триботехнические материалы, обычно получаемые смешением полимерных материалов с антифрикционными и другими добавками.
В последнее время в СНГ расширяется использование наполненных полиимидных, поликарбонатных, полиакрилатных, полиэпоксидных и других композиционных материалов. Представляет интерес применение новых композиционных материалов (компоноров) на основе полимеризаиионно наполненного сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) [2]. В композиции используются минеральные дисперсии дешевых наполнителей: туфа, каолина, мела (наполнение до 60%). Компоноры перерабатываются в изделия литьем под давлением.
Смеси термопластичных полимеров обладают деформационно-прочностными и триботехническими характеристиками, не свойственными входящим в композицию полимерным компонентам, Важно также, то, что для их изготовления используются много-тоннажные полимеры - полиамиды, полиолефины, полиацетали, поликарбонат, полисульфоны и др. - и перерабатываются они в изделия высокопроизводительными литьевыми и экструэионными методами [3, с. 75].
Для изготовления подшипников скольжения, эксплуатирующихся без смазки при нагрузке до 5...7 МПа и скорости скольжения до 1 м/с взамен цветных и черных металлов целесообразно применять триботехнические смеси полиамид (полиацеталь) - полиолефины типа САМ (табл. 1).
Таблица 1
Физико-механические и триботехнические характеристики самосмазывающихся смесей
|
Показатель |
Марка материала |
|||
|
САМ-3 |
САМ-5 |
САМ-6 |
САМ -7 |
|
|
Материал матрицы |
Смесь полиамида и полиэтилена |
Смесь поливцеталя, полиэтилена и фторопласта |
||
|
Плотность, г/см3 |
1,3 |
1,1 |
1,4 |
1,3 |
|
Теплостойкость, К |
473…478 |
463…473 |
403…423 |
403…423 |
|
Разрушающее напряжение при сжатии МН/м2 |
120 |
90 |
98 |
-
|
|
Модуль упругости при растяжении, 102, МН/м2 |
19 |
8 |
- |
- |
|
Коэффициент трения |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
Коэффициент износа |
0,2 |
0,2 |
0,17 |
0,1 |
Триботехнические материалы типа САМ обеспечивают надежную работу при эксплуатации без смазки при 
и температуре 100...150 °С. Особенно эффективными они оказались при использовании в подшипниках транспортных устройств (тормозных рычагов, дверей, подвески легковых и грузовых автомобилей) и сельскохозяйственных машин (зерно- и силосоуборочных комбайнов, тракторов, жаток).
Смеси термореактивных и термопластичных полимеров в оптимальных пропорциях позволяют значительно расширить диапазон управления свойствами материалов, повысить такие важные характеристики конструкционных материалов, как прочность и теплостойкость, улучшить триботехнические свойства. Чаще других в таких смесях в качестве термопластичной составляющей используются полиамиды, полиацеталь, полиолефины, политетрафторэтилен. Лучшие результаты достигнуты при применении в качестве термореактивного компонента полиимидных, кремнийоргани-ческих, эпоксидных, фенольных и полиэфирных смол [2, с. 88].
Название таким смесям чаще всего дает тот компонент, который вносит наиболее существенный или специфический вклад в свойства триботехнических композитов.
Таблица 2
Свойства композиционных материалов на основе полиэфирных смол
|
Показатель |
Исходная полиэфирная смола |
Композиционный материал |
|
|
САМ-ПЭ1 |
САМ-ПЭ2 |
||
|
Предел прочности при изгибе, МПа |
60...65 |
55…65 |
80...95 |
|
Твердость по Бринеллю, МПа |
140... 150 |
68...80 |
170...180 |
|
Коэффициент трения по стали (р = 5 МПа, v = 0,5 м/с) |
0.6...0.8 |
0.12...0.16 |
0.3...0.4 |
|
Усадка, % |
2,5...6,0 |
0,08...0,20 |
1,5...1,8 |
Обычно самосмаэывающиеся композиты содержат более трех составляющих. Поэтому разработка опти'мального состава требует большого количества экспериментальных исследований, применения современных методов оптимизации и вычислительной техники. В качестве примера приведем данные по оптимизации методов многофакторного планирования составов триботехнических композитов на основе полиэфирных смол [2, с. 96]. Для полиэфирных смол характерны низкая ударная вязкость, высокий коэффициент трения, высокая усадка и т. д. Но вместе с тем полиэфирные композиты отличаются высокой прочностью, низкой стоимостью и возможностью формовать изделие при низких температурах. Ввведением различных функциональных добавок удается существенно улучшить характеристики триботехнических полиэфирных композитов.
Таблица 3
Основные характеристики материала Ф4-ВМ
|
Показатель |
Значение |
|
Плотность, кг/м^ |
1900...2600 |
|
Разрушающее напряжение, МПа: |
|
|
при растяжении |
14.. .28 |
|
изгибе |
40...43 |
|
срезе |
20...26 |
|
Напряжение при деформации сжатия 10%, МПа |
40... 47 |
|
Относительное удлинение при разрыве, % |
5...240 |
|
Коэффициент линейного теплового расширения, 10— К-1 |
1,3.-4,0 |
|
Твердость по Бринеллю, МПа |
50...75 , |
|
Коэффициент трения по стали без смаэки |
0,1...0,22 |
|
Коэффициент износа 1017м2/Н |
1,4…1,8 |
|
Теплостойкость по Вика, К |
533...563 |
|
Ударная вязкость, МПа |
5,0...6,5 |
В. результате оптимизации созданы два новых триботехнических состава (см. табл.2) [3, с. 102]. Эти материалы наиболее эффективны при ремонте транспортной сельскохозяйственной техники, так как позволяют восстанавливать узлы трения в полевых условиях.
Высокой теплостойкостью отличаются триботехнические композиты на основе модификации фторопласта полиимидными смолами, которые создают в термопластичной матрице жесткую теплостойкую армирующую сетку [3, с. 112]. Одним из весьма эффективных материалов этого типа является композиция Ф4-ВМ, свойства которой приведены в табл. 3. Узлы трения (подшипники, уплотнения) могут устойчиво работать без смазки при нагрузках 5...13 МПа и скорости скольжения до 6 м/с, эксплуатироваться в контакте с водой, водными растворами солей и кислот. Наиболее эффективно их применение в компрессорах, химических аппаратах, вакуумных приборах.
Литература:
1. Трибология: Исследования и приложения: Опыт США и стран СНГ/Под ред. В.А.Белого, К.Лудемы, Н.К.Мышкина. – М.: Машиностроение, 1993. – 454 с.
2. Бунина Л.О., Телешов В.А., Сергеев В.И. Трибологические и физикомеханические свойства компоноров. – Пластические массы, 1985, №8, с.13-15.
3. Коляго Г.Г., Струк В.А. Материалы на основе ненасыщенных полиэфиров. – М.: Наука и техника, 1990. – 144 с.
