Армированные композиты трибологического назначения

Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹5-6, 2015
Ïðèìåíåíèå
7. Ñòàðîêàäîìñêèé Ä.Ë., Òåëåãååâ È.Ã. Ìîäèôèöèðîâàíèå íàíîêðåìíåç¸ìà àêðèëàòàìè êàê ñïîñîá ïîâûøåíèÿ ïðî÷íîñòíîãî è
ñòîéêîñòíîãî ðåñóðñà ïîëèýïîêñèäíî-êðåìíåç¸ìíûõ êîìïîçèöèé.
III Ìåæäóíàðîäíàÿ íàó÷íàÿ êîíôåðåíöèÿ "Íàíîñòðóêòóðíûå
ìàòåðèàëû-2012: Áåëàðóñü-Ðîññèÿ-Óêðàèíà" ÍÀÍÎ-2012. - 1922.11.2012. - Ñ.447.
8. Kang S, Hong SI, Choe CR, Park M, Kim J. Preparation and
Characterisation of epoxy composites filled with functionalised nanosilica particles obtained via Sol-Gel process. // POLYMER. - 2001. - 42,
N3. - P.879-887.
9. Ð.Â.Ñêëàäàíþê, Â.Ï.Çàêîðäîíñêèé. Âëèÿíèå ôèçè÷åñêîãî
ñòðóêòóðèðîâàíèÿ íà êèíåòèêó ðåàêöèè ýïîêñèä-àìèí â íàïîëíåííûõ ñèñòåìàõ. Âûñîêîìîëåêóëÿðíûå Ñîåäèíåíèÿ. 2005. Ò.47À, ¹1.
Ñ.34-43À
10. È.Â. Ìàëàõîâà, Â.À.Ò¸ðòûõ, Þ.Ì.Áîëüáóõ, Î.Â.Øèé÷óê.
Íàíîäèñïåðñíûé êðåìíåç¸ì ñ ïðèâèòûìè àìèíîãðóïïàìè êàê íàïîëíèòåëü ýïîêñèäíîãî ïîëèìåðà.\\ Ïîëèìåðíûé Æóðíàë.(Óêð.) 2007. - Ò.29. - ¹2. - Ñ.149-153.
10À. Ä.Ë. Ñòàðîêàäîìñêèé, È.Ã. Òåëåãååâ, Ñ.Â. Ãîëîâàíü.
Âëèÿíèå àýðîñèëà À-100 íà ïðî÷íîñòü, íàáóõàíèå è ñòðóêòóðó
ýïîêñèïîëèìåðà.// Ïëàñòè÷åñêèå Ìàññû. - 2010. - ¹7. - Ñ.35-40.
11. Íàíîêîìïîçèòû íà îñíîâå ýïîêñèäíîé ñìîëû è ÷àñòèö äâóîêèñè
êðåìíèÿ. À.È.Áàðàáàíîâà, Ï.Ë.Øåâíèí, Ò.À.Ïðÿõèíà, Ê.À.Áû÷êî,
Â.Â.Êàçàíöåâà, Á.Ã.Çàèí, ß.Ñ.Âûãîäñêèé, À.À.Àñêàäñêèé,
Î.Å.Ôèëèïïîâà, À.Ð.Õîõëîâ.\\ Âûñîêîìîë.Ñîåä. - 2008. - Ò.50À. ¹7. - Ñ.1242-1254.
12. Âëèÿíèå íàíî÷àñòèö SiO2 íà ýëåêòðîïðîâîäíîñòü è âÿçêîóïðóãèå ñâîéñòâà ýïîêñè-êîìïîçèòîâ. Ìàãîìåäîâ Ã.Ì., Àáàêàðîâ Ñ.À.,
Ìàãîìåäîâ Ì.Ð., ×àéêà À.À., Ñåðåíêà Î.À., Áàæåíîâ Ñ.Ë.// Òðóäû
Õ-é ìåæäóí. êîíô. Îëèãîìåðû-2009. - Ñ.241.
13. Ñ.Ni, G.Ni, S.Zhang, X.Liu, M.Chen, L.Liu. The preparation of
inorganic/organic hybrid nanomaterials containing silsesquioxane and
its reinforcement for an epoxy resin network .\\ Colloid & Polymer
Science. - Volume 288, Number 4. - 2009.- P.469-477.
13À. The preparation of inorganic/organic hybrid nanomaterials containing silsesquioxane and its reinforcement for an epoxy resin network.\
Caihua Ni, Guifeng Ni, Shengwen Zhang, Xiaoya Liu, Mingqing Chen
and Lihua Liu.\\ Colloid & Polymer Science. - Volume 288, Number 4.
- Ð. 1435-1536
14. Â.Çàêîðäîíñêèé, Ñ.Ãíàòèøèí, Ð.Ñêëàäàíþê. Íåêîòîðûå
àñïåêòû âëèÿíèÿ âûñîêîäèñïåðñíûõ íàïîëíèòåëåé íà òåðìè÷åñêóþ
óñòîé÷èâîñòü ýïîêñèäíîãî ïîëèìåðà ÝÄ-20.\\ Âåñòíèê Ëüâîâñêîãî
ÃÓ èì.È.Ôðàíêà. - 2008
15. Ð.Â. Ñêëàäàíþê. ʳíåòèêà ïðîöåñ³â ôîðìóâàííÿ íàïîâíåíèõ
(àåðîñèëàìè À-175 òà ÌÀÑ) åïîêñèäíèõ ïîë³ìåð³â 2001 ãîäà.\\
Àâòîðåô. äèñ... êàíä. õ³ì. íàóê: 02.00.04 /; Ëüâ³â. íàö. óí-ò ³ì.
².Ôðàíêà. - Ë., 2001. - 19 ñ. - óêp.
16. Åïîêñèäí³ íàíîêîìïîçèòè. Ñòðóêòóðà òà âëàñòèâîñò³.
Â.Ä.Ìèøàê, Â.Â.Ñåìèíîã, Þ.Ï.Ãîìçà, Ñ.Ä.Íåñ³í, Â.Â.Êëåïêî. \\
Ïîë³ìåðíèé Æóðíàë. - 2008. - Ò.30. - ¹2. - Ñ.144-151.
17. Ñòàðîêàäîìñêèé Ä.Ë. Î âëèÿíèè ñîäåðæàíèÿ íåìîäèôèöèðîâàííîãî íàíîäèñïåðñíîãî êðåìíåç¸ìà ðàçëè÷íîé óäåëüíîé ïîâåðõíîñòè íà ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ýïîêñèïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ. // Æóðíàë Ïðèêëàäíîé Õèìèè. 2008. - ¹12. - Ñ.2045-2051.
18. Ä.Ë.Ñòàðîêàäîìñêèé. Âëèÿíèå äèñïåðñíîñòè è êîíöåíòðàöèè
àýðîñèëà â ñîñòàâå ïîëèýïîêñèäíûõ êîìïîçèöèé íà èõ íàáóõàíèå â
êèñëûõ ñðåäàõ.//Óêð.Õèìè÷åñêèé Æóðíàë. - 2010. - ¹7-8. - Ñ.89-96.
19. B. Porsch. Epoxy- and diol-modified silica: Optimization of surface
bonding reaction.// http://dx.doi.org/10.1016/0021-9673(93)80385-L
20. Interactions between silica nanoparticles and an epoxy resin before
and during network formation. Batler J., Becker N., Ziehmer M.,
Thomassey M., Zielinski B., Muller U., Sanctuerry R.// Polymer. - 2009.
- 50. - No14. - P. 3211-3219.
21. Ä.Ë.Ñòàðîêàäîìñêèé, Ñ.Â.Ãîëîâàíü, È.Ã. Òåëåãååâ, À.À.
Òêà÷åíêî, Á.Ã.Ìèñ÷àí÷óê. Äèñïåðñíîñòü êðåìíåç¸ìà è ìîäèôèöèðîâàíèå åãî ïîâåðõíîñòè êàê ôàêòîðû óñèëåíèÿ ýïîêñèïîëèìåðíîãî êîìïîçèòà// Ïîëèìåðíûé Æóðíàë. - 2011. - Ò. 33, ¹2. Ñ.140-148.
22. Õèìèÿ ïîâåðõíîñòè êðåìíåç¸ìà / Ïîä.ðåä.àêàä.À.À.×óéêî. Êèåâ: Èçä-âî ÈÕÏ ÍÀÍÓ, 2004, ×.1,2.
ÓÄÊ 621.(822.18+825), 678
Àðìèðîâàííûå êîìïîçèòû òðèáîëîãè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ
À.Í. ÅÊÈÌÅÍÊÎ
ÍÏÓÏ "Èíñòèòóò èííîâàöèîííûõ èññëåäîâàíèé" ã. Ãîìåëü, Ðåñïóáëèêà Áåëàðóñü
a. ek i m en k o @ b eloil.by
 ñòàòüå ðàññìîòðåíû êðèòåðèè âûáîðà òèïîâ ïîëèìåðîâ äëÿ ðàçëè÷íûõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè äåòàëåé òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ. Ïðåäñòàâëåíû
íîâûå òåðìîðåàêòèâíûå àðìèðîâàííûå êîìïîçèòû òðèáîëîãè÷åñêîãî è êîíñòðóêöèîííîãî íàçíà÷åíèÿ íà îñíîâå îòõîäîâ âîëîêîí è îïûò èõ
ïðèìåíåíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïðåäîõðàíèòåëüíûõ ìóôò ïðèâîäîâ ñåëüõîçòåõíèêè.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: àðìèðîâàííûé êîìïîçèò, ôðèêöèîííûé èçíîñ, ïîâåðõíîñòü ïåðåíîñà, ôîðìîóñòîé÷èâîñòü ïðè íàãðóçêå, òðåíèå
ñêîëüæåíèÿ.
In the article the polymers types choice criteria for various operation conditions of sliding friction details are considered. The new thermosetting
reinforced composites tribological and constructional purpose on the basis of fibers waste and experience of their application for agricultural machinery driving gear's overload release clutch manufacture are presented.
Keywords: the reinforced composite, frictional wear, transfer surface, shape stability at loading, a sliding friction.
Ââåäåíèå
Äëÿ ðàçðàáîò÷èêîâ íîâûõ ìàòåðèàëîâ òðèáîëîãè÷åñêîãî
íàçíà÷åíèÿ àêòóàëåí âå÷íûé âîïðîñ âûáîðà âèäà ìàòåðèàëà
ñâÿçóþùåãî: òåðìî- èëè ðåàêòîïëàñòû, ïîñêîëüêó êàæäûé èç
íèõ îáëàäàåò óíèêàëüíûìè ñâîéñòâàìè è âðîæäåííûìè íåäîñòàòêàìè.
Àáñòðàãèðóÿñü îò êîíêðåòíîãî ìàòåðèàëà, ìîæíî âûäåëèòü
ðÿä òðåáîâàíèé, êîòîðûìè äîëæåí óäîâëåòâîðÿòü êîìïîçèò,
ðàáîòàþùèé â ïàðå òðåíèÿ ñ ìåòàëëè÷åñêîé ïîâåðõíîñòüþ:
âûñîêèå ïîêàçàòåëè òåïëîïðîâîäíîñòè è òåðìîñòîéêîñòè;
æåñòêîñòè è ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòè (îñîáåííî ïðè ðàñòÿæåíèè) è èõ óñòîé÷èâîñòü ïðè âîçäåéñòâèè âëàãè è
55
Ïðèìåíåíèå
ðàçëè÷íûõ âèäîâ ñìàçîê; ñïîñîáíîñòü îáðàçîâûâàòü óñòîé÷èâûå ïîâåðõíîñòè (ïëåíêè) èç ïðîäóêòîâ òðèáîèçíîñà ñ íèçêèì êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ è âûñîêîé àäãåçèåé ïîâåðõíîñòè
êîìïîçèòà ê òàêèì ïëåíêàì.
Ðóêîâîäñòâóÿñü äàííûìè ïîëîæåíèÿìè, ðàññìîòðèì ñíà÷àëà òåðìîïëàñòè÷íûå êîìïîçèòû, à çàòåì − íà ðåàêòîïëàñòè÷íîé ìàòðèöå.
Îñîáåííîñòè èçíîñà òåðìîïëàñòè÷íûõ êîìïîçèòîâ
Ïîâåðõíîñòíûé èçíîñ õàðàêòåðåí äëÿ êîìïîçèòîâ, ðàáîòàþùèõ â ïàðå òðåíèÿ ñ ìåòàëëè÷åñêèì êîíòðòåëîì íèçêîé øåðîõîâàòîñòè, êîãäà çàòðóäíåí îòâîä âûäåëÿþùåéñÿ òåïëîòû
èç çîíû òðåíèÿ, ÷òî âûçûâàåò ïëàñòèôèêàöèþ èëè õèìè÷åñêóþ ìîäèôèêàöèþ ïîâåðõíîñòè ïîëèìåðà.
Ñðåäè òåðìîïëàñòîâ íàèáîëüøåå ïðèìåíåíèå êàê òðèáîìàòåðèàë ïîëó÷èëè ðàçâèòèå ïîëóêðèñòàëëè÷åñêèå (ñ ëèíåéíîé ñòðóêòóðîé öåïåé) ïîëèìåðû ñ [ïîëèýòèëåíòåðåôòàëàò
(ÏÝÒÔ), ïîëèýòèëåí (îñîáåííî óëüòðàâûñîêîìîëåêóëÿðíûé
UHMWHDPE), íåéëîí è äð.] − ïðåæäå âñåãî, â êà÷åñòâå äåòàëåé ïðèâîäà, ñåäåë è óïëîòíåíèé êëàïàíîâ, ñîñòàâíûõ ÷àñòåé øàðíèðíûõ ïðîòåçîâ (ñóñòàâíûõ ÿìîê, ðàáîòàþùèõ â
ïàðå ñ êåðàìè÷åñêèì øàðíèðîì) êîëåííûõ è òàçîáåäðåííûõ
ñóñòàâîâ è ò.ï. Õîòÿ, êàê è âñå òåðìîïëàñòû, îíè ðàçìÿã÷àþòñÿ ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû, èõ ïîâåäåíèå ïðè ýòîì
(ãëóáèíà è ñòåïåíü ðàçìÿã÷åíèÿ) çàâèñèò îò ñòåïåíè êðèñòàëëè÷íîñòè ïîëèìåðà.
Ïðèìåíåíèå òàêèõ ïîëèìåðîâ â äåòàëÿõ òðåíèÿ öåëåñîîáðàçíî òîëüêî äëÿ óñëîâèé íèçêèõ íàãðóçîê, ïîñêîëüêó ïðè
òðåíèè ïîä äåéñòâèåì ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðû è ïîâûøåííîé íàãðóçêè ïðîèñõîäèò îðèåíòàöèÿ è ïîñëåäóþùåå
âûòÿãèâàíèå ìîëåêóëÿðíûõ öåïåé â íàïðàâëåíèè äâèæåíèÿ,
â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïðîèñõîäèò èõ îòðûâ è íàëèïàíèå íà ïîâåðõíîñòü ìåòàëëè÷åñêîãî êîíòðòåëà. Ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà
îáðàçóåìîé ïëåíêè çàâèñèò îò ñâîéñòâ ïîëèìåðà (ïðåæäå
âñåãî, ïðî÷íîñòè íà ðàñòÿæåíèå). Òàê, ÏÝÒÔ è UHMWHDPE
ôîðìèðóþò îäíîðîäíóþ ñïëîøíóþ ïëåíêó, à íèçêîìîëåêóëÿðíûé ïîëèýòèëåí áóãðèñòóþ/êîìêîâàòóþ ñòðóêòóðó. Íà ðèñóíêå 1, à, ïðåäñòàâëåíà ìèêðîôîòîãðàôèÿ îáðàçöà èç ÏÝÒÔ
ïîñëå òðèáîèñïûòàíèé [1]. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî êîíòðòåëà îáðàçóåòñÿ ïëåíêà èç ïîëèìåðà,
ïðè÷åì åå ñòðóêòóðà íåîäíîðîäíà: ñîäåðæèò êàê îòäåëüíûå
ó÷àñòêè èç ÏÝÒÔ, òàê è ñôîðìèðîâàííûå èç íåãî â ïðîöåññå
ïåðåíîñà âîëîêíà.
Âîçìîæíîñòü îðèåíòàöèè ìàêðîìîëåêóë ïîëèìåðà ïàðàëëåëüíî íàïðàâëåíèþ ñêîëüæåíèÿ ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ (íàïðèìåð − äî 0,06 ó ÏÝÒÔ). Çàìåòèì,
÷òî ÏÝÒÔ ïðàêòè÷åñêè íå ïðèìåíÿåòñÿ â äåòàëÿõ òðåíèÿ
ñêîëüæåíèÿ ïðè ñðåäíåé è âûñîêîé íàãðóçêå âñëåäñòâèå åãî
ñèëüíîãî ðàçìÿã÷åíèÿ ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû è ïîñëåäóþùåãî óñêîðåííîãî èçíîñà â âèäå íàìàòûâàíèÿ ïîëèìåðà
íà ñòàëüíîå êîíòðòåëî. Íåñêîëüêî óëó÷øèòü èçíîñîñòîéêîñòü
ÏÝÒÔ ïîìîãàåò îáðàáîòêà ïîëèìåðà γ-èçëó÷åíèåì, ïîñêîëüêó ïðè ýòîì ïîâûøàåòñÿ ñòåïåíü åãî êðèñòàëëè÷íîñòè.
Ïî ñðàâíåíèþ ñ ÏÝÒÔ ïîëèàìèäû (ÏÀ) (ÏÀ 6, ÏÀ 6,6 è
âîäîñòîéêèå ÏÀ 11, ÏÀ 12) äåìîíñòðèðóþò ëó÷øóþ ôîðìîóñòîé÷èâîñòü ïîä íàãðóçêîé. Áëàãîäàðÿ ñâîåé ñïîñîáíîñòè
ôîðìèðîâàòü ãëàäêóþ ïîâåðõíîñòü ïåðåíîñà (ïëåíêó) ñ âûñîêèìè àíòèôðèêöèîííûìè ñâîéñòâàìè íåéëîí èñïîëüçóåòñÿ â ïðîèçâîäñòâå ñêîëüçÿùèõ ôèòèíãîâ è ïîäøèïíèêîâ.
Îäíàêî, ïîñêîëüêó ñäâèãîâàÿ ïðî÷íîñòü òàêîé ïëåíêè èç ÷èñòîãî ïîëèìåðà íåäîñòàòî÷íà, òî áåç àðìèðîâàíèÿ îíà áûñòðî
óäàëÿåòñÿ ñ êîíòðåòåëà, ò.å. ïðèñóòñòâóåò ïîñòîÿííûé ïðîöåññ "ñíÿòèå ïîëèìåðà ñ êîíòðòåëà − ïåðåíîñ ñ ïîëèìåðíîé
äåòàëè òðåíèÿ íà êîíòðòåëî", ÷òî âåäåò ê áûñòðîìó èçíîñó
ïîëèìåðíîé äåòàëè. Êðîìå òîãî ÷èñòûé ïîëèìåð íåóñòîé÷èâ
56
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹5-6, 2015
ê àáðàçèâíîìó èçíîñó. Íà ðèñóíêå 1, á, [2] ïðåäñòàâëåíà ìèêðîôîòîãðàôèÿ ïîâåðõíîñòè ñêîëüæåíèÿ îáðàçöà ïîäøèïíèêà
èç íåéëîí-ïîëèýòèëåíîâîãî îáðàçöà ïîñëå èñïûòàíèé íà òðåíèå ïî ñòàëüíîìó âàëó. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ïîâåðõíîñòü
ïîëèìåðà ñóùåñòâåííî ïîâðåæäàåòñÿ ïðè íàëè÷èè íà ïîâåðõíîñòè âàëà äàæå ìèêðîñêîïè÷åñêèõ íåðîâíîñòåé (â äàííîì
ñëó÷àå îêñèäèðîâàííûå ó÷àñòêè).
à)
20 ìêì
á)
40 ìêì
Ðèñ. 1. Ìèêðîôîòîãðàôèè ïîëèìåðîâ ïîñëå èñïûòàíèé íà òðåíèå. à − ïëåíêà èç îðèåíòèðîâàííîãî ÏÝÒÔ íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî êîíòðòåëà [îðèåíòàöèÿ îáðàçóþùèõñÿ âîëîêîí è ñïëîøíûõ ó÷àñòêîâ èç ÏÝÒÔ ìåíÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèé
ñêîëüæåíèÿ (ïîêàçàíû ñòðåëêàìè)]; á − àáðàçèâíûé èçíîñ ïîâåðõíîñòè ïîäøèïíèêà èç ñìåñè ïîëèàìèäà ñ ïîëèýòèëåíîì
ïîñëå òðåíèÿ ïî ñòàëüíîìó âàëó.
Ïîýòîìó äëÿ ïîâûøåíèÿ ïðî÷íîñòè ìàòåðèàëà èñïîëüçóåòñÿ êîìïîçèòû ñ ìàòðèöåé èç íåéëîíà, àðìèðîâàííûå
ñòåêëî- èëè ÏÝÒÔ-âîëîêíîì, ÷àñòèöàìè CuS, CuO, CuF2 òàêèå êîìïîçèòû øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ñëàáîíàãðóæåííûõ çóá÷àòûõ øåñòåðåí è ïîäøèïíèêîâ, îòëè÷àþùèõñÿ íèçêèì øóìîì ïðè ðàáîòå è ìàëûì âåñîì ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåòàëëè÷åñêèìè.
Çàìåòèì, ÷òî áîëåå äîñòóïíûå ïî öåíå ÏÀ 6, ÏÀ 6,6 îáëàäàþò ïîâûøåííûì âëàãîïîãëîùåíèåì (äî 11%), ïðè ýòîì
ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëèìåðà âî âëàæíîì ñîñòîÿíèè çíà÷èòåëüíî ñíèæàþòñÿ, à áîëåå âîäîñòîéêèå ÏÀ 11, ÏÀ 12
(âëàãîïîãëîùåíèå äî 1,6%) äîñòàòî÷íî äîðîãîñòîÿùè.
Äëÿ êðèñòàëëèçóþùèõñÿ ïîëèìåðîâ ñëåäóåò ó÷èòûâàòü
âîçìîæíîñòü ïîÿâëåíèÿ âíóòðåííèõ ìèêðîòðåùèí â ïîëèìåðå ïî ãðàíèöàì àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ îáëàñòåé èç-çà
óñàäêè âî âðåìÿ êðèñòàëëèçàöèè (â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ) è
ïîñòêðèñòàëëèçàöèè (â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè) âñëåäñòâèå
íåîäèíàêîâîé ïëîòíîñòè ýòèõ îáëàñòåé. Òàê, íà ðèñóíêå 2, à,
[3] ïðåäñòàâëåíà ìèêðîôîòîãðàôèÿ ïîâåðõíîñòè çóá÷àòîé
øåñòåðíè èç îáðàçöà èç ïîëèîêñèìåòèëåíà, íà êîòîðîé âèäíû ïîðû ìåæäó àìîðôíîé (1,05 ã/ñì3) è êðèñòàëëè÷åñêîé
(1,45 ã/ñì3) îáëàñòÿìè.
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹5-6, 2015
Ïðèìåíåíèå
à)
30 ìêì
á)
125 ìêì
Ðèñ. 2. Ìèêðîôîòîãðàôèè ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ïîëèìåðîâ ïîñëå òðåíèÿ ïîä íàãðóçêîé. à − îáðàçîâàíèå ìèêðîòðåùèí óñàäêè
ïðè ïîñòêðèñòàëëèçàöèè ïîëèîêñèìåòèëåíà; á − äåôîðìàöèÿ
îáðàçöà èç PEEK âáëèçè òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ ïîëèìåðà
(ñòðåëêîé ïîêàçàíî íàïðàâëåíèå ñêîëüæåíèÿ).
Àìîðôíûå (ñ ðàçâåòâëåííîé öåïüþ ìàêðîìîëåêóë) òåðìîïëàñòû [ïîëèñòèðîë, ïîëèêàðáîíàò, ïîëèìåòèëìåòàêðèëàò
(PMMA), ïîëèêàðáîíàò è äð.] íå ïîëó÷èëè øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ êàê òðèáîìàòåðèàë èç-çà íåñòàáèëüíîñòè ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ (òî÷íåå èõ êàòàñòðîôè÷åñêîãî óõóäøåíèÿ) ïðè òåìïåðàòóðå, áëèçêîé ê òåìïåðàòóðå ñòåêëîâàíèÿ
ïîëèìåðà. Ïîõîæåå ïîâåäåíèå äåìîíñòðèðóåò ñøèâàåìûé
ïîëèýôèðýôèðêåòîí (PEEK). Íà ðèñóíêå 2, á, [4] ïðåäñòàâëåíà ìèêðîôîòîãðàôèÿ îáðàçöà èç PEEK ïðè èñïûòàíèÿõ íà
òðåíèå ñêîëüæåíèÿ ïî ñòàëüíîìó êîíòðòåëó ïðè òåìïåðàòóðå
142°Ñ, áëèçêîé ê òåìïåðàòóðå ñòåêëîâàíèÿ ïîëèìåðà.
Äëÿ äåòàëåé òðåíèÿ, èçãîòîâëåííûõ ìåòîäîì íàìîòêè èç
òåðìîïëàñòè÷íûõ âîëîêîí, èìååò çíà÷åíèå íàïðàâëåíèå ñêîëüæåíèÿ. Òàê, íàïðèìåð, äëÿ PMMA èçíîñ â íàïðàâëåíèè
âîëîêîí (ëèíåéíîå ñêîëüæåíèå) â íåñêîëüêî ðàç ìåíüøå, ÷åì
â òðàíñâåðñàëüíîì è îáóñëîâëèâàåòñÿ ñòðóêòóðîé ôîðìèðóåìîãî òðåòüåãî òåëà íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî êîíòðòåëà. Ïðè
ëèíåéíîì ñêîëüæåíèè ïðåîáëàäàåò ñäâèã è ñêàòûâàíèå ó÷àñòêîâ ïîëèìåðà â ìèêðîñêîïè÷åñêèå ðîëèêîîáðàçíûå ÷àñòèöû, ñíèæàþùèå ðàáîòó ñèëû òðåíèÿ, íåîáõîäèìóþ äëÿ
ñêîëüæåíèÿ.
Ïðèìåíåíèå ðåàêòîïëàñòè÷íûõ êîìïîçèòîâ â
âûñîêîíàãðóæåííûõ óçëàõ òðåíèÿ
Îñîáåííîñòüþ ïîâåäåíèÿ êîìïîçèòîâ íà îñíîâå ðåàêòîïëàñòîâ â ïðîöåññå òðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ íåâîçìîæíîñòü èõ ïëàâëåíèÿ. Ñ îäíîé ñòîðîíû ýòî ãàðàíòèðóåò âûñîêóþ ôîðìîóñòîé÷èâîñòü äåòàëåé è èìåííî ïîýòîìó âñå áîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷àåò èõ èñïîëüçîâàíèå, íàïðèìåð, â òîðìîçíûõ êîëîäêàõ è íàêëàäêàõ äèñêîâ ñöåïëåíèÿ. Íî, ñ äðóãîé
ñòîðîíû ïîâûøàåò ðèñê èõ õèìè÷åñêîé äåãðàäàöèè, êàê îä-
íîãî èç ñïîñîáîâ äèññèïàöèè èçáûòî÷íîé òåïëîâîé ýíåðãèè,
âûäåëÿþùåéñÿ â ïðîöåññå òðåíèÿ. Ïîýòîìó îñîáîå âíèìàíèå
ñëåäóåò óäåëÿòü âûáîðó àðìèðóþùèõ òåðìîñòîéêèõ âîëîêîí
[àðàìèäíûõ, ñòåêëÿííûõ (èëè êàê èõ àëüòåðíàòèâû áàçàëüòîâûõ), óãëåðîäíûõ] èëè ÷àñòèö îêñèäîâ ìåòàëëîâ, ïðèíÿâ çà
êðèòåðèé âûáîðà ñîîòíîøåíèå "ñòîèìîñòü èçíîñîñòîéêîñòü".
 ýòîì îòíîøåíèè îïòèìàëüíî àðàìèäíîå âîëîêíî.
Òàêæå ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî åñëè äëÿ òåðìîïëàñòîâ õàðàêòåðíî ôîðìèðîâàíèå ïëåíêè ïåðåíîñà èç ïîëèìåðà íà ñòàëüíîì êîíòðòåëå, òî äëÿ ðåàêòîïëàñòîâ, íàîáîðîò, ôîðìèðîâàíèå íà ïîâåðõíîñòè ñàìîãî êîìïîçèòà õèìè÷åñêè ìîäèôèöèðîâàííîãî ñëîÿ âñëåäñòâèå ñîâìåñòíî ïðîòåêàþùèõ ðåàêöèé òðèáîäåñòðóêöèè è äîïîëíèòåëüíîé ñøèâêè ìàêðîìîëåêóë.  çàâèñèìîñòè îò âèäà ïîëèìåðà ñâÿçóþùåãî òàêîé
ñëîé ìîæåò îáëàäàòü âûñîêèìè àíòèôðèêöèîííûìè ñâîéñòâàìè è èçíîñîñòîéêîñòüþ.  ÷àñòíîñòè ýòî êàñàåòñÿ ôåíîëüíûõ êîìïîçèòîâ.
Âàæíûì ìîìåíòîì ïðè ðàçðàáîòêå êîìïîçèòîâ òðèáîëîãè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ ÿâëÿåòñÿ èõ óñòîé÷èâîñòü ê æèäêèì ñðåäàì ñîïóòñòâóþùèõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè: âîäå (â òîì ÷èñëå ñîëåíîé), áèîëîãè÷åñêèõ æèäêîñòåé (åñëè ðå÷ü èäåò î äåòàëÿõ ïðîòåçîâ), õèìè÷åñêè àãðåññèâíûõ ñðåä. Äëÿ òåðìîïëàñòîâ ïðè òàêîì âçàèìîäåéñòâèè ìîæíî âûäåëèòü äâà ôàêòîðà: ñíèæåíèå àäãåçèè è ïîâûøåíèå òåêó÷åñòè ïëåíêè ïåðåíîñà, ñôîðìèðîâàííîé íà ñòàëüíîì êîíòðòåëå è ðàçìÿã÷åíèå ñàìîãî ïîëèìåðà. Ïîñëåäíåå çàâèñèò îò ïîëÿðíîñòè æèäêîé ñðåäû è çíà÷åíèÿ åå ïîâåðõíîñòíîé ýíåðãèè. Ñëåäóåò
ó÷èòûâàòü, ÷òî ìíîãèå òåðìîïëàñòû ïëàñòèôèöèðóþòñÿ â
ïðèñóòñòâèè âîäû è õèìè÷åñêèõ æèäêîñòåé, âñëåäñòâèå ïðîíèêíîâåíèÿ èõ ìîëåêóë â ìàññó ïîëèìåðà. Äëÿ ðåàêòîïëàñòîâ ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ ôàêòîð âîçìîæíîãî ðàçðûõëåíèÿ ïîëèìåðà.
Êàê îäèí èç ñïîñîáîâ ñíèæåíèÿ àáðàçèâíîãî èçíîñà â [5]
áûëà ðàññìîòðåíà ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíåíèÿ íåïîñðåäñòâåííî â ñîñòàâå ôåíîëüíîãî êîìïîçèòà ïëàñòè÷íîé ñìàçêè
äëÿ äåòàëåé ïàðû òðåíèÿ "ñòàëü - ôåíîëüíûé êîìïîçèò".
Èñõîäíîé ïðåäïîñûëêîé äëÿ èññëåäîâàíèé áûëè óæå èìåþùèåñÿ ðåçóëüòàòû, óñòàíàâëèâàþùèå âîçìîæíîñòü ÷àñòè÷íîãî ïåðåíîñà ïðè òðåíèè êîìïîíåíòîâ ñìàçêè èç îáúåìà
êîìïîçèòà â ïîâåðõíîñòíûé ñëîé è ñîçäàíèè âñëåäñòâèå ýòîãî íà åãî ïîâåðõíîñòè ñòðóêòóðû ïîâûøåííîé òåðìîñòîéêîñòè. Êëþ÷åâûì ìîìåíòîì â èññëåäîâàíèè áûë âûáîð êîìïîíåíòîâ êîìïîçèòà òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ìåõàíè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü ïàðû òðåíèÿ áûëà ñðàâíèìîé ñ ïàðîé "ñòàëü - ñòàëü".
 ýòîì êà÷åñòâå áûë âûáðàí ôåíîëüíûé êîìïîçèò, àðìèðîâàííûé æåëåçíîé ïóäðîé òèïà NC 100 24 (1 ìàñ. %) ñ äîáàâêîé (1 ìàñ. %) âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ïëàñòè÷íîé ñìàçêè íà
îñíîâå ôòîðîçàìåùåííîãî ìàñëà FS 1265 è àýðîñèëà [êîëëîèäíîãî äèîêñèäà êðåìíèÿ (SiO2)]. Ñïîñîá èçãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ − ïðåññîâàíèå â ïðåññ-ôîðìå ïðè äàâëåíèè 10 ÌÏà è
òåìïåðàòóðå 160°C.
Îáðàçöû êîìïîçèòà äëÿ èññëåäîâàíèé îòëè÷àëèñü íàëè÷èåì ïëàñòè÷íîé ñìàçêè â ñîñòàâå ïðåññ-êîìïîçèöèè. Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëè â ðåæèìå ñóõîãî òðåíèÿ ïî ñòàëüíîìó êîíòðòåëó ïðè ïîñòîÿííîé íàãðóçêå 6 ÌÏà â äèàïàçîíå ñêîðîñòåé
0,1−0,4 ì/ñ. Íàèáîëüøèé èçíîñ áûë çàôèêñèðîâàí ó îáðàçöîâ
áåç ïëàñòè÷íîé ñìàçêè ïðè ñêîðîñòè 0,3 ì/ñ − ïîòåðÿ ìàññû
áûëà íà 40 % áîëüøå, ÷åì ó îáðàçöîâ, ñîäåðæàùèõ ïëàñòè÷íóþ ñìàçêó. Òàêîé ðåçóëüòàò ìîæíî îáúÿñíèòü ñî÷åòàíèåì
äâóõ ôàêòîðîâ: ñíèæåíèåì êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ è òåìïåðàòóðû â çîíå òðåíèÿ áëàãîäàðÿ îáðàçîâàíèþ íà ïîâåðõíîñòè
êîìïîçèòà ñàìîñìàçûâàþùåéñÿ ñòðóêòóðû, âêëþ÷àþùåé êîìïîíåíòû ïëàñòè÷íîé ñìàçêè, ïåðåíåñåííûå â ïðîöåññå òðåíèÿ èç îáúåìà êîìïîçèòà ê åãî ïîâåðõíîñòè.
57
Ïðèìåíåíèå
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹5-6, 2015
Íà ðèñóíêå 3 ïðåäñòàâëåíû äàííûå ðåíòãåíîâñêîé ðàäèîãðàôèè: ãðàôèê çàâèñèìîñòè êîëè÷åñòâà àòîìîâ (èíòåíñèâíîñòè ñèãíàëîâ ðàññåèâàþùåãî èçëó÷åíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî
ñïåêòðà) êðåìíèÿ è êèñëîðîäà îáðàçöîâ ïîñëå èñïûòàíèé.
Êàê âèäíî èç ãðàôèêà, â îáðàçöàõ, ñîäåðæàùèõ ïëàñòè÷íóþ
ñìàçêó, ñóùåñòâåííî âûøå äîëÿ àòîìîâ êðåìíèÿ (â ñðåäíåì
â òðè ðàçà), ÷òî è îáúÿñíÿåò ïîâûøåííóþ òåðìîñòîéêîñòü
ìàòåðèàëà.
Íà ðèñóíêå 4 ïðåäñòàâëåíû ìèêðîôîòîãðàôèè ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ïîñëå èñïûòàíèÿ. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ïëàñòè÷íîé ñìàçêè â ñîñòàâå ôåíîëüíîãî
êîìïîçèòà íà ïîâåðõíîñòè òðåíèÿ îáðàçóåòñÿ áîëåå ðàçâèòàÿ è íåïðåðûâíàÿ ñòðóêòóðà (ïëåíêà ïåðåíîñà).
Ðèñ. 3. Äàííûå ðåíòãåíîâñêîé ðàäèîãðàôèè ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ïîñëå òðèáîèñïûòàíèé â óñëîâèÿõ ñóõîãî òðåíèÿ. q − ñîäåðæàíèå àòîìîâ êðåìíèÿ è êèñëîðîäà, %; υ − ñêîðîñòü ñêîëüæåíèÿ, ì/ñ; 1, 2 − ñîîòâåòñòâåííî èñõîäíûé ôåíîëüíûé êîìïîçèò è
ñîäåðæàùèé 1 ìàñ. % ïëàñòè÷íîé ñìàçêè.
à)
600 ìêì
á)
600 ìêì
Ðèñ. 4. Ìèêðîôîòîãðàôèè ïîâåðõíîñòè òðåíèÿ ôåíîëüíîãî êîìïîçèòà ïîñëå èñïûòàíèé íà òðåíèå ïî ñòàëüíîìó êîíòðòåëó.
à − îáðàçåö áåç ïëàñòè÷íîé ñìàçêè; á − îáðàçåö, ñîäåðæàùèé
ïëàñòè÷íóþ ñìàçêó.
58
 ðÿäå ïðèëîæåíèé êîìïîçèòîâ, â ÷àñòíîñòè äëÿ óñëîâèé
ýêñïëóàòàöèè ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ, îäíèì èç ñàìûõ ýôôåêòèâíûõ ìàòåðèàëîâ ÿâëÿþòñÿ ôåíîëüíûå àðìèðîâàííûå êîìïîçèòû (ÊÔÀ), â ÷àñòíîñòè àðìèðîâàííûå ñòåêîâîëîêíîì.
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ìîäóëü
óïðóãîñòè è ïðåäåë îòíîñèòåëüíîãî óäëèíåíèÿ äî ðàçðóøåíèÿ ó òåðìîïëàñòîâ ñóùåñòâåííî âûøå, ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû äàííûå ïàðàìåòðû ïðè ïðåâûøåíèè 140°Ñ ðåçêî
óõóäøàþòñÿ: íà÷èíàåòñÿ ïëàñòè÷åñêîå òå÷åíèå ìàòåðèàëà. Â
òî æå âðåìÿ ÊÔÀ âî âñåì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû
íå èìåþò çîíû ïëàñòè÷íîñòè, ÷òî ÿâëÿåòñÿ èõ ñóùåñòâåííûì
ïðåèìóùåñòâîì äëÿ ïðèìåíåíèÿ â îòâåòñòâåííûõ äåòàëÿõ
ìàøèí. Íà ðèñóíêå 5 ïðåäñòàâëåí ãðàôèê çàâèñèìîñòè äåôîðìàöèè îò íàïðÿæåíèÿ äëÿ òðåõ îáðàçöîâ ÊÔÀ, îòëè÷àþùèõñÿ ñîäåðæàíèåì ñòåêëîâîëîêíà, è òðåõ îáðàçöîâ òåðìîïëàñòîâ, ïîäòâåðæäàþùèé âûøåñêàçàííîå.
Ðèñ. 5. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè äåôîðìàöèè îò íàïðÿæåíèÿ äëÿ
òðåõ îáðàçöîâ ÊÔÀ, îòëè÷àþùèõñÿ ñîäåðæàíèåì ñòåêëîâîëîêíà,
è òðåõ îáðàçöîâ òåðìîïëàñòîâ. 1, 2, 3 − ïðåññ-êîìïîçèöèè ÊÔÀ:
Vyncolit X655 − àðìèðîâàíèå ñòåêëîâîëîêíîì (80 ìàñ. %) è ìèíåðàëüíûì âîëîêíîì; Vyncolit X613 − àðìèðîâàíèå ñòåêëîâîëîêíîì (45 ìàñ. %) è ñòåêëÿííûìè ìèêðîøàðèêàìè; Vyncolit
X6952 − àðìèðîâàíèå ñòåêëîâîëîêíîì (55 ìàñ. %); 4, 5, 6 − òåðìîïëàñòè÷íûå êîìïîçèöèè: PPS1 − ñóëüôèä ïîëèôåíèëåíà,
àðìèðîâàííé ñòåêëîâîëîêíîì (45 ìàñ. %); PPS2 − ñóëüôèä ïîëèôåíèëåíà, àðìèðîâàííé ñòåêëîâîëîêíîì (65 ìàñ. %) è ìèíåðàëüíûì âîëîêíîì; PPA - ïîëèôòàëàìèä, àðìèðîâàííûé ñòåêëîâîëîêíîì (45 ìàñ. %); σ − íàïðÿæåíèå, ÌÏà; ε − äåôîðìàöèÿ, %.
Êàê âèäíî èç ãðàôèêà äåôîðìàöèÿ òåðìîïëàñòè÷íûõ îáðàçöîâ ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì ó êîìïîçèöèé èç ÊÔÀ ïðè îäíîì è òîì æå çíà÷åíèè íàãðóçêè. È õîòÿ, òåðìîñòîéêîñòü ìàòåðèàëîâ PPS ñîñòàâëÿåò 220°Ñ èõ òåêó÷åñòü ïîä íàãðóçêîé
íå ïîçâîëÿåò èì êîíêóðèðîâàòü ñ ÊÔÀ â êà÷åñòâå ïîäøèïíèêîâîãî ìàòåðèàëà (âîîáùå äëÿ ëþáûõ äåòàëåé, èñïûòûâàþùèõ ñî÷åòàíèå âðàùåíèÿ ñ íàãðóçêîé) − òîëüêî äëÿ íàïðàâëÿþùèõ êîëåö. Ìàòåðèàë PPA ñðàâíèì ïî ýêñïëóàòàöèîííûì ñâîéñòâàì ñ ÊÔÀ, íî ïî ñòîèìîñòè ñóùåñòâåííî âûøå,
÷òî òàêæå ñíèæàåò åãî ïðèâëåêàòåëüíîñòü.
Ðàçìåðíàÿ ñòàáèëüíîñòü äåòàëåé çàâèñèò îò âåëè÷èíû òåìïåðàòóðíîãî êîýôôèöèåíòà ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ è óñàäêè,
à òàêæå ñòåïåíè àíèçîòðîïíîñòè äàííûõ ïîêàçàòåëåé. Òàê,
åñëè äëÿ èíæåêöèîííûõ èçäåëèé èç òåðìîïëàñòîâ äàííûå
ïîêàçàòåëè â íàïðàâëåíèè èñòå÷åíèÿ ïîëèìåðà â ïðîöåññå
èçãîòîâëåíèÿ ìîæíî ñ÷èòàòü ïðèåìëèìûìè, òî â íàïðàâëåíèè ïåðïåíäèêóëÿðíîì èñòå÷åíèþ − èçäåëèÿ ïîäâåðæåíû
çíà÷èòåëüíîìó êîðîáëåíèþ, êàê óæå ñðàçó ïîñëå èçãîòîâëåíèÿ, òàê è ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû.
Îñîáåííî êðèòè÷åí äàííûé ôàêòîð â àâòîìîáèëåñòðîåíèè,
ãäå äëÿ îòâåòñòâåííûõ äåòàëåé íåîáõîäèìà âûñîêàÿ òî÷íîñòü
ãåîìåòðèè, êàê èçíà÷àëüíî, òàê è â óñëîâèÿõ äëèòåëüíîé ýêñïëóàòàöèè ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå.  ýòîé ñâÿçè âåäóùèìè
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹5-6, 2015
àâòîêîíöåðíàìè àêòèâíî èñïîëüçóþòñÿ ÊÔÀ, àðìèðîâàííûå
ñòåêëîâîëîêíîì, äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äîñòàòî÷íî ñëîæíûõ ïî
ãåîìåòðèè äåòàëåé ñ ïîâûøåííûìè òðåáîâàíèÿìè ïðî÷íîñòè è òåðìîñòîéêîñòè: êîðïóñà è ðîòîðû ñèñòåìû âïóñêà òóðáèðîâàííûõ äâèãàòåëåé (òåìïåðàòóðà ýêñïëóàòàöèè äî 160°Ñ);
êîðïóñà è äåòàëè òåðìîñòàòîâ è òîïëèâíûõ íàñîñîâ; êðûëü÷àòêè ïîìï äèçåëüíûõ äâèãàòåëåé; âåíòèëÿòîðû ñèñòåìû
îõëàæäåíèÿ; çóá÷àòûå øêèâû ðåìåííîé ïåðåäà÷è; íàòÿæíûå
ðîëèêè; êîðïóñà ýëåêòðè÷åñêèõ äðîñ-ñåëüíûõ çàñëîíîê.
Óñïåøíîå ïðèìåíåíèå èçäåëèé èç ÊÔÀ â àâòîìîáèëåñòðîåíèè îáóñëîâëåíî ñî÷åòàíèåì äîñòóïíîñòè ïî öåíå ñ îòëè÷íûìè òåðìî-ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè (îïðåäåëÿþùèìè
ôîðìîóñòîé÷èâîñòü) ñ âûñîêîé èçíîñî- è õèìñòîéêîñòüþ,
òåõíîëîãè÷íîñòüþ ïðåññ-êîìïîçèöèé ïðè ïåðåðàáîòêå. Òàê,
äëÿ èíäóêöèîííûõ ñèñòåì (ñèñòåì íàãíåòàíèÿ è âûïóñêà îòðàáîòàâøèõ ãàçîâ) âàæíà ñòàáèëüíîñòü ãåîìåòðèè ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, óñòîé÷èâîñòü ê òåïëîâîé êîððîçèè. Äëÿ
òåðìîñòàòîâ è òîïëèâíûõ íàñîñîâ êðèòè÷íà õèìè÷åñêàÿ
ñòîéêîñòü, òðàäèöèîííî òåðìîñòàòû èçãîòàâëèâàþòñÿ èç äîðîãîñòîÿùèõ àëþìèíèåâûõ ñïëàâîâ. Äëÿ âåíòèëÿòîðîâ,
êðûëü÷àòîê, çóá÷àòûõ êîëåñ − ñî÷åòàíèå æåñòêîñòè êîíñòðóêöèè ñ õîðîøåé íåñóùåé ñïîñîáíîñòüþ è óäàðíîé âÿçêîñòüþ.
Ïðèìåíåíèå ÊÔÀ ïîçâîëÿåò èçãîòàâëèâàòü äåòàëè ñðàâíèìûå ïî õàðàêòåðèñòèêàì ñî ñòàëüíûìè, ïðè ýòîì êîìïîçèöèîííûå äåòàëè îáëàäàþò ìåíüøèì âåñîì (è ñîîòâåòñòâåííî
ìîìåíòîì èíåðöèè) è ñòîèìîñòüþ.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íåñìîòðÿ íà óæå èìåþùèéñÿ äîñòàòî÷íî øèðîêèé ðÿä óäà÷íûõ êîìïîçèöèé ÊÔÀ íå ïðåêðàùàþòñÿ èññëåäîâàíèÿ â ýòîé îáëàñòè, íàïðàâëåííûå, ïðåæäå âñåãî, íà ïîâûøåíèå óäàðíîé âÿçêîñòè ìàòðèöû è ïîèñê
îïòèìàëüíîãî ñî÷åòàíèÿ è âèäà àðìèðóþùèõ âîëîêîí.
Ïðèìåíåíèå
Òàê, â ðàìêàõ âûïîëíåíèÿ íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèõ ðàáîò ïî ðàçðàáîòêå êîìïîçèòîâ òðèáîëîãè÷åñêîãî è êîíñòðóêöèîííîãî íàçíà÷åíèÿ íàìè áûëè ñîçäàíû àíòèôðèêöèîííûå (ÄÏÊÀ-6 [5], ÄÏÊÀ-7 [6]) è êîíñòðóêöèîííûå
(ÄÏÊÀ-5 [7], ÄÏÊÀ-8) ìàòåðèàëû, ñîñòàâ è ñâîéñòâà êîòîðûõ ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöàõ 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî.
Íîâûå ìàòåðèàëû áûëè èñïîëüçîâàíû â êîíñòðóêöèè ðàçðàáîòàííîé íàìè êîìïîçèöèîííîé ïðåäîõðàíèòåëüíîé ìóôòû ïðèâîäîâ ñåëüõîçòåõíèêè. Ê íàäåæíîñòè êîíñòðóêöèè è
ìàòåðèàëà òàêèõ ìóôò ïðåäúÿâëÿþòñÿ ïîâûøåííûå òðåáîâàíèÿ: ïðè ïîïàäàíèè ïîñòîðîííèõ ïðåäìåòîâ â ðàáî÷èé îðãàí
êîìáàéíà èëè æàòêè ìóôòà äîëæíà îáåñïå÷èâàòü íåìåäëåííîå îòêëþ÷åíèå ïðèâîäà, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå íåèçáåæíà åãî
ïîëîìêà, âëåêóùàÿ ïðîñòîé òåõíèêè è ñóùåñòâåííûå çàòðàòû íà ðåìîíò.  ïðîöåññå ðàáîòû êîðïóñ ìóôòû ïîäâåðãàåòñÿ çíà÷èòåëüíûì óäàðíûì íàãðóçêàì îò êàìíåé, ìåòàëëè÷åñêèõ ïðåäìåòîâ, âûëåòàþùèõ èç-ïîä øèí òåõíèêè ïðè
åå äâèæåíèè, ÷òî îáóñëîâëèâàåò ïîâûøåííûå òðåáîâàíèÿ ê
óäàðíîé âÿçêîñòè ìàòåðèàëà êîðïóñà ìóôò.  òå÷åíèå âñåãî
âðåìåíè ýêñïëóàòàöèè âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü ìóôòû ïîäâåðãàåòñÿ òðåíèþ ñêîëüæåíèÿ ïî ñòàëüíîìó âàëó áåç ñìàçêè
(÷òî îáóñëîâëèâàåò âûñîêóþ òåìïåðàòóðó ïîâåðõíîñòåé òðåíèÿ ñ âûñîêîé âåðîÿòíîñòüþ ïåðåãðåâà) â óñëîâèÿõ âûñîêîé
çàïûëåííîñòè (ò.å., àáðàçèâíîãî èçíîñà) è ïåðåìåííîé âëàæíîñòè. Òàêèì îáðàçîì, ê ìàòåðèàëó âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè
òðåíèÿ ìóôò ïðåäúÿâëÿåòñÿ êîìïëåêñ òðåáîâàíèé: ïîâûøåííàÿ óäàðíàÿ âÿçêîñòü, òåðìîñòîéêîñòü, ñòîéêîñòü ê àáðàçèâíîìó èçíîñó, ôîðìîóñòîé÷èâîñòü ïðè èçìåíåíèè âëàæíîñòè.
Ñ ó÷åòîì îïèñàííûõ òðåáîâàíèé â íîâûõ ìàòåðèàëàõ áûëè
èñïîëüçîâàíû òðè ñõåìû êîìáèíèðîâàííîãî àðìèðîâàíèÿ äèñïåðñíûì âîëîêíîì: "àðñåëîíîâîå + ïîëèýòèëåíòåðåôòàëàòíîå
Òàáëèöà 1. Ðåöåïòóðíûé ñîñòàâ ìàòåðèàëîâ ÄÏÊÀ-5, ÄÏÊÀ-6, ÄÏÊÀ-7, ÄÏÊÀ-8.
Òàáëèöà 2. Ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå è òðèáîòåõíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìàòåðèàëîâ ÄÏÊÀ-5, ÄÏÊÀ-6, ÄÏÊÀ-7, ÄÏÊÀ-8.
59
Ïðèìåíåíèå
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹5-6, 2015
(ÏÝÒÔ)", "àðñåëîíîâîå + óãëåðîäíîå ãðàôèòèçèðî-âàííîå",
"ñòåêëÿííîå áåñùåëî÷íîå + óãëåðîäíîå ãðàôèòèçèðîâàííîå". Àðñåëîíîâûå, ñòåêëÿííûå è óãëåðîäíûå âîëîêíà
èñïîëüçîâàëè â âèäå èçìåëü÷åííûå îòõîäîâ ïóòàíêè, ÏÝÒÔ
â âèäå èçìåëü÷åííûõ îòõîäîâ àâòîìîáèëüíîãî êîðäà.
Ñî÷åòàíèå òåðìîñòîéêèõ âûñîêîïðî÷íûõ àðñåëîíîâûõ
âîëîêîí ñ óãëåðîäíûìè ãðàôèòèçèðîâàííûìè âîëîêíàìè, îòëè÷àþùèìèñÿ îò ÏÀÍ óãëåðîäíûõ âîëîêîí ïîâûøåííîé
ýëàñòè÷íîñòüþ, îáåñïå÷èâàåò ôîðìèðîâàíèå íà ïîâåðõíîñòè
êîìïîçèòà èçíîñîñòîéêîé ïîâåðõíîñòè ñ íèçêèì êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ. Ïðèìåíåíèå ÏÝÒÔ âîëîêîí â êîìáèíàöèè ñ
àðñåëîíîâûìè è óãëåðîäíûõ ãðàôèòèçèðîâàííûõ − ñî ñòåêëÿííûìè ðåàëèçóåò â ìàòåðèàëå âûñîêèå ïîêàçàòåëè óäàðíîé
âÿçêîñòè è ðàçìåðíîé ñòàáèëüíîñòè ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû è íàãðóçêè..
Íà ðèñóíêå 6 ïðåäñòàâëåíû ôîòîãðàôèè êîìïîçèöèîííîé
ìóôòû.  êà÷åñòâå ìàòåðèàëîâ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ êîðïóñà ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ÄÏÊÀ-5, ÄÏÊÀ-8, à äëÿ âòóëêè − ÄÏÊÀ-6,
ÄÏÊÀ-7. Ïðåäëîæåííàÿ êîíñòðóêöèÿ ìóôòû èìååò ïðîñòóþ
êîíñòðóêöèþ, âêëþ÷àþùóþ ìåíüøåå êîëè÷åñòâî òðóäîåìêèõ è äîðîãîñòîÿùèõ ìåòàëëè÷åñêèõ äåòàëåé, ìåíüøèé âåñ,
âñëåäñòâèå ÷åãî ñíèæàþòñÿ èíåðöèîííûå íàãðóçêè íà ïðèâîä è óâåëè÷èâàåòñÿ ñðîê åãî ñëóæáû. Êîðïóñ ìóôòû âûïîëíåí òàêèì îáðàçîì, ÷òî ñî÷åòàåò ðÿä ýëåìåíòîâ, êîòîðûå â
òðàäèöèîííûõ êîíñòðóêöèÿõ âûïîëíÿþò ðîëü îòäåëüíûõ äåòàëåé: îáîéìû, êîðïóñà ïîäøèïíèêîâ è ò.ä.
Îïèñàííàÿ êîíñòðóêöèÿ ìóôòû áûëà èñïûòàíà â ïîëåâûõ
óñëîâèÿõ â ðàçëè÷íûõ îáðàçöàõ êîðìî- è çåðíîóáîðî÷íîé
òåõíèêè ÎÀÎ "Ãîìñåëüìàø" è ïîêàçàëà âûñîêóþ íàäåæíîñòü è ðàáîòîñïîñîáíîñòü. Ýêîíîìè÷åñêèé ýôôåêò îò èñïîëüçîâàíèÿ ðåçóëüòàòîâ â 2010 ã. ñîñòàâèë 193440 òûñ. ðóáëåé
(65,05 òûñ. äîëëàðîâ ÑØÀ ïî ñðåäíåâçâåøåííîìó çà 2010 ã.
êóðñó BYR/USD), â 2011 ã. − 547 955 òûñ. ðóáëåé (113,87 òûñ.
äîëëàðîâ ÑØÀ ïî ñðåäíåâçâåøåííîìó çà 2011 ã. êóðñó
BYR/USD).
à)
á)
Ðèñ. 6. Êîìïîçèöèîííàÿ ïðåäîõðàíèòåëüíàÿ ìóôòà ïðèâîäà ñåëüõîçòåõíèêè. à − ìóôòà â ñáîðå; á − êîðïóñ ìóôòû ñ ïîäøèïíèêîì ñêîëüæåíèÿ.
60
Âûâîäû
Äëÿ óñëîâèé íèçêèõ íàãðóçîê è ïðè äîïîëíèòåëüíûõ òðåáîâàíèÿõ ê áåñøóìíîñòè ðàáîòû äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïîäøèïíèêîâ ñêîëüæåíèÿ, ìóôò, øåñòåðåí öåëåñîîáðàçíî ïðèìåíåíèå àðìèðîâàííûõ òåðìîïëàñòè÷íûõ êîìïîçèòîâ, ïîñêîëüêó
îíè îáëàäàþò âûñîêîé òåõíîëîãè÷íîñòüþ ïðè ïåðåðàáîòêå â
èçäåëèÿ è ìàëîé óñàäêîé. Äëÿ àíàëîãè÷íûõ îòâåòñòâåííûõ
âûñîêîíàãðóæåííûõ äåòàëåé êðèòè÷íà ôîðìîóñòîé÷èâîñòü
ïîä íàãðóçêîé, ïîýòîìó íàèáîëåå ýôôåêòèâíû òåðìîðåàêòèâíûå àðìèðîâàííûå êîìïîçèòû. Îïèðàÿñü íà óæå èìåþùèéñÿ
çíà÷èòåëüíûé ìåæäóíàðîäíûé îïûò ðàçðàáîòîê â ýòîé îáëàñòè ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü äâà îñíîâíûõ íàïðàâëåíèÿ äàëüíåéøèõ èññëåäîâàíèé, êàñàþùèõñÿ äàííîãî âèäà ìàòåðèàëîâ: ïîâûøåíèå èçíîñîñòîéêîñòè ïîâåðõíîñòè ïåðåíîñà
(òðåòüåãî òåëà) äëÿ òåðìîïëàñòîâ èëè ìîäèôèöèðîâàííîé â
ïðîöåññå òðåíèÿ ïîâåðõíîñòè ðåàêòîïëàñòîâ; ïîâûøåíèå òåðìîñòîéêîñòè è æåñòêîñòè ìàòåðèàëà ïóòåì âûáîðà îïòèìàëüíîé ñõåìû àðìèðîâàíèÿ.
Ëèòåðàòóðà
1. Sinha, S. K. Wear failures of plastics / S.K. Sinha // ASM Handbook:
Failure Analysis and Prevention, 2004. Vol. 11. P.1019-1027.
2. Moet, A. Failure analysis of polymers / A. Moet // ASM Handbook:
Failure Analysis and Prevention, 1986. Vol 11.
3. Engel, L. An Atlas of Polymer Damage / L. Engel [et. al]. NJ:
Prentice Hall, 1981.
4. Hanchi, J. Tribological behaviour of polyetheretherketone, a thermotropic liquid crystalline polymer and in situ composites based on their
blends under dry sliding conditions at elevated Temperatures / J. Hanchi,
N.S. Eiss // Wear, 1996. Vol 200. P. 105-121.
5. Janecki, J. Tribological tests in the system of steel-composite made of
phenol formaldehyde resin and the analysis of the effect of plastic grease
in resin on the state of surface layer / J. Janecki [et al.]. // Chemic. 2013.
¹ 4. P. 309 316.
6. Ñîñòàâ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äðåâåñíîãî ïëàñòèêà: ïàò. 12726 Ðåñï.
Áåëàðóñü, ÌÏÊ(2009) C 08L 61/00, C 08K 13/00 / Þ.Ä. Òåðåøêî,
À.Í. Åêèìåíêî, Ñ.Í. Êîëäàåâà, Î.Þ. Êîëäàåâ; çàÿâèòåëü ÓÎ
"ÁåëÃÓÒ" - ¹ a 20080515; çàÿâë. 21.04.2008; îïóáë. 30.12.2009 2010
// Àô³öûéíû áþë. / Íàö. öýíòð ³íòýëåêòóàë. óëàñíàñö³. - 2009. - ¹ 6.
- Ñ. 92.
7. Ñîñòàâ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äðåâåñíîãî ïëàñòèêà : ïàò. 10587 Ðåñï.
Áåëàðóñü, ÌÏÊ(2006) C 08K 13/00, C 08L 61/00 / Þ.Ä. Òåðåøêî,
À.Í. Åêèìåíêî, Ñ.Í. Êîëäàåâà, Î.Þ. Êîëäàåâ; çàÿâèòåëü ÓÎ "ÁåëÃÓÒ" - ¹ a 20060591; çàÿâë. 16.06.2006, îïóáë. 30.04.2008 // Àô³öûéíû áþë. / Íàö. öýíòð ³íòýëåêòóàë. óëàñíàñö³. - 2008. - ¹ 2. - Ñ. 59.
8. Ïîëèìåðíàÿ ïðåññ-êîìïîçèöèÿ: ïàò. 15677 Ðåñï. Áåëàðóñü, ÌÏÊ8
C 08L 97/02 / Â.Â. Âàëåòîâ, Ñ.Í. Êîëäàåâà, Â.À. Âàñþòà, À.Í.
Åêèìåíêî, Í.À. Åêèìåíêî, Î.Þ. Êîëäàåâ, Ë.Í. Ïîëèùóê; çàÿâèòåëü
ÓÎ "ÌÃÏÓ èì. È.Ï. Øàìÿêèíà" - ¹ a20100979; çàÿâë. 28.06.2010;
îïóáë. 28.02.2012 // Àô³öûéíû áþë. / Íàö. öýíòð ³íòýëåêòóàë.
óëàñíàñö³. - 2012. - ¹ 2. - Ñ. 111.