Полимерные композиционные материалы триботехнического назначения на основе фторполимеров

  • О.S. Каbаt Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipropetrovsk State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine
  • O.D. Derkach Dnipropetrovsk State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine
  • N.V. Pavlushkina Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro, Ukraine
  • І.І. Pikula Dniprovsk State Technical University, Kam’yanske, Ukraine
Ключевые слова: узлы трения, фторопласт, полимерные композиционные материалы, трибологические свойства, физико-механические свойства

Аннотация

Повышение уровня надежности узлов трения машин и механизмов является актуальной задачей. Одним из способов ее решения является применениеи в них новых материалов триботехнического назначения с высоким уровнем износостойкости. Известно, что наиболее прогрессивными материалами для узлов трения являются полимеры и полимерные композиционные материалы (ПКМ) на их основе. К их преимуществам следует отнести возможность работы в узлах машин и механизмов без смазывания или при граничном смазывании, высокую износостойкость, химическую стойкость, небольшую массу и др. В работе разработаны ПКМ триботехнического назначения на основе фторопласта-4 и силикагеля. Найдена оптимальная концентрация наполнителя (10% мас.) в полимерной матрице при которых пара трения ПКМ-сталь имеет наибольший уровень триботехнических характеристик. Исследовано морфологию и свойства стальной поверхности до и после фрикционного взаимодействия с разработанным ПКМ и установлено, что уменьшение коэффициента трения и износа ПКМ связано с образованием “антифрикционного покрытия” на стальной поверхности пары трения. С целью установления влияния внешних факторов (нагрузка и скорость скольжения) на терние и изнашивание материала 90% фторопласт-4 + 10% силикагель проведены его триботехнические исследования при фрикционном взаимодействии со сталью. Установлено, что разработанный материал может работать в нормальном режиме работы в узлах трения машин и механизмов при нагрузках до 2,0 МПа и скоростях скольжения до 1,25 м/с. При помощи программы MathCAD получено математическое описание процесса трения и изнашивания материала 90% фторопласт-4 + 10% силикагель по стали в исследованном интервале нагрузок и скоростей скольжения. Исследованы его физико-механические и теплофизические свойства и установлено, что введение наполнителя в полимер способствует повышению напряжения при пределе текучести при сжатии, твердости, модуля упругости и теплостойкости в сравнении с исходным полимером. Приведены рекомендации по применению разработанного ПКМ в узлы трения машин и механизмов

Литература

1. Garkunov D.N. Tribotehnika(iznos i beziznosnost). – M.: Mashinostroenie, 1985. – 424 s. (in Russian).
2. The wear resistance improvement of fibre reinforced polymer composite gears / Mao K., Greenwood D., Ramkumar R. and oth. // Wear. – 2019. – Vol. 426-427. – Р.1033-1039.
https://doi.org/10.1016/j.wear.2018.12.043
3. Advanced polymeric coatings for tilting pad bearings with application in the oil and gas industry / L. Pixiang , J. L. Meyer, B. Vaezian, A. A. Polycarpou // Wear. – 2016. – Vol. 354-355. – Р.10-20.
https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.02.013
4. Polymer Composite Materials for Friction Units of Space and Aviation Engineering / Kabat O. S., Sitar V.I., Ermachenko D.V. and so on. // System design and analysis of aerospace equipment characteristics: a collection of scientific works of the Dnipro National University named after. O. Gonchar. - 2017. - Tom. ХХІІІ. - P. 40-48. (in Ukrainian).
5. Kabat O., Sytar V., Sukhyy K. Antifrictional polymer composites based on aromatic polyamide and carbon black // Chemistry & chemical technology. – 2018. – Vol.12. – № 3. – P. 326-330.
https://doi.org/10.23939/chcht12.03.326
6. Influence of operating modes on wear of parts made of polymeric-composite material / VV Aulin, O.D. Derkach, D.O. Makarenko, AV Grinkov // Problems of tribology. - 2018. Volume 90. No. 4. p. 65-69 (in Ukrainian).
7. Kabat O. S., Dusheyko MV Polymer composite materials of special purpose based on fluoroplastics // Technological systems. - 2017. - Vol. 4 (81). - P. 63-67. (in Ukrainian) [dx.doi.org/10.29010/081.8]
8. Preparation and tribological properties of hybrid PTFE/Kevlar fabric self-lubricating composites / Liu Y., Xu N., Wang Y. and oth. // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 361. – Р.196-205.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.12.121
9. A novel assembly of MoS2-PTFE solid lubricants into wear-resistant micro-hole array template and corresponding tribological performance / A.H.Wang J.Xia Z.X.Yang D.H.Xiong // Optics & Laser Technology. – 2019. – Vol. 116. – Р.171-179. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.03.033
10. Ayler R. Himiya kremnezema: Per. s angl. – M.: Mir, 1982. – 1127 s. (in Russian)
11. Sucheninov P.A., Adamenko N.A.,Sergeev D.V. Razrabotka i issledovanie kompozitsionnyih materialov dlya uplotneniy vozdushnyih porshnevyih kompressorov // Izvestiya VolgGTU. – 2009. #. 11(59). Vyip 3, S. 66-69. (in Russian).
12. Syitar V.I., Kabat O.S. Teplostoykie materialyi tribotehnicheskogo naznacheniya na osnove aromaticheskogo poliamida i dispersnyih kremnezemov // Voprosyi himii i himicheskoy tehnologii. – 2007. – #4. – S.94-98. (in Russian).
13. Beckford S., Wang Y.A., Zou M. Wear-resistant PTFE/SiO2 nanoparticle composite film // Tribology Transactions. – 2011. Vol. 54, Issue 6. P. 849-858. https://doi.org/10.1080/10402004.2011.606962
14. Kabat O.S., Syitar V.I., Mitrohin A.A. Termostoykie polimernyie kompozityi spetsialnogo naznacheniya dlya tyazhelonagruzhennyih uzlov treniya // Tehnologicheskie sistemyi. – 2017. – T. 2 (79) – S. 25-33. (in Russian).
15. Sitar V.I., Kabat O.S. Investigation of the influence of finely dispersed silica gel on the properties of aromatic phenylene polyamide // Problems of chemistry and chemical technology. - 2005. - №1. - С.199-203. (in Ukrainian).
Опубликован
2019-07-30
Раздел
Статьи