Реферат: Композиционные триботехнические материалы на основе олигомеров сшивающихся смол

Из таблицы видно, что имеются некоторые изменения в структуре кремния после термообработки (ТО).

ТО при 1000С вызывает появление рефлекса при Q=120, Q=38,90, Q=39,70; исчезновение рефлекса при Q=16,70, Q=52,10, Q=59,20.

ТО при 2000С вызывает появление рефлекса при Q=13,80; исчезновение рефлекса при Q=16,70, Q=52,10, Q=59,20.

ТО при 3000С вызывает появление рефлекса при Q=23,70, Q=24,30, Q=28,80; исчезновение рефлекса при Q=16,70, Q=52,10.

3.1.2. Рентгеноструктурный анализ ПЭНД, модифицированного кремнием

Исследование процессов структурообразования, происходящих в полиэтилене при введении модификатора (кремния) проводили также методом рентгеноструктурного анализа.

Результаты расчета рентгенограмм приведены в таблице №3, рентгенограммы покаазаны на рис.№4

По таблице видно, что имеются изменения в структуре ПЭ с различными концентрациями кремния. С увеличением процентного содержания кремния увеличивается количество рефлексов.

Определение размеров кристаллических блоков в модифицированных полимерах проводились по формуле:

L=l/2DcosQ           (5)

где L – размер кристаллитов (Е);

      l-- длина волны (Е);

      D--полуширина пика (рад);

      Q--угол пика (0).

Для определения степени кристалличности использовалась формула:

w=Ic/(Ic+kIa)·100%            (6)

где w- степень кристалличности (%);

      Ic  --максимальная интенсивность пика на рентгенограмме (мм);

      k –коэффициент, равный 1,124[13,14].

Графики зависимостей степени кристалличности и размера кристаллитов от концентрации модификатора показаны на рисунках №5, №6.

Рис.5.

Рис.6.

Анализируя диаграммы, можно сказать, что в области концентраций 0,1-1% имеются точки перегиба функции L(C%) и w(C%). По всей видимости, возможно в данной области происходят изменения в структуре полиэтилена, что должно отразится на механических свойствах исследуемых полимеров

3.2. Стойкость полимера к термоокислению (по ДТА и ТG анализу)

Введение кремния в полиэтилен также оказывает влияние на термоокислительные и термостойкие свойства материала [15].

Это видно из таблицы №4 и рис. №7,№8.

Таблица №4

Зависимость температур термических процессов от концентрации кремния

Рис.7.

3.3. Ударная вязкость полимера

Ударная вязкость образцов определялась на маятниковом копре. Наибольшей ударной вязкостью, как выяснилось, обладает полиэтилен с добавкой 1% кремния. Образцы для опытов применялись прямоугольного профиля площадью 7´5 мм2. Результаты опыта приведены на рис.№9

Рис.№9

3.4. Триботехнические характеристики

Триботехнические испытания проводились 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 с увеличением скорости скольжения образцов увеличивается коэффициент трения и удельный износ.

Результаты исследований приведены на рис№10, №11.

Рис.10.

Рис.11

4.1. Принципы создания композиционных материалов на основе полимеров

Эксплуатационная долговечность машин и механизмов в ряде случаев определяется надежностью работы узлов трения. Применение фрикционных деталей из цветных и специальных подшипниковых сплавов требует выполнения ряда условий для их надежной работы – смазки, специальных устройств, защищающих узлы трения от воздействия абразивных частиц, загрязнений, агрессивных сред, механических повреждений. Для малонагруженных и низкоскоростных узлов трения техники различного назначения использование подшипников скольжения из металлических сплавов конструктивно не обосновано и экономически нецелесообразно. Современные композиционные материалы на основе полимеров позволяют решить задачу повышения эксплуатационного ресурса и надежности машин, обеспечив при этом значительные материальные выгоды и экономический эффект.

Полимерные материалы в чистом виде нашли ограниченное применение при изготовлении деталей узлов трения вследствие их относительно невысоких эксплуатационных характеристик – высокого коэффициента трения, недостаточной термо- и теплостойкости, низкой износостойкости. Для повышения служебных характеристик полимера используют различные направления: разработку новых связующих с требуемыми характеристиками, модифицирование многотоннажно выпускаемых материалов функциональными добавками, обработку специальными методами.

Выбор направления создания полимерного композита обусловлен конкретными требованиями: экономическими, конструктивными, технологическими, эксплуатационными и др. Например, применение полимерных 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 использовании полимерных конструкций в единичных образцах техники, особенно эксплуатирующейся в экстремальных условиях, естественно, более важное значение имеют эксплуатационные и конструктивные требования – заданные физико-механические свойства, термо- и теплостойкость и т.п. Очевидно, что и эти методы модифицирования полимерных материалов выбираются, исходя из анализа технико-экономических требований к конструкции.

Обобщение отечественного и зарубежного опыта создания металлополимерных узлов трения позволило выявить основные тенденции в этой области: разработку методов создания материалов с заданными фрикционными свойствами и разработку методов управления поверхностными свойствами материалов непосредственно в процессе фрикционного взаимодействия.

Исследование механизма трения и изнашивания полимеров по металлам позволяет утверждать, что наиболее существенное влияние на фрикционные характеристики оказывают: природа контактирующих материалов, нагрузочно-скоростные и тепловые режимы трения, условия смазки, топография поверхностей трения. Работа узла трения, в частности, во многом зависит от температуры и состава окружающей среды, наличия абразива, воздействия агрессивных и коррозионно-активных сред.

Для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости материала в состав связующего обычно вводят от 0,1 до 40% мас. сухих смазок – графита, сульфидов металлов, солей высших кислот, талька, слюды и др. Такие вещества обладают способностью образовывать на поверхностях трения легкоподвижные слои. Данный метод модифицирования нашел наибольшее применение для сшивающихся связующих – фенолформальдегидных, эпоксидных, полиэфирных смол.

В последние годы широкое распространение получил метод повышения фрикционных свойств полимерных материалов путем введения в их состав жидкофазных смазок и смазочных масел. При введении жидких компонентов в пределах, превышающих их совместимость с полимерным связующим, создается возможность выделения избытка жидкости из матрицы. Наличие в зоне трения градиента температур способствует  миграции смазочной жидкости с повышенной температурой. Таким образом, на поверхностях трения непрерывно генерируется смазочная пленка. При снижении температуры в зоне трения скорость миграции смазки замедляется, что способствует обеспечению эффекта самосмазывания в течение длительного времени.

Недостатком антифрикционных материалов, содержащих жидкие смазки, является ограниченность ресурса работы узла трения. Это связано с относительно небольшим количеством жидкой смазки, которую можно ввести в полимерный материал без существенного усложнения технологии изготовления и переработки, а также без снижения и сходных физико-механических характеристик полимерного связующего. Частично данные недостатки устраняются при использовании специальных поглотителей жидкой смазки, которые могут адсорбировать значительные объемы жидкости при небольших собственных объемах. Таким образом, появляется возможность перерабатывать композиции, содержащие до 40-50% об. жидкой смазки, на стандартном технологическом оборудовании. В качестве поглотителей (адсорбентов) смазки используют порошки металлов, оксидов, графита, полимеров, силикатов и др. веществ.

Эксплуатационный диапазон применения полимерных антифрикционных материалов часто определяется теплостойкостью полимерного связующего, теплопроводностью композиции. Так, при скачкообразном изменении нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации, вызванном экстремальными ситуациями, основной причиной отказа металлополимерного узла трения является тепловое разрушение подшипника.

Интересен метод повышения износостойкости узлов трения, заключающийся во введении в полимерное связующее добавок, способных к полимеризации,-- трибополимеров. Образование трибополимерной пленки в зоне трения обеспечивает снижение износа узла. Дефицитность трибополимеризующих присадок и ограниченный диапазон проявления этого эффекта сдерживают развитие этого направления.

Перспективным направлением повышения износостойкости полимерных материалов и композитов на их основе является диффузионное насыщение поверхностных слоев деталей трения целевыми добавками. Это позволяет достичь значительного эксплуатационного эффекта при относительно небольших экономических затратах на модификацию изделий.

В последние годы активное  развитие получил трибохимический принцип создания металлополимерных узлов трения. Суть развиваемого принципа состоит в направленном использовании физико-химических процессов в зоне трения с целью обеспечения  благоприятного режима эксплуатации узла.

Продукты трибохимических реакций в некоторых случаях могут выполнять роль противоизносных добавок, так называемых ингибиторов изнашивания. Поэтому важнейшей задачей триботехнического материаловедения является создание трибосистем, в которых развиваются физико-химические процессы образования ингибиторов изнашивания. В связи с этим еще на стадии проектирования узла трения необходимо учесть трибохимические аспекты его эксплуатации. Это будет способствовать повышению надежности и долговечности, обеспечению требуемого ресурса работы техники. Реализация трибохимического принципа создания металлополимерных узлов трения позволила разработать группу самосмазывающихся материалов и методов повышения износостойкости узлов трения.

4.2. Изготовление изделий методом контактного формования

Метод контактного формования не требует сложного оборудования, и поэтому он широко применяется при изготовлении объемных и плоских деталей из стеклопластиков в строительстве, машино-, приборо-, автомобиле- и судостроении. При контактном формовании отверждение материала происходит, как правило, при комнатной температуре, однако для ускорения процесса можно применять обогреваемые формы или проводить отверждение при повышенных температурах (60-1000С).

Контактное формование изделий из стеклопластика осуществляют в формах, изготавливаемых из дерева, гипса, стеклопластика, металла и т.д. Рабочую поверхность шаблона или формы обезжиривают обычно бензином или ацетоном, контролируя чистоту, гладкость, отсутствие задиров и других дефектов поверхности.

На подготовленную оснастку (форму, шаблон) наносится плоской кистью, тампоном или распылителем разделительный слой -- адгезионная смазка, которую необходимо просушить при температуре 18 -- 20 0С до исчезновения липкости.

К антиадгезионному средству предъявляется ряд специфических требований: обеспечение легкого съема отвержденного изделия с формы, быстрое высыхание, нетоксичность, неприлипание к изделию, а также возможность получения изделий с глянцевой или матовой поверхностью.

В качестве антиадгезионных средств используют полимерные пленкообразующие материалы, в том числе водные и водно-спиртовые растворы поливинилового спирта, раствор ацетата целлюлозы в ацетоне, каучуке. Их наносят на поверхность форм плоскими кистями или распылением.

Наиболее широко применяют водно-спиртовые растворы поливинилового спирта, скорость высыхания которых регулируется изменением соотношения воды и этилового спирта.

Для повышения стабильности раствора поливинилового спирта в состав раствора вводится мыло[5,6].

В промышленности при переработке полиэфирных стеклопластиков с использованием деревянных шаблонов и форм применяют смазку следующего состава.

Таблица №5

Состав смазки при переработке полиэфирных стеклопластиков

Смазка обеспечивает до 15-25 съемов изделий. Ее готовят путем растворения смеси сухих компонентов в уайт-спирите в течении 3-4 часов при 80-90 0С на водяной бане. Для повышения эффективности смазки рекомендуется в состав ее вводить ускорители отверждения.

После высыхания разделительного слоя рабочую поверхность оснастки покрывают равномерным слоем формовочного состава, включающего полиэфирную смолу, красители, загустители, добавки, снижающие ингибирующее действие кислорода воздуха, и т.д. Затем укладывают стеклоткань по длине (ширине) стола, шаблона. Стыки полотнищ стеклоткани шириной не менее 20 мм, необходимо равномерно смещать по длине (ширине) формовочной оснастки во избежание утолщений готовых изделий.

 Выклейку заготовки из слоев стеклоткани можно производить различными способами, при этом ткань иногда пропитывают заранее в пропиточных машинах или кистью вручную на специальных рамках, которые могут быть смонтированы в установке кассетного типа.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5