Исследование поверхности контртела при трении о полиарилатные композиции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование поверхности контртела при трении о полиарилатные композиции

А.Е. Сорокин, А.В. Наумкин, А.П. Краснов

Аннотация

Проведено исследование поверхности контртела после трения о полиарилатные композиции. Установлено, что свойства и строение поверхности контртела после трения зависят от гибкости полимерной цепи. Сформированные на контртеле сложные металло-полимерные системы определяются соотношением компонентов в композиции. Это создает возможности регулирования трибологических свойств полимерных композиций.

Ключевые слова: полиарилат, трение, трибовзаимодействие, контртело, поверхность, гибкость, полимерная цепь.

Abstract

The counter-body surface after the friction of the polyarylates composition has been studied. The dependence of properties and structure of the counter-body surface after friction on the chain flexibility has been found out. Complex metal-polymer systems formed on counter-body are defined by the ratio of the components in the composition. This creates the possibility of regulating the tribological properties of the polymeric compositions.

Keywords: polyarylate, friction, tribological, interaction, counter-body, surface, flexibility of polymer chain.

Трение полимерных материалов и композиций на их основе сопровождается активным трибовзаимодействием между поверхностью образца и контртела. Регулирование трибологического взаимодействия и фрикционных характеристик осуществляется путем модификации состава композиции. В композиции вводят различные антифрикционные добавки: графит [1], дисульфид молибдена [2],фторорганические полимеры [3-4] и др.

Формирование структуры и свойств поверхности контртела в процессе трения напрямую зависит от природы полимерной композиции. Особое место среди таких композиций занимают полимерные смеси, так как в процессе их переработки и трения в поверхностных слоях образцов протекают различные химические процессы: деструктивные, обменные и другие реакции [5-9].

Статья посвящена изучению процесса формирования топологии и свойств поверхности контртела при трении о полиарилатные композиции.

В качестве базовых материалов были исследованы полиарилаты ДВ («гибкий») и ФВ («жесткий») производства НПО «Полимерсинтез» (г. Владимир). Полиарилат ДВ синтезируют водоэмульсионной поликонденсацией из бисфенола А и эквимольной смеси хлорангидридов изо- и терефталевых кислот, а полиарилат ФВ получают из фенолфталеина и хлорангидрида изофталевой кислоты. Свойства полиарилатов приведены в таблице 1.

Образцы для исследования были получены методами прямого компрессионного прессования из порошкового материала при температуре 330 єС. Для проведения термофрикционных исследований использовали машину торцевого трения типа И-47К54. Исследуемый образец представлял собой диск диаметром D = 22 мм и h = 1,5 мм. Контртело - втулка диаметром D = 22 мм, d = 12 мм и h = 7 мм из стали 3Х13. Температуру измеряли на расстоянии 1 мм от поверхности контртела с помощью термопары. Условия трения: скорость (V) 0,5 м/с, давление (Р_уд) 0,05 МПа.

Поверхность контртела исследовали с помощью универсального оптического фотомикроскопа «Neophot 21» производства «Carl Zeiss». Обработку полученных цифровых фотографий проводили с помощью программного обеспечения «PhotoM 1.21».

Для получения изображения «рельефа» электропроводности поверхности контртела в сканирующем тунельном микроскопе зонд перемещается по определенной площади (5 х 5 мкм) поверхности и производит ее растровое сканирование.

Состав полимерного образца и продуктов его переноса на поверхность контртела определяли методом масс-спектроскопии. С поверхности полимерного образца и контртела осуществляли соскоб кварцевой иглой, которую потом помещали непосредственно в ионизационную камеру прибора AEI-30. Спектры снимали в интервале температур от 50 до 500 °С через 25-50 °С и после выдержки при каждой температуре 3 минуты.

Деструктированные макромолекулы, образующиеся при трении полиарилата, взаимодействуют с поверхностью контртела. Такое взаимодействие в трибологии характеризуется понятием «перенос». Причем интенсивность этого процесса определяет уровень самосмазываемости полимера.

Рис. 1. Снимки поверхности контртела на туннельном микроскопе: А - шлифованное контртело; Б - поле трения полиарилата ДВ; В - после трения полиарилата ФВ; Г - после трения системы полиарилатов ДВ-ФВ

Шлифованная поверхность металлического контртела характеризуется высокой электрической проводимостью (рис. 1, А). Можно видеть, что электрическая проводимость поверхностного слоя контртела после трения о «гибкий» полимер практически полностью исчезает. Это свидетельствует о том, что у поверхности сформировались диэлектрические свойства, что связано с образованием на ней пленки переноса.

Трение «жесткого» полиарилата не сопровождается образованием пленки переноса и электрическая проводимость поверхности контртела не изменяется (рис. 1, В). Аналогичный результат наблюдается у системы полиарилатов ФВ-ДВ (рис. 1, Г). Таким образом, жесткость полимерной цепи определяет его способность к формированию на поверхности контртела пленки переноса. Причем, путем изменения в такой системе соотношения компонентов с различной жесткостью позволяет формировать продукты переноса на контртеле с различной структурой.

Тончайший наружный слой поверхности контртела после трения исследовали с помощью масс-спектрометрии. Пробы с поверхности отбирали касанием кварцевой иглы. «Гибкий» полимер и стальное контртело после фрикционного взаимодействия характеризуются близким соотношением низкомолекулярных и высокомолекулярных продуктов деструкции (рис. 2).

Рис. 2. Доля низкомолекулярных фрагментов распада до 134 М/z к суммарной интенсивности после терния

Сформировавшиеся структуры поверхности полиарилата ДВ и пленки переноса свидетельствуют о протекании деструкции с образованием только «мелких» подвижных частей макромолекул. В результате происходит формирование сплошной диэлектрической пленки переноса (рис. 1, Б) на контр поверхности.

Поверхность контртела «жесткого» образца содержит в 1,5 раза больше низкомолекулярной фракции, чем сам полимер (рис. 2). Более интенсивная деструкция при трении этого полимера сопровождается переносом продуктов, которые в основном заполняют дефекты, образовавшиеся при шлифовке и трении. Трение системы полиарилатов ДВ-ФВ приводит к образованию меньшего количества низкомолекулярной фракции по сравнению с исходными полимерными компонентами (рис. 2).

Образующаяся в процессе трения топология поверхности контртела демонстрируется на фотографиях (рис. 3, А-Г).

Рис. 3. Фотографии поверхности контртела: А - шлифованное контртело; Б - контртело после трения полиарилата ДВ; В - контртело после трения полиарилата ФВ; Г - контртело после трения системы полиарилатов ДВ-ФВ

Продукты переноса системы полиарилатов ДВ-ФВ формируют на поверхности контртела особую структуру, отличающуюся от структур, формируемых исходными полимерами. На контр поверхности (рис. 3, Г) можно наблюдать сложную «островную» структуру продуктов переноса, что связано с особенностями строения системы ДВ-ФВ.

Образовавшаяся структура полностью не «укрывает» поверхность контртела, что подтверждается результатами туннельной микроскопии (рис. 1, Г). Вероятно, «жесткий» полиарилат ограничивает способность «гибкого» к деформации, что препятствует их «распределению» по всей металлической контр поверхности.

Таким образом, показано, что полимерная система ДВ-ФВ при смешении «гибкого» и «жесткого» полиарилатов характеризуется более сложным механизмом трения и особой структурой продуктов переноса. В результате на поверхности формируется сложная металло-полимерная структура.

Наличие связи характера трения и формирующегося трущегося слоя с химическим строением полиарилатов позволяют с научно-технических позиций подойти к направленному рецептурно-технологическому созданию композиций, обеспечивающих получение фрикционных изделий с оптимальным характером переноса на металлическую поверхность и широким температурным диапазоном эксплуатации (от комнатных температур до 250°С).

контртело полиарилат трение модификация

Литература

1. Burya A.I., Chigvintseva O.P. The influence of carbon fibre content on the tribological properties of polyarylate based сomposites materials // Science in China (Series A). 2001. Vol. 44. Р. 281-286.

2. Г.Ф. Зюзина, Н.К. Виноградова, И.А. Грибова, А.П. Краснов. Влияние наполнителя дисульфида молибдена - на механизм термораспада полиарилата ДВ // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. Т.36. 1994. № 9. С.1452-1456.

3. Yamaguchi Y., Tribology of Plastic Materials// Tribology Series. 1990. Vol. 16. P. 143-155.

4. Hanchi J., Eiss N.S. Tribological behavior of polyetheretherketone, a thermotropic liquid crystalline polymer and in situ composites based on their blends under dry sliding conditions at elevated temperatures // Wear. 1996. Vol. 200. P. 105-121.

5. Коршак В.В. и др. О некоторых особенностях трения смесей несовместимых полимеров // Трение и износ. 1984. Т. 5. № 3. С. 389-395.

6. Зюзина Г.Ф. и др. Исследование структуры и фрикционных свойств материалов, полученных из смесей ограниченно совместимых полимеров -полиарилата и поликарбоната // Трение и износ. 2000. Т. 21. № 2. С. 183-191.

7. Зюзина Г.Ф. и др. О роли концевых групп в термических превращениях полиарилата ДВ // Пластические массы. 2005. № 5. С. 19-21.

8. Петрова Г.Н., Перфилова Д.Н., Румянцева Т.В. Влияние поверхностного фторирования термоэластопластов на их абразивостойкость // Каучук и резина. 2015. № 4. С. 4-7.

9. Petrova G.N., Perfilova D.N., Rumyantseva T.V., Beider E.Y. Self-extinguishing thermoplastic elastomers // International Polymer Science and Technology. 2014. V. 41, № 5. Р. 33-36 .

Размещено на Allbest.ru