Рис. 8 Зависимость коэффициента трения композиции на эпоксидно-полисульфидном связующем от количества в них меди (P=10 МПа) при оптимальном объемном содержании, %: MoS - 21,6 (1); MoSe - 21,7 (2); графита – 17 (3); ПТФЭ – 25 (4) и нефтяного кокса- 10 (5) [5].

2.2.4. Износостойкость армированных эпокспластов.

Повышение нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации узлов трения машин и механизмов требует разработки антифрикционных материалов, обладающих низким износом и высокими теплопроводностью и теплостойкостью. В значительной мере таким требованиям удовлетворяют полимерные композиты, наполненные дисперсными и волокнистыми веществами армирующего и антифрикционного назначения. Правильный подбор армирующих наполнителей и целевых добавок способствуют повышению предела фрикционной контактной усталости полимерных композитов. При этом в результате протекания химических процессов на поверхностях трения должны формироваться износостойкие пленки, защищающие от износа сопряженные поверхности.

В настоящее время для повышения физико-механических свойств и износостойкости эпоксидных композитов применяются органические, стеклянные и углеродные волокна.

Органопластики, сформированные на основе эпоксидного связующего и органических волокон, обладают широким комплексом свойств и находят широкое применение в машиностроении. Органопластики имеют гетерогенную структуру и их свойства определяются в основном составом полимерного связующего, типом наполнителя и структурой поверхностных слоев, ответственных за перераспределение внешних воздействий от полимерного связующего к волокнам армирующего наполнителя. Варьируя тип наполнителя и связующего, а также их взаимодействие и схему расположения волокон в пластике можно получить изделия с заданными физико-механическими и износостойкими свойствами. Для получения антифрикционных органопластиков используют длинномерные или рубленые полиэфирные, полиамидные, полипропиленовые, полиакрилонитрильные, поливинилспиртовые и другие химические волокна.

Механические свойства органопластиков зависят от свойств связующего и его адгезии к материалу волокна. При формировании органопластиков на основе низкомодульных химических волокон предпочтительнее использовать связующие с высокими показателями удлинения при разрыве. Высокомодульные химические волокна также применяют в качестве наполнителей при получении фрикционных изделий на основе эпоксидных, фенольных и эпоксифенольных олигомеров. Малая величина деформации полимерной матрицы, имеющей высокую степень сшивки трехмерной сетчатой структуры, позволяет полностью реализовать механические свойства армирующего наполнителя в органопластике.

Свойства органопластиков существенно зависят от адгезии связующего к поверхности полимерных волокон. При исследовании адгезии полимерных связующих к высокоориентированным промышленным волокнам (вискозным, капроновым, лавсановым, полипропиленовым) в качестве адгезива использованы полиэфиракрилатный (марки МГФ-9), полиэфирный (ПН-1), эпоксидный (ЭД) и эпоксифенольный (ЭФ) олигомеры. Как видно из таблицы 15, независимо от типа олигомера наблюдается уменьшение адгезионной прочности при переходе от армировки вискозными волокнами к полипропиленовым. По величине адгезии к каждому типу волокна полимерные связующие можно расположить в следующий ряд: ЭД-5 - ЭФ - ПН-1. Такая закономерность в уменьшении адгезии полимерных связующих к волокнам объясняется снижением поверхностной энергии материала волокон в ряду вискоза – капрон – лавсан - полипропилен.

Армирование эпоксидного связующего модифицированными волокнами повышает разрушающие напряжения органопластика при растяжении и изгибе соответственно на 65 и 27%, а ударную вязкость в 3 раза по сравнению с органопластиком на основе немодифицированных волокон.

Обработка поверхности синтетических волокон (капроновых, лавсановых, полистерольных и полипропиленовых) стиролом позволила значительно повысить к ним адгезию эпоксидного и полиэфирного олигомеров. В зависимости от количества привитого мономера стирола адгезионная прочность проходит через экстремум, что объясняется немонотонным изменением поверхностной энергии модифицированных волокон.

С целью получения ударопрочных износостойких пластиков могут быть использованы высокопрочные волокна с умеренными значениями модуля упругости, обладающие максимальной работой деформации: поливинилспиртовые (винол) и полиамидные (капрон). Введение полиамидных волокон в сочетании с целевыми добавками в полимерную матрицу на основе эпоксидных, эпоксифенольных и фенольных олигомеров позволило создать ряд материалов, обладающих высокими прочностными свойствами износостойкостью. Такие материалы успешно используются для изготовления ремонтных деталей текстильного оборудования: зубчатых колес, звездочек, опор качения и т. д.

Таблица 15.

Адгезия некоторых олигомеров к химическим волокнам МПа [5].

В узлах трения, эксплуатирующихся в агрессивных средах, также широкое применение нашли антифрикционные элементы, изготовленные из стеклопластиков на основе эпоксидных олигомеров. В исследовании антифрикционных свойств эпоксидных связующих, армированных стекловолокном, изнашиванию подвергали не наполненное эпоксидное связующее и композиционный материал, содержащий 80 мас. % стекловолокна. При испытании композиционного материала в диапазоне скоростей 1,57 – 4,32 м/с был установлен минимальный коэффициент трения при скорости 2,36 м/с. Образцы из не наполненного связующего во всем диапазоне скоростей имеют постоянный коэффициент трения, равный 0,45. Наблюдаемую зависимость коэффициента трения композиционного материала от скорости скольжения можно объяснить присутствием стекловолокна на поверхности трения, где они изменяются и изменяют свойства трущихся поверхностей. При изучении зависимости коэффициента трения от контактного давления установлено, что при скорости скольжения 3,54 м/с максимальные значения коэффициента трения (0,85 и 0,45) наблюдаются для композиционного материала при номинальном контактном давлении нагрузке 0,125 МПа, а для эпоксидного связующего при 0,19 МПа. Износ композиционного материала при постоянном давлении 0,187 МПа слабо зависит от скорости скольжения, а износ эпоксидного связующего снижается при увеличении скорости скольжения. При скорости скольжения 1,5 м/с композиционный материал более износостойкий, чем эпоксидное связующее, а при скорости выше 2,36 м/с эпоксидное связующее было более износостойким, чем композиционный материал. Это обусловлено, по – видимому, тем, что при высоких скоростях скольжения усиливается разрушение стекловолокна, вызывая ускоренное изнашивание композиционного материала. Трение эпоксидного связующего при высоких скоростях скольжения сопровождается образованием перенесенной пленки полимера, способствующей снижению скорости износа.