Обзор триботехнических самосмазывающихся материалов на основе полимеров

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

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

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

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.