Материал: Основы создания полимерных композитов

Износ образцов измерялся весовым методом на электронных ве­ сах ВЛР-200 (ГОСТ 19491-74). Контртелом для испытаний служили ролики, изготовленные из стали 45 каленые HRC (56 58) и некале­ ные HRC (22 24) с диаметром внутренним 16 мм и наружным 40 мм, частота поверхности Ра = 1,25. Для исследований были вы­ браны различные композиты и следующие режимы трения: скорости скольжения V = 0,1; 0,2 и 0,5, удельное давление Р = 0,7; 1,0; 2,0; 3,0 и 5,0. Это соответствует диапазону использования полимерных мате­ риалов в узлах трения с относительно высоким РГ-фактором.

Время испытаний составляло 1 и 5 ч. Перед испытанием образцы прирабатывались в течение 1 ч в режиме опыта. Расложение волокон

вобразце соответствовало направлению движения ролика.

2.3.Влияниережимов трения системы композит - металл на ее изно­ состойкость. Установление зависимости износостойкости от упруго-прочностных свойств и геометрических параметров ком­ позиционных материалов

Испытания проводились по приведенной выше методике на ма­ шинах трения СМТ-1 и МИ-1М по схеме вал - частичный вкладыш. Контртелом служили ролики из стали 45 HRC (56 58). Для иссле­ дования были взяты композиты с жесткой арматурой из стеклово­ локна диаметром 10 мкм и удельным содержанием 70%, а также наи­ более часто применяемые связующие, с точки зрения совместимости их работы со стекловолокном бесщелочного состава (Е = 75000 МПа) или высокомодульным ВМ-1 (Е = 95000 МПа). Испытания проводи­ лись при следующих рабочих параметрах: скорость скольжения - 0 ,1 ;

0,2 и 0,5 м/с, нагрузка - 0,7; 1,0; 2,0; 3,0 и 5,0 МПа, время испытаний - 1 и 5 ч. Каждый опыт повторяли 3 раза.

Результаты испытаний приведены в табл. 4, из которой видно, что наиболее износостойкими являются композиты IV и V. Износо­ стойкость повышается с ростом скорости. Композиты IV и V можно использовать в тяжелонагруженных узлах. Полученные результаты позволяют установить количественное и качественное влияние рас­ смотренных параметров на прочность и износостойкость композита при трении. Проведенные исследования показали роль каждого фак­ тора в формировании износостойкости композита.

Для создания композита, обладающего высокой износостойко­ стью, который работал бы в тяжелонагруженных узлах трения без смазки, а также защищал контртело в системе полимер - металл от износа с образованием пленки фрикционного переноса, в исследуе­ мые сопряжения добавляли сухие смазки. Из проведенного обзора самосмазывающих композитов известно, что наиболее часто исполь­ зуемыми и вводимыми в наполнитель сухими смазками являются графит, дисульфит молибдена M0 S2 и фторопласт (ПТФЭ). Эти мате­

риалы обеспечивают смазку между трущимися поверхностями в ус­ ловиях сухого трения.

492

Таблица 4

Трибологические характеристикистеклопластиковых композитов в зависимостиот режиматрения

493

Графит - минерал, одна из аллотропных форм углерода. Он име­ ет кристаллическую структуру гексогонального типа и низкий коэф­ фициент трения - по стали он равен 0,1. Температура плавления очень высокая. Дисульфид молибдена (M0 S2) имеет слоистую струк­

туру, как графит. Соседние слои легко расщепляются. Коэффициент трения такой же, как у графита, и сохраняется до температуры 800 °С. Фторопласт (ПТФЭ) - материал белого цвета. Он почти не погло­ щает влагу, но подвержен разрушению в атмосферных условиях, инертен к воздействию кислот, щелочей и других агрессивных сред. Существует в кристаллическом и аморфном состояниях. Температура стеклования - около 120 °С, плавления - 327 °С. Коэффициент трения составлял 0,05 - 0,1. Эти материалы заменили проведение исследова­ ний влияния твердой смазки на трибохарактеристики (частичный вкладыш с ротопринтной подачей сухой смазки). Контртелом служил ролик из стали 45 HRC (56 58). Были взяты те же образцы компо­ зитов, что и без смазки. Приспособление для подачи ротопринтной смазки крепится к внутренней стенке испытательной машины. Твер­ дая смазка подается на стальной ролик.

Композиты были изготовлены на основе бесщелочного волокна и приведенных выше связующих. Результаты испытаний представ­ лены в табл. 5.

Таблица 5

Трибологические характеристики исследуемых композитовс использованием сухих смазочных материалов

П р и м е ч а н и е . Нагрузка Р = 3 МПа, с»сорость скольжения V = 0,2 м/с, время трсния 1= 1ч.

На основании трибологических исследований установлено, что роль связующего не сводится только к объединению композита в единое целое и обеспечению способности воспринимать внешнюю нагрузку. Оно должно активно участвовать в процессе формирования пленки фрикционного переноса.

494

Из анализа результатов проведенных испытаний можно сделать следующие выводы:

1.Износостойкость композита зависит от упруго-прочностных свойств составляющих.

2.Применение твердых сухих смазок способствует резкому уве­ личению износостойкости и снижению коэффициента трения.

3.Параметр v зависит от упруго-прочностных и геометрических составляющих композита.

При традиционной технологии изготовления композита волокна укладываются по схемам, изображенным на рис. 1 2 .

Рис. 12. Укладка волокон: а - гексагональная, б - октаэдрическая

Относительное содержание волокон в композите при гексаго­ нальной и октаэдрической укладке определяется соотношением

0,846

(7.24)

(\ + S /d f

где Fa - относительное содержание армирующего материала, S - ми­ нимальное расстояние между армирующими волокнами, d - диаметр волокна.

Относительное содержание армирующего материала теоретиче­ ски может достигать 90% в случае однонаправленного композита, на

495