Композиционные триботехнические материалы на основе олигомеров сшивающихся смол
е материалы на основе сшивающихся связующих
Для изготовления подшипников скольжения тяжелонагруженных и
высокоскоростных узлов трения наиболее используемыми являются сшивающие
полимерные связующие – фенолформальдегидные, эпоксидные и другие смолы.
Среди них особо интересны фенолформальдегидные смолы, имеющие развитую
сырьевую базу, обладающие высокими удельными физико-механическими
характеристиками. На основе этого связующего создана группа композиционных
материалов и покрытий антифрикционного назначения, нашедших широкое
применение в машиностроении[9].
В качестве функциональных добавок, улучшающих износостойкость и
снижающих коэффициент трения, в фенолформальдегидные смолы вводят графит,
дисульфид молибдена, фторопласт-4, порошки металлов и оксидов, образующие
на поверхностях трения устойчивую пленку переноса. Эффективным методом
повышения фрикционных характеристик для композиций такого типа является
реализация термоактивационного эффекта. Суть эффекта заключается в
образовании в зоне трения многокомпонентной пленки, состоящей из сухой
смазки и металлополимера, который генерируется непосредственно в процессе
трения, благодаря разложению под действием локальных температур введенной в
состав композиции металлосодержащей соли. Расширения нагрузочно-скоростного
диапазона реализации термоактивационного эффекта удается достичь при
использовании специальных методов обработки рабочей поверхности
металлического вала. Так, фосфатирование вала из стали 45 в течение 3-15
мин позволяет снизить нагрузочно-скоростные режимы трения, обуславливающие
образование металлополимерной антифрикционной пленки, при одновременном
снижении коэффициента трения. Образование фосфатного слоя на поверхности
вала способствует закреплению частиц смазочных компонентов, содержащихся в
материале подшипника, увеличивает время нахождения их в зоне трения и тем
самым обеспечивает стабильную работу узла трения.
Все большее распространение в машиностроении получают композиционные
материалы на базе сшивающихся связующих холодного отверждения. Преимущества
таких материалов: высокая технологичность изготовления и переработки,
возможность использования в полевых и ремонтных условиях способствует их
широкому применению. Среди таких композитов в настоящее время наиболее
известны материалы на основе эпоксидных смол и их различных модификаций.
В последние годы внимание привлекают ненасыщенные полиэфирные смолы.
Данные связующие имеют более низкую стоимость по сравнению с эпоксидными,
высокие эксплуатационные показатели. Существенным недостатками полиэфирных
смол являются низкая ударная вязкость, высокие усадка и коэффициент трения.
Традиционные сухие смазки не обеспечивают значительного улучшения
фрикционных характеристик полиэфирных смол. Наибольший эффект снижения
коэффициента трения достигнут при введении компонентов, формирующих в зоне
трения разделительные слои, например, легкоплавких полиолефинов. Под
действием температур в зоне фрикционного контакта на поверхности
полимерного подшипника формируется пленка расплава полиолефина, которая
снижает адгезионное взаимодействие полиэфирного связующего с металлической
поверхностью.
Одним из главных достоинств полиэфирных связующих по сравнению с
материалами аналогичного класса является возможность регулирования времени
нахождения в частично сшитом (резиноподобном) состоянии. Композиционный
материал, находящийся в резиноподобном состоянии, может быть легко
трансформирован в изделия сложной конфигурации без использования сложной
технологической оснастки. Достаточная длительность резиноподобного
состояния – от десятков минут до нескольких часов – позволяет формировать
крупногабаритные изделия с большой массой. Используя этот эффект, можно
формировать многослойные изделия, каждый слой которых обладает
специфическими свойствами. Особый интерес это качество разработанных
композиций приобретает при изготовлении крупногабаритных подшипников
скольжения.
Разработаны технологическая оснастка и технологический регламент,
позволяющие применять композиционные материалы на основе ненасыщенных
полиэфирных смол при ремонте и восстановлении техники в полевых условиях.
Для узлов трения с повышенными требованиями по надежности и
долговечности разработан материал Хтиболон. Композиция включает
термореактивное связующее (эпоксидное, фенолформальдегидное, фурановое или
их смеси) и армирующий наполнитель в виде однонаправленных или хаотически
расположенных углеродных волокон или углеродных тканей. Дополнительно в
состав введены твердые смазки, порошки полимеров, металлов, базальтовые,
стеклянные, металлические волокна или ткани[3,8].
1.3. Выбор типа сшивающегося связующего для изготовления материала.
При разработке состава сшивающегося связующего на основе полиэфирных
смол необходимо исходить из следующих критериев:
1. Связующее должно иметь высокую жизнеспособность при введенной
отверждающей системе;
2. Связующее должно обладать оптимальной вязкостью для обеспечения
хорошего заполнения литьевой формы.
3. Реакционная способность смолы не должна превышать оптимального
значения, с целью минимизации температуры саморазогрева в процессе
отверждения.
Для управления технологическими характеристиками связующего на основе
полиэфирных смол используют различные приемы. В состав связующего вводят
добавки, позволяющие изменять вязкость системы в зависимости от
механического воздействия. В качестве таких добавок применяют оксид
кремния, бентонит, замещенные мочевины, сополимеры винилхлорида,
винилацетата и т.п.
Кроме таких добавок в состав связующего вводят загущающие добавки-
оксиды, гидроксиды и соли двухвалентных металлов. Процесс загущения имеет
три стадии: стадию низкого загущающего эффекта, стадию резкого возрастания
вязкости и стадию стабильной вязкости.
По скорости нарастания вязкости при загущении можно выделить ряд:
MgO>Ca(OH)>CaO>Mg(OH), а по предельной вязкости ряд: MgO>CaO>Ca(OH)>Mg(OH).
Положение загустителей в ряду определяется маркой смолы.
На процесс химического загущения сшивающегося на основе полиэфирных
смол оказывает существенное влияние ряд факторов: количество загущающей
добавки, дисперсность, присутствие активаторов, ингибиторов или регуляторов
структурирования, строения ненасыщенного полиэфира, содержание
карбоксильных групп, равномерность распределения добавки в объеме.
Одним из основных критериев выбора связующего является его
жизнеспособность, т.е. продолжительность пребывания смолы в вязкотекучем
состоянии после введения инициирующей системы. Момент перехода композиций в
текучее (желеобразное) состояние называется желатинизацией или
гелеобразованием. Период с момента введения инициирующей системы до
гелеобразования называется временем гелеобразования.
Время гелеобразования зависит от природы и концентрации компонентов
отверждающей системы, объема (массы) приготовленного связующего, природы и
концентрации ингибиторов, природы и количества наполнителя, воздействия
тепловых и электрических полей, излучений, вибраций и т.п. После
гелеобразования начинается стадия структурирования, в течение которой
композиция имеет частично сшитую структуру, обеспечивающую высокую
деформативность. Такое состояние композиции называют резиноподобным, а
время его достижения – временем резиноподобного состояния.
Управляя параметрами желатинезации и резиноподобного состояния, удается
регулировать технологические и прочностные характеристики композиций.
Скорость сшивки смолы зависит от оптимального состава перекиси, ее
количества и температуры.
Для отверждения смолы используют 0,5-3% инициатора или смеси
инициаторов.
Наибольшее применение в практике получили инициирующие системы
отверждения, содержащие перекисный инициатор и ускоритель, в качестве
которого используют стирольные растворы нафтената кобальта, растворы
диметиланилина в стироле и т.п.
Для двухкомпонентных отверждающих систем существует область температур
переработки, при которых возможно достижение оптимальных характеристик
сшитых связующих. Например, для системы перекись бензола + диметиланилин
она составляет 15-30 с, для системы перекись метилэтилкетона + нафтенат
кобальта – 20-40 с, гидроперекись трет-бутила + нафтенат кобальта – 60-70
с.
Повышение содержания ионов металла (кобальта) в нафтенате приводит к
увеличению его активности.
В состав отверждающей системы и композиции вводят соускорители, которые
обеспечивают высокую скорость отверждения даже при отрицательных
температурах.
Увеличение скорости отверждения можно достичь при введении в состав
связующего солей аммония органических кислот, ацетилацетонов металлов V,
Al, Mo, Mn, Fe, Cr, галогенных солей меди и т.п.
При переработке сшивающихся смол необходимо регулировать скорость
отверждения, снижая ее как на стадии гелеобразования с целью повышения
технологической жизнеспособности, так и на стадии резиноподобного состояния
с целью снижения экзотермического эффекта отверждения. Поэтому в состав
отверждающей системы вводят замедлители отверждения. В качестве ингибиторов
используют воду, спирты и т.п.
В идеальном случае ингибитор обеспечивает длительное хранение растворо
| |  скачать работу |
Композиционные триботехнические материалы на основе олигомеров сшивающихся смол |
