Триботехнічні властивості епоксикомпозитів наповнених порошком оксиду міді

Размещено на http://www.allbest.ru/

Луцький національний технічний університет

Триботехнічні властивості епоксикомпозитів наповнених порошком оксиду міді

Б.М. Романовський - ст. гр. ПМм-21

Анотація

В статті подано результати експериментальних досліджень впливу вмісту високодисперсного порошку оксиду міді на формування епоксикомпозитного матеріалу триботехнічного призначення.

Постановка проблеми. Епоксикомпозитні матеріали широко застосовують для виготовлення антифрикційних вузлів ковзання завдяки високій технологічності та малій усадці епоксиполімерної матриці, однак подібного робу матеріали потребують введення до їх складу модифікуючих добавок. В основному це дрібнодисперсні порошки полімерів, металів або оксидів металів. При цьому необхідно визначити оптимальний вміст наповнювача, який забезпечує триботехнічні властивості епоксикомпозитного матеріалу за рахунок утворення міцних адгезійних зв'язків та здатності до перетворення структури під час триботехнічної взаємодії.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Сучасна техніка не може обійтися без вузлів тертя, в яких необхідні низька сила тертя і висока стійкість до спрацювання. Для виготовлення таких вузлів використовують спеціальні матеріали, в якості яких найбільше підходять спеціальні антифрикційні сплави на основі свинцю або олова, такі як бронза, бабіт. Однак дані матеріали дорогі і не завжди відповідають усім необхідним експлуатаційним і технологічним вимогам. Отже, існує потреба у більш широкому виборі антифрикційних матеріалів. Саме тому полімери привабливі з кількох причин: це технологічність, низька питома вага, висока корозійна стійкість. Остання властивість найбільш важлива у вузлах, що працюють в агресивних середовищах і в контакті з харчовими, фармацевтичними та косметичними продуктами [1].

Антифрикційні матеріали на основі полімерів призначені, як правило, для роботи з рідинами, що не мають мастильних властивостей (водою, тощо), а також без мащення, у тому числі у вакуумі. Основа полімерних антифрикційних матеріалів: термореактивні смоли - фенолоформальдегідні, епоксидні, епоксикремнійорганічні, фуранові; термопласти: поліамід, гомо- і сополімери формальдегіду (поліацетати), поліамід, поліарилат, полікарбонат, фторполімер, поліетилен. Без мащення застосовують матеріали на основі фторопласту-4, а іноді поліетилену високого тиску [2].

Застосування полімерів як антифрикційних матеріалів обмежується високим температурним коефіцієнтом розширення (в десятки разів більше, ніж у металів), низькою теплопровідністю (в сотні разів нижче, ніж у металів), низькою твердістю, високою механічною піддатливістю (низькі модулі пружності), що зменшує роль пластичної деформації і ускладнює тим самим припрацьовування поверхонь тертя, низькою ефективністю граничного змащення [3].

Підшипники, виготовлені з композиційних матеріалів, мають більш високу зносостійкість і антифрикційні властивості в умовах сухого тертя і змащування рідинами, підвищену теплопровідність, менше волого - поглинання і більш високу стабільність розмірів, підвищену міцність. Композиційні матеріали дозволяють виготовляти підшипники високої якості з кращою працездатністю в умовах сухого тертя, ніж чисті полімери без наповнювачів. В якості наповнювачів використовують графіт, дисульфід молібдену, тальк, скловолокно. Оптимальне масовий вміст наповнювача в композиційному матеріалі становить 5-10 % і може досягати 20 %. Оскільки наповнювач додається в невеликих кількостях, вартість підшипника зростає незначно [4].

Іншим полімерам антифрикційні властивості надаються введенням M0S2, графіту, BN, фторопласту, поліетилену, рідких і пластичних мастил (нафтових і синтетичних), тощо. Для підвищення фізико -механічних і триботехнічних властивостей в полімерні антифрикційні матеріали вводять також наповнювачі: метали та сплави, оксиди, різні модифікації вуглецю, деревні частки і шпон, інші полімери, тощо. Часто використовують наповнювачі у вигляді тканин з природних, скляних, вуглецевих, металевих, синтетичних волокон [5].

Формулювання цілей статті. Метою роботи є встановлення оптимального вмісту дрібнодисперсного порошку оксиду міді в епоксикомпозитному матеріалі антифрикційного призначення.

Виклад основного матеріалу дослідження

Експериментально встановлено, що при заданих режимах тертям (питоме навантаження P = 1 МПа, швидкість ковзання V = 1,21 м/с) найменшу інтенсивність вагового зношування мають епоксикомпозити, що містять 100 мас.ч. порошку оксиду міді, а найбільшу з вмістом даного наповнювача 50 мас.ч. та 75 мас.ч (рис. 1). Вміст порошку оксиду міді 100 мас.ч. є оптимальним, оскільки відбувається формування зони трибоконтакту. За вищого вмісту наповнювача інтенсивність вагового зношування підвищується через надлишковий вміст добавки та зниження кількості адгезійних зв'язків між компонентами системи.

Введення порошку заліза понад 50 мас.ч. різко погіршує триботехнічні характеристики епоксикомпозитного матеріалу. Велика інтенсивність зношування при цьому пов'язана з надлишковим вмістом порошку заліза в епоксикомпозиті, що супроводжується інтенсивним руйнуванням поверхневого шару в процесі трибовзаємодії, оскільки відбувається утворення адгезійних звязків між частинками заліза та сталевою поверхнею контртіла. Під час тертя частинки контактують з поверхнею контртіла та нагріваються, що призводить до схоплювання частинок та їх виривання, оскільки полімерна матриця втрачає адгезійну міцність при підвищених температурах.

Рис. 1. Залежність інтенсивності вагового зношування епоксикомпозитів від вмісту наповнювача

Для епоксикомпозтних зразків характерне утворення повздовжніх подряпин по всій поверхні контакту в напрямку руху ковзання. При оптимальному вмісті (100 мас.ч.) порошку GuO на трибоповерхні зафіксовано незначну кількість подряпин, що вказує на найменшу інтенсивність зношування епоксикомпозитного зразка.

Рис. 2. Мікроструктура поверхні трибоконтакту епоксикомпозитів з вмістом порошку оксиду міді: а - 50 мас.ч., б - 100 мас.ч.

Встановлено, що при веденні оксиду міді в структурі зафіксовано дрібні частинки неоднакового розміру, що мають округлу форму та нерівномірно розподіленні по всьому об'єму трибоповерхні через недостатню кількість в об'ємі епоксиполімерної матриці (рис. 2, а). У випадку введення наповнювача в оптимальній кількості під час трибовзаємодії відбувається коагуляція частинок, що збільшую площу контакту та підвищує зносостійкість.

Для композиту з високим вмістом оксиду міді (125 мас.ч.) крім подряпин характерним є викришування поверхні, яке проявляється у вигляді кратерів довільної форми із рваними краями, що вказує на підвищення інтенсивності зношування та на втрату поверхневим шаром міцності в процесі тертя. оксид мідь епоксикомпозитний трибоконтакт

Висновки

Експериментально встановлено, що збільшення вмісту порошку оксиду міді призводить до зниження інтенсивності вагового зношування, оскільки відбувається формування проміжної перехідної структури у вигляді мідної плівки, яка утворюється за рахунок відновлення міді під час трибохімічних перетворень.

За результатами мікроструктурних досліджень встановлено, що елементи абразивного зношування епоксикомпозитних зразків утворюються у вигляді повздовжніх подряпин по всій поверхні контакту в напрямку руху ковзання. Оптимальні триботехнічні характеристики отримано при додаванні до складу епоксидної композиції порошку оксиду міді в оптимальній кількості 100 мас.ч., оскільки це забезпечує найвищу стійкість до зношування в умовах тертя без мастильного матеріалу.

Перелік джерел посилання

1. Кіндрачук М.В. Трибологія [Текст] : підручник / М.В.Кіндрачук, В.Ф.Лабунець, М.І.Пашечко, Є.В.Корбут. - К.:, НАУ, 2009

2. Солтис Л. М. Трибоповерхпеві властивості карбопластика під час тертя та зношування по шорсткій ізотропній металевій поверхні без мащення та в середовищі дистильованої води / Л. М. Солтис, Г. О. Сіренко // Фізика і хімія твердого тіла. - 2011. - Т. 12, № 2. - С. 508-516.

3. Сиренко Г. А. Антифрикционные карбопластики / Г. А. Сиренко. - Киев : Техника, 1985. - 195 с

4. Буря 0.1. Полімерні композитні матеріали з дисперсними і волокнистими наповнювачами / О. І. Буря, О. Ю. Кузнецова // Композитные материалы. - 2012.-Т. 6, № l.-C. 3-18. '

5. Носонова Л. В. Влияние наполнителей-модификаторов на структуру и свойства композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (обзор) / Л. В. Носонова, А. Ф. Будник // Вісник СумДУ. Технічні науки. - 2011.-№ 1.-С. 134-138.

Размещено на Allbest.ru