Обзор триботехнических самосмазывающихся материалов на основе полимеров | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Молодой учёный №12 (92) июнь-2 2015 г.

Дата публикации: 30.04.2015

Статья просмотрена: 551 раз

Библиографическое описание:

Балабанов И. П. Обзор триботехнических самосмазывающихся материалов на основе полимеров // Молодой ученый. — 2015. — №12.1. — С. 9-12. — URL https://moluch.ru/archive/92/17770/ (дата обращения: 09.12.2019).

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.

Основные термины (генерируются автоматически): материал, узел трения, коэффициент трения, полимер, смесь, ударная вязкость, скорость скольжения, разрушающее напряжение, коэффициент износа, композит.


Похожие статьи

Износостойкостойкие полиуретановые покрытия

При этом типе между телами возникает трение скольжения. Во втором случае необходимо одновременно сочетание высокого коэффициента трения с малым износом трущихся элементов.

Технология изготовления подшипников скольжения на основе...

Согласно этим требованиям древесина, полимер и наполнители должны обладать высокими антифрикционными (коэффициент трения) и прочностными (ударная вязкость, разрушающее напряжение при сжатии, твердость) свойствами, а также высокой износостойкостью...

Эффективность применения композиционного материала...

Проведенный анализ закономерности изменения коэффициента трения и изнашивания композиционных полимеров на основе реактопластов и фторопластов позволило определить направление дальнейшего развития антифрикционных полимерных материалов...

Оптимальная обработка изделий из композиционных материалов

Установлены пределы скоростей для каждого материала, где шероховатость

Трение задней поверхности резца об обрабатываемую поверхность уменьшается с увеличением заднего угла.

Сочетание вязкости и упругости является характерной особенностью полимеров.

Методы повышения износостойкости деталей | Статья в журнале...

Многочисленные исследования показывают, что до 70–80 % отказов машин происходит из-за износа узлов трения.

Закон изнашивания материалов должен выражать в аналитической форме зависимость износа (или скорости износа) от (многочисленных факторов (все эти...

Повышение долговечности узлов трения пожарных машин

Библиографическое описание: Маркин С. Г. Повышение долговечности узлов трения

Уровень надежности выражается вязкостью разрушения при различных условиях их нагружения.

Коэффициент интенсивности напряжения k в вершине трещины находили методом конечных...

Метод уменьшения аварийности и повышения надежности...

Особые преимущества эти материалы имеют для тяжело нагруженных подшипников скольжения. Сплав имеет низкую плотность 2,7 г/см3, коэффициент трения 0,004–0,01 и выдерживает удельные нагрузки 180–190 кг/см2, что значительно выше нагрузок, приемлемых...

Похожие статьи

Износостойкостойкие полиуретановые покрытия

При этом типе между телами возникает трение скольжения. Во втором случае необходимо одновременно сочетание высокого коэффициента трения с малым износом трущихся элементов.

Технология изготовления подшипников скольжения на основе...

Согласно этим требованиям древесина, полимер и наполнители должны обладать высокими антифрикционными (коэффициент трения) и прочностными (ударная вязкость, разрушающее напряжение при сжатии, твердость) свойствами, а также высокой износостойкостью...

Эффективность применения композиционного материала...

Проведенный анализ закономерности изменения коэффициента трения и изнашивания композиционных полимеров на основе реактопластов и фторопластов позволило определить направление дальнейшего развития антифрикционных полимерных материалов...

Оптимальная обработка изделий из композиционных материалов

Установлены пределы скоростей для каждого материала, где шероховатость

Трение задней поверхности резца об обрабатываемую поверхность уменьшается с увеличением заднего угла.

Сочетание вязкости и упругости является характерной особенностью полимеров.

Методы повышения износостойкости деталей | Статья в журнале...

Многочисленные исследования показывают, что до 70–80 % отказов машин происходит из-за износа узлов трения.

Закон изнашивания материалов должен выражать в аналитической форме зависимость износа (или скорости износа) от (многочисленных факторов (все эти...

Повышение долговечности узлов трения пожарных машин

Библиографическое описание: Маркин С. Г. Повышение долговечности узлов трения

Уровень надежности выражается вязкостью разрушения при различных условиях их нагружения.

Коэффициент интенсивности напряжения k в вершине трещины находили методом конечных...

Метод уменьшения аварийности и повышения надежности...

Особые преимущества эти материалы имеют для тяжело нагруженных подшипников скольжения. Сплав имеет низкую плотность 2,7 г/см3, коэффициент трения 0,004–0,01 и выдерживает удельные нагрузки 180–190 кг/см2, что значительно выше нагрузок, приемлемых...

Задать вопрос