Применение композиционных полимерных материалов на основе углерода в химическом машиностроении | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 июля, печатный экземпляр отправим 15 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №24 (314) июнь 2020 г.

Дата публикации: 14.06.2020

Статья просмотрена: 1 раз

Библиографическое описание:

Лямин, А. В. Применение композиционных полимерных материалов на основе углерода в химическом машиностроении / А. В. Лямин, П. М. Бутовский. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 24 (314). — С. 112-115. — URL: https://moluch.ru/archive/314/71321/ (дата обращения: 03.07.2020).



В статье авторы исследования пытаются найти закономерность влияния химического состава антифрикционного материала на основе углерода на его износостойкость в паре со сталью.

Ключевые слова: износостойкость, химическая стойкость, углерод, графит, коэффициент трения, композиционные прессовочные материалы.

В настоящее время отмечается тенденция роста использования графитовых материалов в химическом машиностроении, в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасли. Графитовые материалы оказались практически незаменимыми для изготовления элементов фрикционных и уплотнительных узлов благодаря своим уникальным свойствам: высокая химическая стойкость, работа в ограниченной смазке или без неё, работоспособность при высоких температурах (до 5000С в кислородсодержащих средах), способность выдерживать значительные термомеханические нагрузки, низкий коэффициент термического расширения (стабильность геометрических размеров в широком диапазоне температур), хорошей теплопроводностью. В общем машиностроении широко применяются графитовые подшипники, опоры для высокоскоростных валов, торцевые и осевые уплотнения и т. д. Также из графита и композиций на основе графита изготавливают лопатки вакуумных и перекачивающих насосов, поршневые кольца и другие подобные детали [1].

В машинах и аппаратах химических производств используется большое количество узлов и деталей, подвергающихся трению и, как следствие этого, износу в процессе эксплуатации. Многообразие видов узлов трения усугубляется широким диапазоном условий работы таких узлов, различающихся по скоростям скольжения, нагрузкам, температурам и средам, контактирующим с трущимися деталями. В связи с этим необходимо отметить, что не может быть универсального материала, обладающей высокой износостойкостью при всех возможных условиях эксплуатации. Всё указанное осложняет грамотный выбор материалов, обеспечивающих высокую работоспособность узлов трения и оборудования в целом [2].

При выборе материала для конкретного узла трения в первую очередь необходимо сформулировать требования, которым должен отвечать узел трения (трущаяся пара материалов). Основным требованиям к материалам пар трения является износостойкость в заданных условиях работы, однако каждый из материалов должен обладать достаточной механической прочностью, стойкостью в агрессивной среде, технологичностью изготовления; а пара трения должна обеспечить минимальный коэффициент трения (кроме фрикционных узлов), исключать возможность схватывания и заедания.

Износостойкость материалов при трении определяется рядом факторов: видом взаимодействия поверхностей при трении, нагрузкой в паре трения, температурой на поверхности, условиями смазки и охлаждения.

В связи с тем, что чистый углерод довольно неустойчив к механическим повреждениям, рациональнее всего применять в узлах трения не сам углерод, а композиционные полимерные материалы на его основе. Композиционные прессовочные материалы с полимерными связующими представляют собой материалы, получаемые прессованием или пресслитьём смеси углеродных наполнителей (нефтяной кокс, порошок нефтяных обожжённых электродов, графит и др.) с полимерными смолами [3,4].

К прессовочным полимерным материалам на основе графита с фенолформальдегидной смолой относятся графитопласты (антегмиты) марок АТМ-1, АТМ-1Г, АТМ-К (ТУ 48–20–13–72), которые из-за низких антифрикционных свойств не нашли применение в узлах трения химического оборудования.

Плотность композиционных прессовочных полимерных материалов служит показателем их механических свойств и износостойкости и является критерием качества изделий. Снижение плотности на 0,05–0,1 г/см3 резко снижает механические свойства материалов. Прочность при сжатии падает с ростом температуры от 20 до 2000С у АФ-3Т, АМС-3 и АМС-1 соответственно в 2, 3 и 4 раза. Ударная вязкость у этих материалов низкая, что не позволяет применять их при ударных и вибрационных нагрузках, кроме АФ-3ТС, наполненного стекловолокном. Коэффициент линейного расширения полимерных материалов на основе углерода практически постоянен во всём диапазоне рабочих температур, причём у АФ-3Т близок к его значению для бронз и нержавеющих сталей.

Углеродные наполнители обеспечивают композициям высокую износостойкость и низкий коэффициент трения при работе без смазки по сравнению с графитовыми материалами (рис.1). В условиях отсутствия смазки допускаемые давления составляют до 2 МПа, а скорости скольжения — до 1,5÷2 м/с. Возможна работа в запылённых средах (угольная пыль, цемент и др.). Износ материала АФ-3Т в вакууме на 1÷2 порядка выше, чем в воздухе, при одинаковых условиях трения. Со смазкой дистиллированной водой скорость изнашивания несколько увеличивается, а коэффициент трения падает (рис.2). Смазкой могут служить любые жидкости, в которых материалы химически стойки. Материал сопряженной детали должен быть также высокой химической стойкости, в том числе при работе без смазки во влажных газах.

К таким материалам относятся нержавеющие стали, коррозионностойкие чугуны твёрдостью HRC 40÷50, бронзы, силицированные графиты, минералокерамика, стеллиты. Применение полимерных композиционных материалов на основе углерода возможно в одноименных парах трения. Износ АФ-3Т по АФ-3Т не превышает износа при трении АФ-3Т по стали. Коэффициент трения НИГРАН без смазки на машине МИ-1М — 0,11…0,14.

а)б)

Рис. 1. Скорость изнашивания (а) и коэффициенты трения (б) при трении без смазки по стали 45 (HRC 43–45) со скоростью 1 м/с следующих материалов: 1 — АМС-1; 2 — АМС-3; 3 — АФ-3Т; 4 — АФ-3ТС; 5 — АГ-1500-СО5.

а)б)

Рис. 2. Скорость изнашивания (а) и коэффициенты трения (б) при трении со смазкой дистиллированной водой по стали Х18 со скоростью 1 м/с материалов: 1 — АМС-1; 2 — АМС-3; 3 — АФ-3Т; 4 — АГ-1500-СО5

Вследствие низкой прочности при растяжении и изгибе детали должны работать на сдвиг или сжатие. Низкая ударопрочность и хрупкость не позволяют выполнять в них (в подшипниковых втулках) различные пазы, производить сверление отверстий, которые могут способствовать образованию концентраторов напряжений. Для закрепления втулок в металлических обоймах используются посадки с натягом, обеспечивающие надёжную фиксацию. Зазоры в зависимости от температуры в подшипниках составляют: без смазки 0,3–0,5 %, со смазкой 0,1–0,3 % от номинального диаметра вала.

Детали из композиционных прессовочных материалов, работающие в условиях трения, экономически целесообразно изготовлять в многоместных пресс-формах без последующей механической обработки [3]. У таких деталей износостойкость превышает износостойкость деталей, обработанных механическим способом. Готовые детали обрабатываются точением острозаточенным твёрдосплавным инструментом, фрезерованием и шлифованием абразивными кругами средней зернистости.

Литература:

  1. http://carbon.com.ua/produkciya/vtulki/ (Графитовые и углеродные втулки, кольца, вкладыши для подшипников трения, торцевые и осевые уплотнения, опоры валов, лопатки насосов, фильеры).
  2. Износостойкие материалы в химическом машиностроении. Справочник. Под ред. д-ра техн. наук Ю. М. Виноградова. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отделение), 1977. — 256 с. ил.
  3. Мармер Э. Н. Углеграфитовые материалы. Справочник. М.: Металлургия, 1973. — 135 с.
  4. Фельдман Д. И., Штейнберг Л. А. Антифрикционный прессматериал АФ-3Т. — «Пластические массы», 1973, № 1, с. 32–33.
Основные термины (генерируются автоматически): коэффициент трения, материал, HRC, узел трения, смазка, скорость изнашивания, основа углерода, высокая химическая стойкость, основа графита, пар трения.


Ключевые слова

износостойкость, углерод, коэффициент трения, графит, химическая стойкость, композиционные прессовочные материалы

Похожие статьи

Влияние химического состава легированных железоуглеродистых...

Улучшению свойств трения в сплавах на железной основе содействует введение графита, серы, сульфидов, меди, фторидов и пр [1]. Основными требованиями, предъявляемыми ко всем антифрикционным материалам, являются минимальный коэффициент трения и высокая...

Особенности изнашивания механизмов машин в зазоре пары...

Попавшие в зазоры пар трения абразивные частицы участвуют в восприятии приложенной нагрузки и могут в зависимости от условий впрессовываться в поверхности трения, раздавливаться на более мелкие фракции...

Композиционные пористые материалы на основе железа и их...

Наиболее распространенными композиционными материалами на основе железа являются железоуглеродистые сплавы.

При этом снижение пористости приводит к значительному снижению коэффициента трения и повышению стабильности работы узла трения.

Обзор триботехнических самосмазывающихся материалов на...

Основные термины (генерируются автоматически): материал, узел трения, коэффициент трения, полимер, смесь, ударная вязкость, скорость

Проведенный анализ закономерности изменения коэффициента трения и изнашивания композиционных полимеров на основе...

Применение композиционных полимерных материалов на основе...

В статье авторы исследования пытаются найти закономерность влияния химического состава антифрикционного материала на основе углерода на его износостойкость в паре со сталью.

износостойкость, химическая стойкость, углерод, графит, коэффициент трения...

Метод уменьшения аварийности и повышения надежности...

Сплав обладает высокими антифрикционными свойствами: низким коэффициентом трения f = 0,005–0,01 и способностью выдерживать удельные нагрузки

Основные термины (генерируются автоматически): HRC, дизельное топливо, коэффициент трения, композиционный сплав...

Исследование параметров горения, фазового состава, структуры...

Основой фазового состава продуктов синтеза в 1-м случае (состав № 1) должен был

Причем наиболее высокое ее значение зафиксировано для состава № 1, содержащего наибольшее

Максимальным тепловыделением в процессе горения характеризуется химическая реакция...

Износостойкостойкие полиуретановые покрытия

К первому случаю относятся пары трения, в которых трение оказывает лишь негативное воздействие и требуется использование минимально возможного коэффициента скольжения в данных условиях. При этом типе между телами возникает трение скольжения.

Определение углов наклона рабочей поверхности звукового...

Угол трения – наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо поверхности. При скольжении зерна по зерну этот угол называют углом естественного откоса, или иначе – углом ската.

Углы и коэффициенты трения зерна пшеницы и бобовых культур.

Похожие статьи

Влияние химического состава легированных железоуглеродистых...

Улучшению свойств трения в сплавах на железной основе содействует введение графита, серы, сульфидов, меди, фторидов и пр [1]. Основными требованиями, предъявляемыми ко всем антифрикционным материалам, являются минимальный коэффициент трения и высокая...

Особенности изнашивания механизмов машин в зазоре пары...

Попавшие в зазоры пар трения абразивные частицы участвуют в восприятии приложенной нагрузки и могут в зависимости от условий впрессовываться в поверхности трения, раздавливаться на более мелкие фракции...

Композиционные пористые материалы на основе железа и их...

Наиболее распространенными композиционными материалами на основе железа являются железоуглеродистые сплавы.

При этом снижение пористости приводит к значительному снижению коэффициента трения и повышению стабильности работы узла трения.

Обзор триботехнических самосмазывающихся материалов на...

Основные термины (генерируются автоматически): материал, узел трения, коэффициент трения, полимер, смесь, ударная вязкость, скорость

Проведенный анализ закономерности изменения коэффициента трения и изнашивания композиционных полимеров на основе...

Применение композиционных полимерных материалов на основе...

В статье авторы исследования пытаются найти закономерность влияния химического состава антифрикционного материала на основе углерода на его износостойкость в паре со сталью.

износостойкость, химическая стойкость, углерод, графит, коэффициент трения...

Метод уменьшения аварийности и повышения надежности...

Сплав обладает высокими антифрикционными свойствами: низким коэффициентом трения f = 0,005–0,01 и способностью выдерживать удельные нагрузки

Основные термины (генерируются автоматически): HRC, дизельное топливо, коэффициент трения, композиционный сплав...

Исследование параметров горения, фазового состава, структуры...

Основой фазового состава продуктов синтеза в 1-м случае (состав № 1) должен был

Причем наиболее высокое ее значение зафиксировано для состава № 1, содержащего наибольшее

Максимальным тепловыделением в процессе горения характеризуется химическая реакция...

Износостойкостойкие полиуретановые покрытия

К первому случаю относятся пары трения, в которых трение оказывает лишь негативное воздействие и требуется использование минимально возможного коэффициента скольжения в данных условиях. При этом типе между телами возникает трение скольжения.

Определение углов наклона рабочей поверхности звукового...

Угол трения – наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо поверхности. При скольжении зерна по зерну этот угол называют углом естественного откоса, или иначе – углом ската.

Углы и коэффициенты трения зерна пшеницы и бобовых культур.

Задать вопрос