Анализ антифрикционных свойств покрытий на основе поликарбоната

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.822.1 : 631.3.004

Анализ антифрикционных свойств покрытий на основе поликарбоната

А.М. Марукян - канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия

Подшипники скольжения относятся к категории наиболее многочисленных элементов конструкций машин, применяемых в природообустройстве. Основными причинами отказа подшипников скольжения являются загрязненность смазочной среды абразивными включениями и высокие нагрузки, ускоряющие процесс изнашивания. Применение восстановленных деталей, взамен новых, позволит сделать технику доступной для экономически слабых предприятий, продлить срок службы техники, а значит, не допустить критического снижения уровня механизации.

Впервые изучены надмолекулярные структуры поликарбонатных покрытий с большим разбросом молекулярных фракций. Выявленные сферолитные структуры объясняют поведение покрытий в условиях трения и возможность использования покрытий на основе поликарбоната для восстановления подшипников скольжения.

Процесс износа тел при трении весьма сложен и зависит от большого числа факторов. В связи с этим, небольшое изменение условий износа вносит, часто, весьма значительные изменения в величину и характер износа. Износ материалов связан с основными свойствами самих материалов и их состоянием. Следует износ рассматривать как самостоятельную динамическую характеристику и изучать его непосредственно опытом. Исходя из сказанного выше, знание основных свойств материала не является достаточным основанием, позволяющим с высокой степенью точности, предсказать поведение материала при трении, характеризовать его антифрикционные свойства.

Необходимо проведение специальных экспериментальных исследований антифрикционных свойств и износостойкости материала, позволяющих характеризовать его с точки зрения возможности использования в узлах трения.

Настоящая работа посвящена сравнительным исследованиям антифрикционных свойств покрытий на основе наполненного и ненаполненного поликарбоната, при лабораторных испытаниях. Молекулярный вес покрытий составляет 23 000.

При исследовании изучалось влияние на антифрикционные свойства поликарбонатных покрытий следующих факторов: удельной нагрузки, температуры смазки и наполнителя.

Формирование покрытий производилось из расплава при температуре 290оС для поликарбоната ненаполненного и 320оС для поликарбоната с 5% фторопласта. Указанные режимы были выбраны как обеспечивающие формирование покрытий с достаточно высокими деформационно-прочностными свойствами и, обладающие высокой прочностью сцепления с металлической подложкой, а также низкой адсорбционной способностью. Охлаждение сформированных покрытий производилось на воздухе.

Испытания проводились в интервале нагрузок от 6,0…12,0 МПа на машине трения СМЦ-2 по схеме вал-втулка, при этом коэффициент трения определяли по формуле (1), среднее значение скорости (Vi, мкм/ч) и интенсивности (Jh, мкм/км) изнашивания втулки определяли по формулам (2) и (3). Перед проведением испытаний, пара трения прирабатывалась в течение 30 мин. Стабилизация момента в большинстве случаев заканчивалась через 15…20 мин работы пары трения. Время испытаний составило 300 ч.

Коэффициент трения равен

ѓ=, (1)

где Мmp - фактически полученный момент трения, Н.м; N - нормальная нагрузка, Н; d - диаметр вала, м.

Среднее значение скорости (Vi, мкм/ч) и интенсивности (Jh, мкм/км) изнашивания втулки равны, соответственно:

подшипник скольжение поликарбонат покрытие

 Vi =; (2)

Jh = , (3)

где n - число опытов; i - величина износа втулки за опыт, мкм; Т - время испытаний, ч; Sm - путь трения за опыт, км.

На рисунке 1 приведены результаты исследования о влиянии удельного давления на износ покрытий на основе поликарбоната в среде моторного масла.

Видим, что в исследованном диапазоне удельных давлений, 6,0…12,0 МПа, наблюдается увеличение величины износа обоих композиций. Что касается величины износа, то в интервале удельных давлений 6,0…10 МПа наблюдается постепенное увеличение износа 0,5…1 мг и 0,5…0,828 мг для ненаполненного и наполненного поликарбоната, соответственно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Влияние удельного давления на износ покрытий на основе поликарбоната в среде моторного масла М-8-Г2

Ряд авторов [1…5] объясняют увеличение износа термическими, механическими и химическими процессами разложения низкомолекулярных фракций полимера, связанными с ростом температуры масла. Нами отмечено, что температура масла в результате испытаний увеличилась 40… 60оС.

Дальнейшее повышение величины удельного давления (выше 10 МПа) сопровождается заметным возрастанием износа покрытий. При удельном давлении 12,0 МПа износ достигает величины 2,0 и 1,934 мг для ненаполненного и наполненного фторопластом поликарбоната, соответственно, при этом произошло увеличение температуры смазки до 80оС.

Также, увеличение износа поликарбонатных покрытий связано с изменением надмолекулярной структуры полимера [6]. С целью подтверждения структурных изменений в полимере, автором впервые получены надмолекулярные структуры поликарбонатных покрытий с низкой молекулярной массой. При этом выявлено формирование более крупных сферолитных структур (кольцевого типа) по сравнению с аналогичными структурами, образованными в процессе формирования покрытий.

При схожих условиях были проведены износные исследования двух поликарбонатных покрытий с присутствием в смазке 2% абразива. Удельная нагрузка составляла 12,0 МПа, скорость скольжения 0,9 м/с. Полученные результаты представлены на рис. 2 и свидетельствуют о том, что у композиции ненаполненного поликарбоната интенсивность и скорость изнашивания составляют 4,3 и 12,8 мкм/ч, соответственно. Что касается поликарбоната, наполненного фторопластом, то интенсивность изнашивания составляет 3,1 мкм/км, а скорость изнашивания 9,2 мкм/ч, что на 25…30 % меньше, чем у ненаполненного поликарбоната.

Полученные результаты можно объяснить следующими заключениями. Элементарными актами разрушения полимера при абразивном изнашивании являются необратимые смещения и разрыв макромолекул под действием тепловых и механических воздействий. Абразивные частицы, попадая между твердой поверхностью металла и мягкой поверхностью полимера, внедряются в полимер, оставляя в процессе работы риски на сопрягаемой металлической поверхности. Кратковременное повышение температуры в местах контакта абразивных частиц с металлом приводит к увеличению сегментарной подвижности макромолекул и разрыву связей низкомолекулярных фракций.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Интенсивность и скорость изнашивания поликарбонатных покрытий в среде моторного масла М-8-Г2 в присутствии 2% абразива

По мере накопления разрывных связей растут напряжения и на соседних, ранее менее напряженных связей и создают условия для их разрыва с образованием активных радикалов. По-видимому, наполнитель фторопласт замыкает на себе активные радикалы и не дает возможность дальнейшего образования микродефектов в структуре полимера.

Поликарбонатные покрытия обладают достаточно высокими антифрикционными свойствами. При работе в паре с закаленным контртелом, покрытия имеют хорошую прирабатываемость, низкие значения коэффициента трения до - 0,0042 и высокую износостойкость. Покрытия могут хорошо работать при температуре до 80оС и нагрузках до 12 МПа.

Библиографический список

1. Агулов И.И., Назаренко П.В. Деформация полимеров при фрикционном нагружении. //Механика полимеров 1967. № 3. С. 421-425.

2. Айнбиндер С.Б., Тюнина Э.Л. Введение в теорию трения полимеров. - Рига: Зинатне, 1978. С. 224.

3. Белый В.А. Петроковец М.И. Трение и износ материалов на основе полимеров. - Минск: Наука и техника, 1976. С. 432.

4. Липатов Ю.С. Роль межфазных явлений в возникновении микрогетерогеннности в многокомпонентных полимерных системах. //Высокомолекулярные соединения. 1975. Т. 17А. № 10. С. 2358-2365.

5. Погосян А.К. Трение и износ наполненных полимерных материалов. - М.: Наука, 1977. С. 138.

6. Агулов И.И., Гороховский Г.А. Кинетика некоторых структурных изменений в поверхностных слоях полимеров при трении. //Механика полимеров. 1972. № 6. С. 928-933.

Размещено на Allbest.ru