Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами
Встановлено, що найвищі трибологічні властивості має матеріал, наповнений частинками антифрикційного графіту марки АГ-1500 (дисперсність 63…80 mm), перліту (дисперсність 5…10 mm) та гранулами поліаміду ПА-6 у співвідношенні 60:20:30, відповідно. Такий композит за швидкості ковзання v = 1,0 m/s має...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2016
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136952 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами / А.В. Букетов, М.В. Браїло, О.С. Кобельник, О.В. Акімов // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2016. — Т. 52, № 1. — С. 28-35. — Бібліогр.: 17 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136952 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Букетов, А.В. Браїло, М.В. Кобельник, О.С. Акімов, О.В. 2018-06-16T18:04:15Z 2018-06-16T18:04:15Z 2016 Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами / А.В. Букетов, М.В. Браїло, О.С. Кобельник, О.В. Акімов // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2016. — Т. 52, № 1. — С. 28-35. — Бібліогр.: 17 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136952 667.64:678.026 Встановлено, що найвищі трибологічні властивості має матеріал, наповнений частинками антифрикційного графіту марки АГ-1500 (дисперсність 63…80 mm), перліту (дисперсність 5…10 mm) та гранулами поліаміду ПА-6 у співвідношенні 60:20:30, відповідно. Такий композит за швидкості ковзання v = 1,0 m/s має такі властивості: момент тертя М = 1,0…1,2 N×m, коефіцієнт тертя f = 0,20…0,22, температура T = 340…341 K, інтенсивність зношування Im = 0,4…0,5 mg/km, шлях припрацювання l = 2500…3000 m. Установлено, что лучшими трибологическими свойствами отличается материал, наполненный частицами антифрикционного графита марки АГ-1500 (дисперсность 63...80 mm), перлита (дисперсность 5...10 mm) и гранулами полиамида ПА-6 в соотношении 60:20:30 соответственно. Такой композит при скорости скольжения v = 1,0 m/s имеет следующие свойства: рабочий момент трения М = 1,0...1,2 N×m, коэффициент трения f = 0,20...0,22, рабочая температура T = 340...341 K, интенсивность изнашивания Im = 0,4...0,5 mg/km, путь приработки l = 2500...3000 m. It is established that the best tribological properties has the material filled with particles of anti-friction АГ-1500 graphite (dispersion 63...80 mm), pearlite (dispersion 5...10 mm) and granules of polyamide ПA-6 in a ratio of 60:20:30, respectively. This composite for sliding velocity v = 1.0 m/s has the following properties: working moment of friction M = 1.0...1.2 N×m, friction coefficient f = 0.20...0.22, operating temperature T = 340...341 K, wear intensity Im = = 0.4...0.5 mg/km, the running-in path l = 2500...3000 m. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами Трибологические свойства эпоксикомпозитов, наполненных дисперсными частицами и термопластами Tribological properties of epoxi composite materials filled with dispersed particles and thermoplastic materials Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами |
| spellingShingle |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами Букетов, А.В. Браїло, М.В. Кобельник, О.С. Акімов, О.В. |
| title_short |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами |
| title_full |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами |
| title_fullStr |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами |
| title_full_unstemmed |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами |
| title_sort |
трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами |
| author |
Букетов, А.В. Браїло, М.В. Кобельник, О.С. Акімов, О.В. |
| author_facet |
Букетов, А.В. Браїло, М.В. Кобельник, О.С. Акімов, О.В. |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Трибологические свойства эпоксикомпозитов, наполненных дисперсными частицами и термопластами Tribological properties of epoxi composite materials filled with dispersed particles and thermoplastic materials |
| description |
Встановлено, що найвищі трибологічні властивості має матеріал, наповнений частинками антифрикційного графіту марки АГ-1500 (дисперсність 63…80 mm), перліту (дисперсність 5…10 mm) та гранулами поліаміду ПА-6 у співвідношенні 60:20:30,
відповідно. Такий композит за швидкості ковзання v = 1,0 m/s має такі властивості:
момент тертя М = 1,0…1,2 N×m, коефіцієнт тертя f = 0,20…0,22, температура
T = 340…341 K, інтенсивність зношування Im = 0,4…0,5 mg/km, шлях припрацювання l = 2500…3000 m.
Установлено, что лучшими трибологическими свойствами отличается
материал, наполненный частицами антифрикционного графита марки АГ-1500 (дисперсность 63...80 mm), перлита (дисперсность 5...10 mm) и гранулами полиамида ПА-6 в соотношении 60:20:30 соответственно. Такой композит при скорости скольжения v = 1,0 m/s
имеет следующие свойства: рабочий момент трения М = 1,0...1,2 N×m, коэффициент трения f = 0,20...0,22, рабочая температура T = 340...341 K, интенсивность изнашивания
Im = 0,4...0,5 mg/km, путь приработки l = 2500...3000 m.
It is established that the best tribological properties has the material filled with
particles of anti-friction АГ-1500 graphite (dispersion 63...80 mm), pearlite (dispersion 5...10 mm)
and granules of polyamide ПA-6 in a ratio of 60:20:30, respectively. This composite for sliding
velocity v = 1.0 m/s has the following properties: working moment of friction M = 1.0...1.2 N×m,
friction coefficient f = 0.20...0.22, operating temperature T = 340...341 K, wear intensity Im =
= 0.4...0.5 mg/km, the running-in path l = 2500...3000 m.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136952 |
| citation_txt |
Трибологічні властивості епоксикомпозитів, наповнених дисперсними частинками і термопластами / А.В. Букетов, М.В. Браїло, О.С. Кобельник, О.В. Акімов // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2016. — Т. 52, № 1. — С. 28-35. — Бібліогр.: 17 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT buketovav tribologíčnívlastivostíepoksikompozitívnapovnenihdispersnimičastinkamiítermoplastami AT braílomv tribologíčnívlastivostíepoksikompozitívnapovnenihdispersnimičastinkamiítermoplastami AT kobelʹnikos tribologíčnívlastivostíepoksikompozitívnapovnenihdispersnimičastinkamiítermoplastami AT akímovov tribologíčnívlastivostíepoksikompozitívnapovnenihdispersnimičastinkamiítermoplastami AT buketovav tribologičeskiesvoistvaépoksikompozitovnapolnennyhdispersnymičasticamiitermoplastami AT braílomv tribologičeskiesvoistvaépoksikompozitovnapolnennyhdispersnymičasticamiitermoplastami AT kobelʹnikos tribologičeskiesvoistvaépoksikompozitovnapolnennyhdispersnymičasticamiitermoplastami AT akímovov tribologičeskiesvoistvaépoksikompozitovnapolnennyhdispersnymičasticamiitermoplastami AT buketovav tribologicalpropertiesofepoxicompositematerialsfilledwithdispersedparticlesandthermoplasticmaterials AT braílomv tribologicalpropertiesofepoxicompositematerialsfilledwithdispersedparticlesandthermoplasticmaterials AT kobelʹnikos tribologicalpropertiesofepoxicompositematerialsfilledwithdispersedparticlesandthermoplasticmaterials AT akímovov tribologicalpropertiesofepoxicompositematerialsfilledwithdispersedparticlesandthermoplasticmaterials |
| first_indexed |
2025-11-26T15:25:15Z |
| last_indexed |
2025-11-26T15:25:15Z |
| _version_ |
1850626369251180544 |
| fulltext |
28
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2016. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 667.64:678.026
ТРИБОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЕПОКСИКОМПОЗИТІВ,
НАПОВНЕНИХ ДИСПЕРСНИМИ ЧАСТИНКАМИ
І ТЕРМОПЛАСТАМИ
А. В. БУКЕТОВ 1, М. В. БРАЇЛО 1, О. С. КОБЕЛЬНИК 2, О. В. АКІМОВ 1
1
Херсонська державна морська академія;
2 Коледж Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя
Встановлено, що найвищі трибологічні властивості має матеріал, наповнений час-
тинками антифрикційного графіту марки АГ-1500 (дисперсність 63…80 µm), перлі-
ту (дисперсність 5…10 µm) та гранулами поліаміду ПА-6 у співвідношенні 60:20:30,
відповідно. Такий композит за швидкості ковзання v = 1,0 m/s має такі властивості:
момент тертя М = 1,0…1,2 N⋅m, коефіцієнт тертя f = 0,20…0,22, температура
T = 340…341 K, інтенсивність зношування Im = 0,4…0,5 mg/km, шлях припрацюван-
ня l = 2500…3000 m.
Ключові слова: тертя, трибологічні властивості, епоксидний композит.
Експлуатація технічних засобів постійно призводить до зношування деталей
і вузлів та пошкодження робочих поверхонь. Завданням сучасної промисловості
є застосування деталей з конструкційних матеріалів [1], які матимуть підвищений
термін експлуатації та здатність протидіяти знакозмінним навантаженням. Серед
широкого спектру таких конструкційних матеріалів важливе значення мають
композити на основі епоксидних полімерів.
Основними критеріями довговічності обладнання є зносотривкість матеріа-
лів та їх здатність працювати в критичних умовах. Тому перспективно створюва-
ти матеріали з поліпшеними не лише фізико-механічними, але й трибологічними
властивостями [2, 3].
Розробляли матеріали з посиленими трибологічними властивостями і опти-
мізували технологічні режими їх формування такі вчені, як Похмурський В. І. [4,
5], Богданович П. Н [6], Стухляк П. Д. [7], Кіндрачук М. В. [8], Ляшенко Б. А. [9].
Великий внесок у розвиток трибології зробили Крагельський І. В. [3], Костець-
кий Б. І. [10], Гаркунов Д. Н. [11], Бєлий В. А. [12]. Важливою є праця Бузкова В. А.
[13] у напрямку поліпшення трибологічних властивостей композитних матеріалів
(КМ) суднових дейдвудних комплексів. Водночас створення матеріалів з низь-
кою собівартістю і високими показниками трибологічних та фізико-механічних
характеристик завжди є пріоритетним і актуальним [3–13].
Мета роботи – дослідити трибологічні властивості матеріалів, наповнених
термопластичними гранулами поліаміду ПА-6, і розробити композити з підвище-
ною зносотривкістю для деталей і механізмів, які експлуатуються у вузлах тертя,
у тому числі й у дейдвудному комплексі суден.
Матеріали та методика дослідження. Для дослідження трибологічних вла-
стивостей використали попередньо розроблену матрицю [14] на основі епоксидної
смоли CHS-Epoxy 525 (q = 100 m. p.) і твердників ПЕПА + Telalit 410 (q1 + q2 =
= 5 + 5 m. p.), яка сформована за температури зшивання Т = 433 K (CHS-Epoxy 525
Контактна особа: М. В. БРАЇЛО, e-mail: mv-brailo@yandex.ru
29
– низькомолекулярний епоксидний олігомер, який не має модифікаторів і є ана-
логом епоксидного діанового олігомеру ED-20; ПЕПА – вітчизняний твердник
(ТУ 6-05-241-202-78) для зшивання епоксидних композицій; Telalit 410 – модифі-
кований аміноаддуктовий твердник на основі аліфатичного поліаміну).
Використовували розроблені КМ на основі двокомпонентних бідисперсних
наповнювачів такого складу.
1. Матеріал, наповнений частинками антифрикційного графіту марки АГ-1500
(ТУ 48-20-4-87) (дисперсність 63…80 µm) та перліту (дисперсність 5…10 µm) у
співвідношенні 60:20 відповідно (матеріал АГП) [15]. Графіт АГ-1500 виготовле-
ний з непрокаленого нафтового коксу, кам’яновугільного пеку з добавкою при-
родного графіту. Використовують його для деталей і вузлів, які працюють в умо-
вах сухого, напівсухого і рідинного тертя. Перліт – матеріал, отриманий в резуль-
таті термічної обробки водовмісної алюмосилікатної перлітової породи вулканіч-
ного походження. Хімічний склад перліту, згідно з ГОСТ 25226-96, такий: оксид
кремнію (SiO2) – 65…77%, оксид алюмінію (Аl2O3) – 11…16%, оксид заліза
(FeO + Fe2O3) – 0,5…6,0%, оксид кальцію (CaO) – 0,1…3,5%, оксид калію і нат-
рію (K2O + Na2O) – 3…10%.
2. Матеріал, наповнений частинками сірого шламу (СШ) (дисперсність
63…80 µm) та перліту (дисперсність 5…10 µm) у співвідношенні 50:50 (матеріал
СШП) [16]. Сірий шлам – тверда або пастоподібна суміш відходів (шлам) про-
цесу Байєра – технології видалення та очищення оксиду алюмінію (сировини для
видобутку алюмінію) з бокситів. Складається зі суміші оксидів (m. p.): заліза –
32…35, алюмінію – 6…9, кремнію – 13…14, кальцію – 14…16, титану – 5…6,
ванадію – 1,0…2,0, олова – 1,0…1,3 та інших оксидів – до 100 m. p.
До вищеперерахованих матеріалів додавали гранули термопластичного на-
повнювача поліаміду ПА-6 (∅ 3,2±0,1 mm, довжина 3,5±0,1 mm, вміст q = 30 та
60 m. p). Поліамід ПА-6 (ОСТ 6-06-С9-93) є полімером на основі синтетичних ви-
сокомолекулярних сполук, що містять в основному ланцюгу амідні групи –CONH–.
Формували КМ з дисперсними частинками та гранулами поліаміду (за умо-
ви їх розташування боковою поверхнею до області контакту) такого складу:
АГПП-БП (АГ-1500 + перліт + поліамід); СШПП-БП (сірий шлам + перліт +
+ поліамід).
Досліджували трибологічні властивості матеріалів на випробовувальній
машині серійного виробництва 2070 СМТ-1 за схемою “диск–колодка” і методи-
кою відповідно до ГОСТ 23.224-86. Розраховували параметри тертя згідно з пра-
цею [17].
Диск (контртіло) виготовляли зі сталі 45, термообробленої до твердості
45…48 НRС і з шорсткістю поверхні Ra = 0,16…0,32 µm.
Досліджували в умовах сухого тертя за питомого навантаження p = 1 MPa і
швидкості ковзання v = 0,5 та 1,0 m/s. Випробувальний шлях тертя зразків стано-
вив 10 000 m (при v = 0,5 m/s) та 20 000 m (при v = 1,0 m/s).
Температуру досліджуваних зразків визначали за допомогою термопари
“хромель–копель”, сигнал від якої реєстрували вимірювальною апаратурою. Роз-
ташовували термопару на відстані 0,8 mm від області контакту зразка з контр-
тілом. Температуру реєстрували з кроком випробувального шляху тертя 100 m.
Режими випроб вибрали відповідно до умов використання КМ. Масу зразків
визначали ваговим методом на аналітичних вагах з точністю ±0,0001 g.
Структуру КМ після тертя досліджували на металографічному мікроскопі
XJL-17AT, який обладнаний камерою Levenhuk C310 NG (3,2 Mega Pixels). Діа-
пазон збільшення зображення змінювали у межах від ×100 до ×1600 разів. Безпо-
середньо у роботі зразки досліджували за збільшення у ×100 та ×200 разів. Для
30
обробки цифрових зображень використовували програмне забезпечення “Leven-
huk ToupView”.
Затверджували матеріали за експериментально встановленим режимом [14]:
формування зразків та їх витримка впродовж 12,0±0,1 h за температури 293±2 K,
нагрівання зі швидкістю 3 K/min до температури 433±2 K, витримування зразків
за цієї температури впродовж 2,0±0,05 h, повільне охолодження до 293±2 K. Для
стабілізації структурних процесів у матриці зразки витримували впродовж 24 h
на повітрі за температури 293±2 K.
Результати досліджень та їх обговорення. Досліджували у два етапи. На
першому вивчали трибологічні властивості розробленого двокомпонентного
бідисперсного матеріалу, наповненого гранулами поліаміду ПА-6 (АГПП-БП) за
вмісту q = 30 m. p. (рис. 1а, c) та 60 m. p. (рис. 1b, d). Досліджувані швидкості
ковзання v = 0,5 та 1,0 m/s, питоме навантаження p = 1 MPa [14, 15]. Результати
трибологічних досліджень наведено на рис. 1 та у табл. 1.
Рис. 1. Залежність коефіцієнта тертя від шляху випробовування матеріалів за вмісту
гранул ПА-6 q = 30 m. p. (а, c) та 60 m. p. (b, d) при швидкості ковзання v = 0,5 m/s (a, b)
і 1,0 m/s (c, d): 1 – коефіцієнт тертя; 2 – температура в області тертя.
Fig. 1. Dependence of the friction coefficient on the mode of materials testing for the content
of ПА-6 granules q = 30 m. p. (а, c) аnd 60 m. p. (b, d) with sliding speed v = 0.5 m/s (a, b)
and 1.0 m/s (c, d): 1 – friction coefficient; 2 – temperature in the friction area.
Таблиця 1. Трибологічні властивості КМ АГПП-БП
q = 30 m. p. q = 60 m. p.
Параметри
v = 0,5 m/s v = 1,0 m/s v = 0,5 m/s v = 1,0 m/s
М, N⋅m 2,0…2,1 1,0…1,2 3,1…3,3 1,3…1,5
f 0,40…0,42 0,20…0,22 0,61…0,63 0,26…0,28
T, K 335…337 340…341 339…341 337…339
l, m 1600…2000 2500…3000 5800…6100 11900…12800
Im, mg/km 0,8…1,0 0,4…0,5 2,6…2,8 0,9…1,1
31
Експериментально встановили, що зі збільшенням швидкості ковзання від
v = 0,5 m/s (рис. 1а, b) до 1,0 m/s (рис. 1c, d) зменшується момент (М) та коефіці-
єнт тертя (f) й підвищується зносотривкість (табл. 1). Водночас з поліпшенням
трибологічних властивостей і дії сил тертя спостерігали тенденцію до підвищен-
ня температури від 335…337 K до 340…341 K та збільшення шляху припрацю-
вання матеріалу від 1600…1800 m до 2500…3000 m.
Відповідно до отриманих результатів можна зробити такі припущення.
1. На початковому етапі дослідження підвищена швидкість ковзання
(v = 1,0 m/s) призводить до поліпшеного припрацювання матеріалу. Мікрозріз
нерівностей відбувається інтенсивніше, тому на етапі тертя момент, коефіцієнт
тертя та інтенсивність зносу (Im) мають нижчі показники.
2. Внаслідок дії сил тертя частина затраченої корисної енергії відводиться
на нагрівання матеріалу. За швидкості ковзання v = 1,0 m/s температура в області
контакту підвищена, що сприяє нагріванню гранул ПА-6 (які є термопластами) та
переходу їхнього верхнього шару (розташований у області тертя) в еластичний
стан. Своєю чергою, розплавлений верхній шар термопластичного матеріалу вна-
слідок переносу під час тертя заповнює мікропори та мікронерівності контртіла.
На поверхні тертя утворюється третє тіло у вигляді плівки з ПА-6 та частинок
наповнювачів АГ-1500 і перліту. При цьому тертя відбувається не за схемою
“метал–полімер”, а за схемою “полімер–полімер”, що і поліпшує трибологічні
властивості матеріалу. Водночас слід зауважити, що наявність у складі частинок
антифрикційного наповнювача АГ-1500 призводить до змащування поверхні
тертя.
Аналогічну тенденцію та механізм зношування спостерігали і під час дослі-
дження трибологічних властивостей КМ АГППП-БП із додаванням 60 m. p. гра-
нул ПА-6. Зі збільшенням швидкості ковзання від 0,5 до 1,0 m/s коефіцієнт тертя,
момент та інтенсивність зношування зменшуються (рис. 1b, d, табл. 1), темпера-
тура при цьому змінюється несуттєво. Однак ці показники є вищими порівняно із
показниками КМ, наповненого гранулами ПА-6 за вмісту q = 30 m. p. Водночас
слід зауважити, що значно збільшується шлях припрацювання матеріалу, позаяк
при v = 0,5 m/s l = 5800…6100 m, а при v = 1,0 m/s він становить 11900…12800 m
(табл. 1). Можна припустити, що зі збільшенням вмісту гранул ПА-6 у матеріалі
зростає площа контакту термопласту з металом, що призводить до утворення
плівки в області контакту, яка є надлишковою. Велика площа розм’якшеного
(розплавленого) матеріалу через підвищену температуру сприяє міжмолекуляр-
ній взаємодії контактної пари. Це зумовлює прилипання молекул, що збільшує
адгезію між поверхнями. При цьому збільшення товщини розплавленої плівки на
контртілі сприяє додатковому скупченню відпрацьованих частинок наповнюва-
чів і погіршенню трибологічних властивостей КМ. Збільшений шлях припрацю-
вання матеріалу підтверджує вищеперераховані припущення.
Додатково для підтвердження отриманих результатів досліджували поверх-
ню тертя матеріалів за допомогою методу оптичної мікроскопії за збільшення у
×100 та ×200 разів. Проаналізувавши поверхні контртіла і досліджуваного мате-
ріалу, можна зробити такі висновки.
Поверхня КМ АГПП-БП за вмісту гранул поліаміду q = 30 m. p. і швидкості
ковзання v = 0,5 m/s (рис. 2а, b) має помітні тонкі лінії тертя. Це підтверджує
припущення, що на стадії припрацювання матеріалу за такої швидкості ковзання
зріз мікронерівностей недостатній. Виступи призводять до дряпання матеріалу і
утворення ліній тертя, а отже, до підвищення моменту і коефіцієнта тертя та
збільшення інтенсивності зношування (табл. 1).
Аналізуючи зображення поверхні КМ після тертя за швидкості ковзання
v = 1,0 m/s (рис. 2c, d), встановили, що на ній відсутні яскраво виражені лінії тер-
32
тя. Опосередковано це свідчить про поліпшене припрацювання матеріалу і вигла-
джування поверхні тертя. Однак помітні включення деяких частинок в області
тертя. Припускали, що вони є частинками наповнювача АГ-1500 і знаходяться в
області контакту внаслідок переносу під час тертя. Отримані зображення підтвер-
джують наявність додаткового змащування у області контакту антифрикційним
матеріалом і підвищення трибологічних властивостей КМ.
Рис. 2. Вигляд поверхні в об-
ласті контакту після фрикцій-
ного випробовування матеріа-
лів АГПП-БП з вмістом гранул
поліаміду q = 30 m. p. при
v = 0,5 m/s (a, b) і 1,0 m/s (c, d)
та з q = 60 m. p. при v = 0,5 m/s
(e, f) і 1,0 m/s (g, h). a, c, e, g –
×100; b, d, f, h – ×200.
Fig. 2. A view of the surface in the contact area after friction testing of the materials АГПП-БП
with a content of polyamide granules q = 30 m. p. at v = 0.5 m/s (a, b)
and 1.0 m/s (c, d) and with q = 60 m. p. at v = 0.5 m/s (e, f) and 1.0 m/s (g, h).
a, c, e, g – ×100; b, d, f, h – ×200.
На поверхні тертя КМ АГПП-БП за вмісту гранул ПА-6 q = 60 m. p. виявлені
яскраво виражені доріжки тертя, причому лінії мають нерівномірний і хаотичний
вигляд (рис. 2е, f). Ці лінії безпосередньо утворюються мікронерівностями мате-
ріалу та в результаті перенесення під час руху відпрацьованих частинок напов-
нювача в область тертя. Наведені припущення підтверджені отриманими експе-
риментальними результатами – збільшення шляху припрацювання і низькі три-
бологічні властивості матеріалу. Водночас на поверхні після випробування за
швидкості ковзання v = 1,0 m/s (рис. 2g, h) виявлено доріжки тертя, які розташо-
вані рівномірно до напрямку руху контртіла. Однак встановлено, що виникають
зосереджене “випрацювання” та пошкодження у матеріалі, які зумовлені адгезій-
ною взаємодією за підвищеної еластичності та розплавлення матеріалу.
Отже, аналізом поверхні матеріалів методом оптичної мікроскопії підтвер-
джено отримані експериментальні результати трибологічних властивостей та
припущення про взаємодію матеріалів під час тертя. Встановлено, що макси-
мально поліпшенні трибологічні властивості має КМ АГПП-БП за вмісту гранул
ПА-6 q = 30 m. p. та за умови швидкості ковзання v = 1,0 m/s.
На другому етапі досліджували трибологічні властивості матеріалів СШПП-БП
за вмісту гранул ПА-6 q = 30 m. p. (рис. 3а, с) та 60 m. p. (рис. 3b, d).
33
Рис. 3. Залежність коефіцієнта тертя від шляху випробовування матеріалів СШПП-БП
з вмістом гранул поліаміду q = 30 m. p. (а, с) та 60 m. p. (b, d) при швидкості ковзання
v = 0,5 m/s (a, b) і 1,0 m/s (c, d). 1 – коефіцієнт тертя; 2 – температура в області тертя.
Fig. 3. Dependence of friction coefficient on the mode of СШПП-БП materials testing
with a content of polyamide granules q = 30 m. p. (а, с) аnd q = 60 m. p. (b, d)
with sliding speed v = 0.5 m/s (a, b) and v = 1 m/s (c, d).
1 – friction coefficient; 2 – temperature in the friction area.
Експериментально встановили, що матеріали СШПП-БП з вмістом гранул
поліаміду q = 30 m. p. та 60 m. p. мають трибологічні властивості, які за показни-
ками (за однакових умов випробовування) відрізняються несуттєво (рис. 3а, b;
табл. 2). З підвищенням швидкості ковзання до v = 1,0 m/s спостерігали тенден-
цію до поліпшення трибологічних властивостей. Водночас слід зауважити, що зі
збільшенням вмісту гранул ПА-6 температура зменшується від 347…349 K до
341…343 K, проте підвищується шлях припрацювання від 2100…2800 m до
3900…4100 m та інтенсивність зношування від Im = 2,1…2,3 mg/km до
2,9…3,1 mg/km (рис. 3b, c; табл. 2). Несуттєву розбіжність результатів поясню-
ють подібним механізмом зношування таких матеріалів, де вагомий вплив має
склад КМ.
Таблиця 2. Трибологічні властивості КМ СШПП-БП
q = 30 m. p. q = 60 m. p.
Параметри
v = 0,5 m/s v = 1,0 m/s v = 0,5 m/s v = 1,0 m/s
М, N⋅m 3,2…3,4 1,5…1,6 3,3…3,4 1,6…1,7
f 0,63…0,65 0,29…0,31 0,64…0,65 0,31…0,33
T, K 342…344 347…349 341…343 341…343
l, m 2000…2200 2100…2800 1850…2000 3900…4100
Im, mg/km 3,2…3,3 2,1…2,3 3,2…3,3 2,9…3,1
Матеріал СШПП-БП має підвищені фізико-механічні властивості матеріалу
завдяки міцності та твердості частинок самого наповнювача. Посилена міцність і
твердість КМ сприяє підвищенню опору зрізуванню мікронерівностей та темпе-
34
ратури в області тертя. Збільшення температури призводить до плавлення верх-
нього шару гранул ПА-6 та утворення третього тіла. Однак мікронерівності, в
складі яких є наповнювач, викришуються постійно. Наповнювач зосереджується
у розплавленій плівці, що, своєю чергою, призводить до абразивного зношування
матеріалів. При цьому утворюються задири та пошкоджується поверхня КМ, що
негативно впливає на трибологічні властивості. Тому навіть збільшення площі
контакту гранул ПА-6 (через збільшення їх вмісту) має невелике значення для
поліпшення властивостей композитів.
Для підтвердження наведених вище припущень матеріали дослідили мето-
дом оптичної мікроскопії. На поверхні тертя за різної швидкості ковзання вияв-
лені яскраво виражені доріжки з суттєвими заглибленнями, які свідчать про ви-
кришування наповнювача, зосередження його в місці тертя і дряпання матеріалу.
Напрям цих доріжок є паралельним до дії абразиву.
Водночас слід зазначити, що цікавим з наукової та практичної точки зору є
використання таких матеріалів в умовах рідинного тертя, а саме у морській воді,
що передбачає застосування матеріалу у дейдвудних підшипниках. Вода не лише
відводить тепло, але змащує і очищує поверхню від абразиву. Очищена поверхня
зменшить взаємодію поліаміду з контртілом під час тертя, інтенсивність його
розплавлення, що зумовить поліпшення трибологічних властивостей матеріалу.
ВИСНОВКИ
Доведено, що найвищі трибологічні властивості має матеріал, наповнений
частинками антифрикційного графіту марки АГ-1500 (дисперсність 63…80 µm),
перліту (дисперсність 5…10 µm) та гранулами поліаміду ПА-6 у співвідношенні
60:20:30, відповідно, а саме: момент тертя М = 1,0…1,2 N⋅m, коефіцієнт тертя
f = 0,20…0,22, температура T = 340…341 K, інтенсивність зношування Im = 0,4…
0,5 mg/km, шлях припрацювання l = 2500…3000 m за швидкості ковзання
v = 1,0 m/s.
Експериментально встановлено, що матеріал СШПП-БП через підвищені фі-
зико-механічні властивості має нижчі трибологічні показники порівняно із мате-
ріалом АГПП-БП. За швидкості ковзання v = 0,5 m/s момент тертя таких матеріа-
лів М = 3,2…3,4 N⋅m, коефіцієнт тертя 0,63…0,65, температура 341…344 K, шлях
припрацювання 1850…2000 m, інтенсивність зношування 3,2…3,3 mg/km, а за
швидкості v = 1 m/s М = 1,5…1,7 N⋅m, f = 0,29…0,33.
РЕЗЮМЕ. Установлено, что лучшими трибологическими свойствами отличается
материал, наполненный частицами антифрикционного графита марки АГ-1500 (дисперс-
ность 63...80 µm), перлита (дисперсность 5...10 µm) и гранулами полиамида ПА-6 в соот-
ношении 60:20:30 соответственно. Такой композит при скорости скольжения v = 1,0 m/s
имеет следующие свойства: рабочий момент трения М = 1,0...1,2 N⋅m, коэффициент тре-
ния f = 0,20...0,22, рабочая температура T = 340...341 K, интенсивность изнашивания
Im = 0,4...0,5 mg/km, путь приработки l = 2500...3000 m.
SUMMARY. It is established that the best tribological properties has the material filled with
particles of anti-friction АГ-1500 graphite (dispersion 63...80 µm), pearlite (dispersion 5...10 µm)
and granules of polyamide ПA-6 in a ratio of 60:20:30, respectively. This composite for sliding
velocity v = 1.0 m/s has the following properties: working moment of friction M = 1.0...1.2 N⋅m,
friction coefficient f = 0.20...0.22, operating temperature T = 340...341 K, wear intensity Im =
= 0.4...0.5 mg/km, the running-in path l = 2500...3000 m.
1. Influence of deformation process in material at multiple cracking and fragmentation of nano-
coating / P. O. Maruschak, S. V. Panin, S. R. Ignatovich, I. M. Zakiev, I. V. Konovalenko,
I. V. Lytvynenko, V. P. Sergeev // Theoretical and applied fracture mechanics. – 2012.
– № 57. – P. 43–48.
35
2. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. по-
собие / М. Л. Кербер, В. М. Виноградов, Г. С. Головкин и др.; под ред. А. А. Берлина.
– СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.
3. Трение, изнашивание и смазка. Справ. В 2-х кн. Кн. 2. / Под. ред. И. В. Крагельского и
В. В. Алисина. – М.: Машиностроение, 2002. – 358 с.
4. Трибологічна поведінка електродугових покриттів із порошкових дротів системи
Fe–Cr–B–Al за робочих умов штоків запірних вентилів ТЕС / В. І. Похмурський,
М. М. Студент, Т. Р. Ступницький та ін. // Вісник ТНТУ. – 2012. – 67, № 3. – С. 81–91.
5. Антифрикційні електродугові покриття Cu–Al та Zn–Al / В. І. Похмурський, М. М. Сту-
дент, В. М. Довгуник, І. Й. Сидорак // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2002. – 38, № 3.
– С. 114–115.
(Cu–Al and Zn–Al antifriction electric-arc coatings / V. I. Pokhmurs’kyi, M. M. Student,
V. M. Dovhunyk, I. I. Sydorak // Materials Science. – 2002. – 38, № 3. – P. 455–457.)
6. Богданович П. Н., Прушак В. Я. Трение и износ в машинах: учеб.для вузов. – Минск:
Высш. шк., 1999. – 374 с.
7. Стухляк П. Д. Эпоксидные композиты для защитных покрытий. – Тернополь: Збруч,
1994. – 177 с.
8. Трибологія: підруч. / М. В. Кіндрачук, В. Ф. Лабунець, М. І. Пашечко, Є. В. Корбут.
– К.: Вид-во Нац. авіац. ун-ту “НАУ-друк”, 2009. – 392 с.
9. Захист поверхонь тертя дискретними поверхнями / В. Є. Марчук, Б. А. Ляшенко,
М. В. Кіндрачук, О. І. Духота // Проблеми тертя та зношування. – 2013. – № 2. – С. 80–87.
10. Костецкий Б. И. Трение, смазка и износ в машинах. – К.: Техника, 1970. – 396 с.
11. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безызносность): учебник. – М.: Изд-во МСХА,
2001. – 616 с.
12. Белый В. А., Петроковец М. И. Трение и износ материалов на основе полимеров.
– Минск: Наука и техника, 1976. – 432 с.
13. Бузков В. А. Підвищення службових властивостей матеріалів для розвитку суднових
дейдвудних обладнань та захисту моря: автореф. на здобуття наук. ступеня д-ра техн.
наук: спец. 05.02.01 – матеріалознавство. – Ін-т проблем матеріалознавства ім.
І. М. Францевича НАНУ. – К., 1999. – 36 с.
14. Букетов А. В., Браїло М. В. Оптимізація вмісту і природи інґредієнтів епоксидної мат-
риці за її властивостями // Вісник ТНТУ. – 2014. – № 2. – С. 90–99.
15. Визначення оптимального вмісту двокомпонентного наповнювача методом матема-
тичного планування експерименту / А. В. Букетов, М. В. Браїло, В. Л. Алексенко,
В. М. Овдій // Наукові нотатки. – 2014. – Вип. 44. – С. 18–27.
16. Применение метода математического планирования эксперимента для определения
состава эпоксикомпозитов / А. В. Букетов, Н. В. Браило, В. Л. Алексенко, А. А. Сапро-
нов // Вестник Карагандинского гос. ун-та. Сер. “Математика”. – 2014. – № 3 (75). – С. 23–35.
17. Обеспечение износостойкости изделий. Метод ускоренной оценки материалов трущихся
спряжений: Р 50-54-62-88. – М.: Госстандарт СССР, 1988. – 46 с. – (ВНИИНМАШ).
Одержано 04.11.2014
|