Изучение прочностных свойств покрытий на основе поликарбоната в зависимости от формируемых надмолекулярных структур

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.3.004.67

Изучение прочностных свойств покрытий на основе поликарбоната в зависимости от формируемых надмолекулярных структур

А.М. Марукян

ФГОУ ВПО МГУП, г. Москва, Россия

Исследование надмолекулярной структуры и возможность управления процессами кристаллизации представляет собой интерес не только для понимания сущности полимерных материалов, но и с точки зрения технического использования полимерных материалов в узлах трения машин и оборудования, придания им комплекса необходимых свойств.

Для использования композиций на основе поликарбоната в качестве антифрикционных покрытий, изучено влияние эксплуатационных условий и режимов работы на формируемые надмолекулярные структуры, а также установлена зависимость свойств покрытий от их структуры.

Нами были исследованы надмолекулярные образования ненаполненного (ПК) и наполненного фторопластом 5% поликарбоната (ЛТ). Изучение проводилось на пленках полученных методом термонаплавки (из расплава) при разных температурах формирования. Охлаждение пленок производилось на воздухе.

Выполненные исследования показали, что у поликарбоната ненаполненного при температуре формирования 280оС образуются фибриллярные образования. Фибриллы представляют собой макромолекулы, собранные в пачки. Пачка состоит из многих рядов макромолекул, расположенных последовательно друг за другом. Пачки складываются в ленты путем многократного поворота [1, 2].

С увеличением температуры до 290оС, за счет увеличения теплового импульса и подвижности макромолекул, происходит скручивание лент в сферолиты радиального типа. При дальнейшем увеличении температуры с 290оС до 320оС происходит рост величины сферолитов.

Введение наполнителя в состав поликарбоната изменяет надмолекулярная структура. Так, при температуре формирования 280оС образуются достаточно крупные сферолиты кольцевого типа размером ~60 мкм. При увеличении температуры с 280оС до 320оС происходит уменьшение размера сферолитов с ~46мкм, при температуре 300оС, до величины ~34 мкм, при температуре 320оС. При температуре формирования 340оС наблюдается дальнейшее увеличение размера сферолитов до величины ~55 мкм [3].

На рисунке представлены зависимости предела прочности ур и относительное удлинение ер двух видов полимеров, сформированных при различных температурах и охлажденных на воздухе. Видим, что температура формирования существенно влияет на деформационно-прочностные характеристики.

Влияние температуры формирования на прочность и пластичность наполненного (ЛТ) и ненаполненного (ПК) поликарбонатов

Увеличение температуры нагрева для ненаполненного поликарбоната от 280оС до 290 оС сопровождается ростом предела прочности с 43 МПа до 46 МПа. Надмолекулярная структура в этом диапазоне температур изменяется от фибриллярной до мелкой сферолитной. Однако дальнейшее увеличение температуры формирования приводит к плавному снижению предела прочности, при этом наблюдается рост размеров сферолитов, переходящих в фибриллярную структуру серповидного типа.

Что касается поликарбоната наполненного фторопластом, то увеличение температуры от 280оС до 320оС сопровождается ростом значений предела прочности с 43,3 МПа до 67,6 МПа. Выявлено, что в надмолекулярной структуре полимера происходит уменьшение размера сферолитов до наименьшей величины ~34 мкм.

При увеличении температуры формирования от 320оС до 340оС, происходит снижение прочности формируемых пленок, в структуре, при этом, наблюдается увеличение размера сферолитов.

Аналогичный характер изменений относительного удлинения наблюдается для ненаполненного и наполненного поликарбоната. Температуры, при которых наблюдаются наибольшие значения относительного удлинения, составляют 290оС и 320оС для ненаполненного и наполненного поликарбонатов, соответственно.

Учитывая эксплуатационные условия работы тонкослойного антифрикционного покрытия, а также, используя метод математического планирования эксперимента, нами исследовано влияние температуры формирования и температуры масла на деформационно-прочностные характеристики и надмолекулярную структуру ненаполненного полимерного материала и композиции на его основе.

Результаты экспериментов показывают, что при термической обработке поликарбонатных покрытий в индустриальном масле И-20А, с температурой от 20 до 80оС, происходит увеличение предела прочности у обеих композиций и незначительное уменьшение пластичности.

Это объясняется измельчением размеров сферолитов и структурированием полимера, что хорошо согласуется с результатами авторов, исследовавших как композиции на основе поликарбоната, при различных условиях формирования, так и других видов полимеров [2, 3, 4].

Исследование антифрикционных свойств композиций на основе поликарбоната показало, что наполнитель фторопласт снижает коэффициент трения наполненного поликарбоната по сравнению с ненаполненным. Так, при нагрузке в 12 МПа, в среде индустриального масла И-20А, коэффициент трения у ненаполненного поликарбоната составляет 0,0053. Введение фторопласта в состав поликарбоната позволяет, при тех же условиях, уменьшить коэффициент трения на 20%. Это объясняется тем, что фторопласт и компоненты, входящие в состав масла, образуют тонкую поверхностную пленку переноса с низкой прочностью сдвига, а также структурирование полимера, о чем свидетельствуют работы [1, 5, 6].

Эксплуатационные испытания восстановленных валов под втулку шестеренных насосов показали, что наиболее предпочтительным для восстановления изношенных поверхностей являются композиции поликарбоната с фторопластом [3].

Перспективным, по-нашему мнению, является исследование композиции поликарбоната с фторопластом и стекловолокном. Введение стекловолокна позволит увеличить прочность покрытия, с целью использования композиции в более нагруженных узлах трения.

Выводы кристаллизация поликарбонат надмолекулярный

1. На основании проведенных структурных и деформационно-прочностных исследований свойств композиций на основе поликарбоната выявлены оптимальные режимы формирования покрытий для ненаполненного поликарбоната - 290оС и наполненного фторопластом - 320оС. Наилучшим с точки зрения деформационно-прочностных свойств, является поликарбонат наполненный фторопластом.

2. Установлены типы сферолитных структур, образующиеся при температурах формирования 290оС и 320оС для ненаполненного и наполненного фторопластом поликарбоната, размеры которых составляют в среднем 46 мкм и 34 мкм, соответственно.

3. Результаты исследований показывают, что с уменьшением размеров сферолитов, происходит увеличение прочностных и антифрикционных характеристик композиций на основе поликарбоната.

Библиографический список

1. Белый В.А., Довгяло В.В. Полимерные покрытия. М.: Наука и техника, 1976. 416 с.

1. Гуль В.Е., Кузнецов В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1966. 314 с.

2. Марукян А.М. Применение поликарбонатных покрытий для восстановления изношенных деталей узлов трения скольжения машин и оборудования природообустрйства. Автореф. дис…. канд. техн. наук. М., 2003.

3. Магазинова Л.Н., Кестельман В.Н. Поликарбонат в машиностроении. М.: Машиностроение, 1971. 174 с.

4. Потеха В.Л. Исследование антифрикционных свойств покрытий из термопластичных полимеров на металлах. Аватореф. дис…. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1982.

5. Белый В.А., Свириденок А.И. Трение и износ материалов на основе полимеров. Минск: Наука и техника, 1976. 732 с.

Размещено на Allbest.ru