Технология получения композиционных полимерных материалов и изделий из них для хлопковых машин и механизмов

АННОТАЦИЯ

Исследованиями влияния минеральных, волокнистых и углеграфитовых наполнителей на свойства полиэтилена высокой плотности и полипропилена разработаны антистатически-теплоппроводящие антифрикционные и антифрикционно-износостойкие полимерные композиты. Установлено, что разработанные антистатически-теплоппроводящие антифрикционные и антифрикционно-износостойкие композиты обладают достаточно высокими механическими свойствами, отвечающими требованиям, предъявляемым к материалам деталей трущихся пар рабочих органов хлопковых машин и механизмов и работающими в условиях трения и фрикционного взаимодействия с хлопком-сырцом.

ABSTRACT

Studies of the influence of mineral, fibrous and carbon-graphite fillers on the properties of high-density polyethylene and polypropylene have developed antistatic-heat-conductive antifriction and antifriction-wear-resistant polymer composites. It is established that the developed antistatic-heat-conductive antifriction and antifriction-wear-resistant composites possess sufficiently high mechanical properties that meet the requirements for the materials of the parts of friction pairs of the working bodies of cotton machines and mechanisms and operate under conditions of friction and frictional interaction with raw cotton.

Ключевые слова: композиция, полимер, наполнитель, свойство, антистатически-теплопроводящий антифрикционный композиционный материал, теплопроводящий антифрикционно-износостойкий композиционный материал, трение, износ.

Keywords: composition, polymer, filler, property, antistatic-heat-conducting antifriction composite, heat-conducting antifriction-wear composite, friction, wear. 

Введение. Трение хлопка-сырца с композиционным материалом имеет сложную природу. На механизм взаимодействия этих тел при трении влияют как молекулярные, так и механические процессы. Специфика контактирующих тел обуславливается возникновением электростатических сил. Исходя из этого, установлено, что трение хлопка-сырца с композиционным материалом имеет молекулярно - механо - электрическую природу [1], которая позволяет направленно изменять и регулировать свойства материалов, обеспечивая их соответствие требованиям, предъявляемым к композиционным полимерным материалам, работающим при взаимодействии с хлопком-сырцом.

При разработке антистатически-теплопроводящих антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов наиболее важным является выбор материала и наполнителей. Этот выбор проводится с учетом целевого назначения материала: для антифрикционного материала - это низкий коэффициент трения с хлопком-сырцом в различных условиях эксплуатации; для износостойкого – минимальное изнашивание, а для антифрикционно-износостойкого композиционного материала - необходимы низкий коэффициент трения и низкая изнашиваемость материала при трении с хлопком-сырцом.

Материалы и методы. При разработке композиционных материалов в качестве объектов исследования были выбраны термопластичные полимеры – полиэтилен высокой плотности и полипропилен, а в качестве наполнителей были использованы графит, сажа, каолин, тальк, стекловолокно, волластонит и хлопковый линт. Однако каждый из них имеет свои недостатки и достоинства. Основные прочностные свойства образцов (разрушающее напря­жение при изгибе s_и, модуль упругости при изгибе Е_и, ударная вязкость а, твердость по Бринеллю Н_Б определены общепринятыми методами - государственными стандартами. Комплекс триботехнических свойств (коэф­фициент трения, интенсивность изнашивания) композиции при взаимодействии с хлопком-сырцом разновидности С- 65-24, 1-го сорта, ручного сбора, влажности 8,2% определены на дисковом трибометре, разработанным в ГУП «Фан ватараккиёт».

Результаты исследования. Экспериментальными исследованиями установлено, что стекловолокно, волластонит и хлопковый линт увеличивают коэффициент трения и снижают интенсивность изнашивания. Графит, сажа, каолин и тальк снижают коэффициент трения, но увеличивают изнашиваемость композиционных материалов, а также улучшают тепло- и электропроводность и, тем самым, снижают температуру и величину заряда статического электричества, возникающих в зоне трения контактирующих пар. Причем, эффективность этих наполнителей, особенно волокнистых, значительно проявляется при меньшем их содержании, то есть при меньшем содержании стекловолокна значительно снижается интенсивность изнашивания, а при дальнейшем увеличении их содержания интенсивность изнашивания композиционных материалов сравнительно мало снижается, но коэффициент трения резко повышается. Наиболее эффективное снижение коэффициента трения композиционных материалов с хлопком-сырцом наблюдается при введении сажи и графита [2].

На основании вышесказанного, нами разра­ботаны антистатически-теплопроводящие (АТ) антифрикционные (А) и антифрикционно-износостойкие (АИ) полиэтиленовые (ПЭ) и полипропиленовые (ПП) композиции на основе полиоэфинов в установленных оптимальных соотношениях, работающих в условиях взаимодействия с хлопком-сырцом и обладающие хорошей механи­ческой прочностью, высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения по сравнению со сталью (таблицы 1 и 2).

Таблица 1.

Прочностные и триботехнические свойства антистатически-теплопроводящих антифрикционных полиэтиленовых и полипропиленовых композиций

* Р - удельное давление, V- скорость скольжения, W- влажность хлопка-сырца

Как видно из таблицы 1, свойства антистатически-теплопроводящих антифрикционных полиолефиновых композиционных полимерных материалов обеспечивают их важные физико-механические, триботехнические и эксплуатационные свойства [3-5], а также .вполне отвечают функциональным требованиям,предъявляемым к материалам деталей трущихся пар рабочих органов хлопковых машин средств механизации хлопкоперерабатывающей промышленности и могут быть рекомендованы для их изготовления.

Главными требованиями, предъявляемым к материалам деталей трущихся пар рабочих органов хлопковых машин являются техно­логичность и экономичность используемого материала, эффективное снижение повреждаемости хлопкового волокна и семян, исключение накапливания статического электричества, обра­зования намотов волокна на поверхности колков и искры при соударении с твердыми телами, находящимися в хлопке-сырце.

Разработка Технологий Получения Композиционных Полимерных Материалов и Деталей Рабочих Органов Хлопковых Машин и Механизмов.

Нами разработана гибкая технология для изготовления опытных образцов и малых партий деталей из КПМ на основе термопластичных полимеров, перерабатываемых методом литья под давлением.

Рисунок 1. Технологическая схема получения композиционных полимерных материалов и деталей рабочих органов хлопковых машин

1-емкость для гранул полимера; 2- емкость для порошковых наполнителей; 3, 4, 8, 9,10, 14 – дозаторы (весовой мерник); 5 - измельчитель; 6- смеситель; 7- механоактиватор; 11- экструзионный смеситель с обогревом; 12 –упаковочная тара; 13- измельчитель; 15-литьевая машина; 16-пресс-форма; 17-тележка для готовых изделий.

На рисунке изображена разработанная технологическая схема для получения композиционных полимерных материалов и литья из них деталей рабочих органов хлопковых машин.

Как видно из рисунка, при непрерывном процессе гранула-полимер (связующая) и наполнители поступают из емкостей 1 и 2 в дозаторы (весовые мерники) 3 и 4, где исходные компоненты смеси дозируются в определенном соотношении, затем из дозаторов гранула-полимер поступает в измельчитель 5, а наполнители поступают в смеситель 6. Затем измельченный полимер и смешанные наполнители одновременно через дозаторы 8 и 9 поступают в экструзионный смеситель с обогревом 11. При этом процесс смешения происходит одновременно с нагревом компонентов смеси при температуре 130-150⁰С. Время смешения компонентов смеси составляет 5-10 мин в зависимости от состава смеси. Во многих случаях при смешении желательно избегать попадания различных частиц и воздуха в смесь, наличие которых приводит к уменьшению прочности композиции. Из экструзионного смесителя 11 полученная смесь композиции в виде таблеток поступает в упаковочную камеру 12.

Для изготовления деталей полученная смесь композиции подается в измельчитель 13 (скорость вращения рабочего органа V=2800 об/мин), откуда она загружается в бункер литьевой машины 15. Отливка изделий производится в литьевой машине 15 в пресс-формах 16. Подготовленный формовочный материал из загрузочного бункера поступает в предварительно нагретый цилиндр литьевой машины, в которой происходит плавление смеси композиций (523-543К) и пропитка наполнителей. Полученная при этом наполненная композиция впрыскивается в чуть нагретую пресс-форму (313-343К) под давлением 110-140 МПа и выдерживается 5-20 с, после чего форма размыкается и извлекается готовое изделие.

Заключительным этапом является распрессовка пресс-формы и извлечение изделия (колка). По плоскости разъема пресс-формы облой практически не образуется за счет плотного смыкания частей пресс-формы до заполнения её расплавом. Поэтому дополнительной механической обработки готового изделия не требуется. Качество поверхности, оптические и механические свойства изделий не уступают таковым при изготовлении на промышленном литьевом оборудовании.

Полученные таким образом детали рабочих органов хлопковых машин и механизмов упаковываются в полиэтиленовые или бумажные мешки или укладываются в тележки для готового изделия 17.

Таким образом, из разработанных антистатически-теплопроводящих антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материаловполучены высококачественные детали рабочих органов передвижного перегружателя хлопка марки ХПП, разборщика бунтов хлопка марки РБД, туннелеройной машины марки ОБТ, обладающих хорошими прочностными свойствами и достаточной износостойкостью.

Кроме того, по разработанной технологии возможна переработка других полимерных материалов (полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен, полиамид, полистирол) методом прямого литья под давлением. Эти изделия успешно конкурируют по цене и качеству с аналогичными изделиями, изготовленными с помощью других способов переработки полимерных материалов.

Выводы. Из разработанных антистатически-теплопроводящих антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов были изготовлены детали трущихся пар рабочих органов хлопкоперерабатывающих машин, используемых при приемке, транспортировке, разборке и подаче хлопка-сырца в последующие технологические установки.

Примене­ние разработанных антистатически-теплопроводящих антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов в качестве материалов для деталей трущихся пар рабочих органов хлопковых машин и механизмов, рабо­тающих в условиях фрикционного взаимодейст­вия с хлопком–сырцом, приводит к повышению производительности машин на 12-16 % и сни­жению потребляемой мощности на 7-18 %, поврежденности хлопковых волокон и дробленности семян, а также ликвидации возможного загорания хлоп­ка - сырца и образования намотов волокна на поверхности колков.

Список литературы:
1. Гулямов Г., Негматов Н., Негматов А. и др. Антифрикционные полипропиленовые композиционные материалы для рабочих органов хлопковых машин // Пластические массы, 2002, № 4.- С. 40-41.
2. Гулямов Г., Негматов С.С., Иргашев А.А. О возможностях применения полиолефиновых композиций в колковых рабочих органах хлопковых машин. Ташкент: ТГТУ, 1992. -120 с.
3. Негматов С. Основы процессов контактного взаимодействия композиционных полимерных материалов с волокнистой массой. Ташкент: Фан, 1984, С. 219-232.
4. Негматов С.С., Гулямов Г., Алматаев Т.А. Антифрикционно-износостойкие композиционные материалы на основе полипропиленадля деталей пар трения хлопковых машин // Трение и износ, 2006. -Т. 27.-№ 4. - С. 422-428.
5. Патент РУз. № 05000. Антифрикционно-износостойкая полимерная композиция.