ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ НА ИХ ОСНОВЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Выявлено, что на основе анализов полученных результатов исследований триботехнических свойств покрытия в зависимости от природы, вида и соодержания наполнителей в композиции, низким коэффициентом трения обладает покрытия с графитом, железным порошком, тальком; значительно снижают интенсивность изнашивания также наполнители, как железный порошок и цемент, и не изменяют интенсивность изменения талька и каолина до определенного их содержания в композиции. Установлено, что для создания антифрикционных материалов целесообразно было бы применение комплексного наполнителя, то есть бинарные смеси наполнителей, которые расширяют область применения наполненных систем.

ABSTRACT

It was revealed that on the basis of the analysis of the obtained results of studies of the tribotechnical properties of the coating, depending on the nature, type and content of fillers in the composition, the coating with graphite, iron powder, talc has a low coefficient of friction; Fillers such as iron powder and cement also significantly reduce the wear rate, and do not change the rate of change of talc and kaolin to a certain content in the composition. It has been found that to create antifriction materials, it would be advisable to use a complex filler, that is, binary mixtures of fillers that expand the scope of filled systems.

Ключевые слова: Триботехнические свойства, коррозионностойкость,  фураноэпоксидная смола, адгезия, когезия, термореактивные полимеры.

Keywords: Tribotechnical properties, corrosion resistance, furan epoxy resin, adhesion, cohesion, thermosetting polymers.

Введение. Для создания композиционно-полимерных материалов (КПМ) с заданными триботехническими свойствами, применительно к рабочим органам машин и механизмов производства и переработки хлопка, в работе [3; 4; 8; 9; 15; 1] изучена природа контактного взаимодействия полимерных материалов с хлопком, закономерности трения, изнашивания в зависимости от различных эксплуатационных и технологических факторов, образование зарядов трибоэлектричества и температура в зоне трения и их влияние на процессы трения и изнашивания.

Поэтому без проведения фундаментальных исследований по изучению основных закономерностей трения и изнашивания полимерных материалов с хлопком и природы их контактного взаимодействия невозможно не только разработать материал с заданными триботехническими свойствами, но и оценить эффективность существующих конструкционных материалов.

Изнашивание полимерных материалов с ростом давления и скорости скольжения увеличивается, причем с разной интенсивностью в зависимости от вида материала [13].

Взаимодействие, как металлических рабочих поверхностей, так и полимерных покрытий с хлопком-сырцом сопровождается явлением статистической электризации. В тоже время применение полимерных материалов способствует интенсификации процесса их электризации при взаимодействии с хлопком-сырцом, а также увеличению коэффициента трения и соответственно снижению эффективности работы машин. Кроме того, при определенных условиях электростатические заряды могут стать источником воспламенения хлопка-сырца [5; 7].

Трение в значительной степени связано с износом, поэтому факторы, определяющие коэффициент трения наполненных композиций, также влияют на их износостойкость. Три фактора в основном определяют сопротивление износу наполненных полимерных композиций: твердость наполнителя, адгезионная прочность и относительная объемная доля частиц [6; 12; 16; 2; 11].

Таким образом, для разработки антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе необходимо проводить исследования триботехнических, электро-теплопроводящих и прочностных полимерных композиций. На основе комплекса анализа полученных экспериментальных исследований можно будет разработать эффективные композиционные полимерные материалы и покрытия с высокими триботехническими, электро-теплопроводящими, адгезионными и прочностными свойствами.

Объект и методика исследований. Композиционные полимерные материалы (КПМ), предназначенные для применения в рабочих органах хлопкоочистительных машинах, должны отличаться рядом особенностей, таких как: низкий коэффициент трения с хлопком-сырцом, хорошие демпфирующие свойства, высокие класс частоты поверхности, низкая интенсивность изнашивания и электризуемость, высокая адгезия к металлу, технологичность, недефицитность, невысокая стоимость, кроме того, должно иметь высокую ударную прочность и твердость [15].

Хотя по механическим свойствам композиции на базе эпоксидных смол уступают наполненным полиамидным при трении металлах, тем не менее в случае тонкослойных покрытий основную роль играют не только механические, а адгезионные свойства антифрикционных материалов. В этом смысле, эпоксидные смолы, отличие от многих других полимерных материалов, обладают высокой адгезией к металлам и отверждаются без выделения побочных продуктов с минимальной усадкой. Кроме того преимуществом термореактивных олигомеров является возможность достижения высокой степени наполнения [14; 17].

Таким образом, термореактивный олигомер ЭД-16 потенциально удовлетворяет требованиям к материалам покрытий с учетом их функционального назначения, условий эксплуатации, технологичности и недефецитности.

Учитывая масштабы производства, дефицитность, стоимость, технологичность, соответствие физико-механических свойств условиям эксплуатации хлопкоочистительных машин, в качестве объекта исследования были выбраны: полимерная матрица - эпоксидные олигомер ЭД-16 (ГОСТ 10587-72), отвердитель – полиэтилен полиамин (ТУ 6-02-594-78), пластификатор - дибутилфталат (ГОСТ 8723-3-3), а в качестве наполнителейс целью повышения электропроводности, теплопроводности и прочностных свойств разрабатываемых антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов были выбраны - графит кристаллический (ГОСТ 44404), железный порошок (ПМЖ-33 ГОСТ 9849-61), каолин (Ангренское месторождение, УзР), цемент (ГОСТ 10178-68), тальк (ГОСТ 8785-52).

Коэффициент трения КПМ с хлопковым сырцом, температуру на поверхности КПМ и электростатический заряд на волокнистой массе изучали на усовершенствованном дисковом трибометре [15] в соответствии с ГОСТ 23.223-85.

Перед испытанием производят приработку испытываемого образца последовательно под нагрузками, обеспечивающими минимальное и максимальное значения давлений в сочетании с минимальными и максимальными значениями скорости скольжения. Приработку на каждом режиме производят в течение не менее 60с. В процессе приработки производят окончательную отладку измерительной аппаратуры.

Испытания повторяют не менее трех раз. Перед проведением, каждого повторного испытания о поверхности образца снимают остаточные трибоэлектрические заряды путем измерение вольтметра и амперметра. Повторное использование порции волокнистой массы не допускается.

Фиксируется результаты измерения силы трения, напряжения и емкости, среднее за время не менее 30с. стабилизированного трения.

По результатам повторных испытаний рассчитывают средние значения силы Р стабилизированного трения, напряжения V и суммарной емкости С_∑.

Среднее значение коэффициента ʢ стабилизированного трения рассчитывается по формуле

 𝑓 =200

Среднее значение плотности электростатических зарядов рассчитывается по формуле:

q = 500 С_∑ V

В качестве характеристики износостойкости КПП в работе исследована линейная интенсивность износа 1, определяемая отношением высоты изношенного слоя h к пути трения S. Интенсивность линейное изнашивания и параметры шероховатости поверхности КПП по ГОСТ 2789-73 определяли профилометрированием на профилографе-профилометре «Калибр-252» [15].

Толщину полимерных покрытий определяли магнитным толщиномером МИП-10 и винтовым микрометреом [6].

Результаты исследований. В работе нами было изучено влияние наиболее перспективное для антифрикционных композиций выше указанных наполнителей (графит чешуйчатый, каолин, тальк, цемент и железный порошок) при содержании пластификатора - димбутилфталата – 20об.ч. отверждения - полиэтиленполиамина - 10 об.ч. и неизменном режиме отверждения .

Как видно из таблиц 1 кроме цемента все другие наполнители увеличением их содержания в композиции изменяют коэффициент трения экстремально проходя с минимумом при различных содержаниях

конкретного наполнителя. Наименьшим коэффициентом трения обладает покрытие с графитом, наибольшим - композиции с цементом и каолином при их содержании более 30 об.ч.

С повышением содержания цемента в покрытии до 35 об.ч. коэффициент трения увеличивается монотонно, но незначительно (дo 8-10%).

Картина изменения изнашиваемости покрытий с указанными наполнителями имеет иной характер. Самой высокой интенсивно изнашивания обладает композиция с графитом, далее следуют покрытия с каолином и тальком.

Низкую изнашиваемость показали покрытия с железным порошком и цементом

Все испытанные наполнители, имеющие пластинчатую структуру, снижали коэффициент трения и увеличивали интенсивность изнашивания Это связано с тем, что пластинчатый наполнитель не позволяет создать в массе покрытия больших напряжений сдвига при трении, так как легко сдвигается по плоскостям спайности. А разная интенсивность изменения как коэффициента трения, так и изнашивания, по-видимому, связана с их разными дисперсностью (у графита дисперсность на порядок ниже; чем у каолина и толька), совершенством спайности параллельных листочков (например, кристаллы талька обладают весьма совершенной спайностью листочков), теплопроводностью и удельным поверхностным сопротивлением (эти показатели у покрытий с графитом существенно выше по сравнению покрытием, наполненным тальком или каолином)

Рост коэффициента трения и интенсивности изнашивания покрытия при дальнейшем увеличении объемного содержания пластин-наполнителей (выше 20-25 об.ч.) может бытъ объяснен увеличением шероховатости поверхности покрытий за счет образования.

Таблица 1.

Триботехнические и динамические свойства композиционных эпоксидных покрытий