Таким образом, температура и ее распределение по объему сетчатого полимера является основной причиной его разрушения при трении. Поэтому отвержденные эпоксидные олигомеры с низкой температурой стеклования характеризуются низкой предельной износостойкостью.

Значение коэффициента трения сетчатых эпоксиполимеров достаточно велико, оно составляет от 0,3 до 0,8 в зависимости от их физического состояния и внешних условий. При движении по чистой стальной поверхности начальный коэффициент трения mтр практически всех сетчатых полимеров составляет около 0,3. По мере приработки дорожки трения он поднимается до 0,4 - 0,6, причем для более хрупких и твердых - в меньшей степени. Нагрузочная способность ненаполненных сетчатых полимеров невелика. Допустимая удельная мощность трения для них составляет от 0,1 до 0,25 МВт/м.

Для увеличения нагрузки, скорости скольжения, сопротивления изнашиванию термореактивных эпоксидных полимеров материалов в них вводят наполнители и различные добавки. Количество наполнителей составляет от 10 до 90 % массы композита. Определение оптимального содержания наполнителей в трибореактопластах является сложной многофакторной задачей. Ориентировочную оценку предельной степени наполнения можно проводить с помощью зависимости, разработанной Сагалаевым и Шембель на основании геометрической оценки объема наполнителя, превышение которого приведет к потере сплошности композита.

jн £ 0,74d/(d + d) (2.2)

Где jн - объемная доля наполнителя, d - средний размер частицы наполнителя, d - толщина слоя связующего, необходимая для обволакивания частицы наполнителя.

При переходе от порошковых к коротковолокнистым и тканевым наполнителям, износостойкость трибореактопластов повышается (рис 5, кривые 2 и 4). Причину этого эффекта следует искать в общем усиливающем действии анизотропных наполнителей, особенно влияющим на усталостные свойства материалов. Поэтому износостойкость материала с диспергированным наполнителем марки «Антифрик» ниже, чем у текстолита ПТК на том же резольном фенолоформальдегидном связующем и ниже чем у текстолита ПТК на основе эпоксидной смолы (рис. 5 кривая 1).

На темп изнашивания слоистых пластиков оказывает влияние также положение плоскости укладки ткани относительно вектора скольжения. Детальным исследованием изнашивания текстолита ПТК при трении без смазки, установлено, что при перпендикулярном расположении слоев пластика (рис. 5 кривая 2) относительно поверхности трения интенсивность изнашивания значительно ниже, чем при параллельном (рис. 5 кривая 3). Аналогичный вывод сделан для углепластиков [6].

Рис. 5 Зависимость интенсивности линейного изнашивания Ih от номинального давления Pa при трении без смазки текстолита ПТК (1, 2, 3) и пресс-материала «антифрик» (4) [6].

Применение более деформативного эпоксидного связующего в сочетании с углеродным и синтетическим волокнами позволяет резко увеличить нагрузочную способность композита. Износостойкость материалов с углеродным и фенилоновым волокном превосходит износостойкость традиционного текстолита. Эти материалы эксплуатируются при pavck = 26,2 МПа*м/с (текстолит при 5 МПа*м/с). Удельная мощность трения составляет соответственно 0,43 и 0,1 МВт/м.

2.2. Способы регулирования износостойкости трибореактопластов на основе отвержденных эпоксидных смол.

Эпоксидные полимеры, обладающие высокими адгезионными, физико-механическими и триботехническими свойствами нашли широкое применение для изготовления антифрикционных элементов узлов трения машин и механизмов. Срок службы таких узлов трения существенно зависит как от износостойкости связующего, так и от влияния модификаторов на процессы трения и изнашивания эпоксидных композитов. При этом работоспособность антифрикционных эпоксидных материалов определяется температурой стеклования полимерной матрицы и влиянием на ее величину природы отвердителей, модификаторов и температурно-временных режимов отверждения связующего.

2.2.1. Физико-химические методы регулирования износостойкости эпоксидных полимеров.

Износостойкость и физико-механические свойства эпоксидных композитов в значительной мере определяются плотностью сшивки полимерной матрицы. Наиболее распространенным способом регулирования плотности сшивки эпоксидного связующего является выбор оптимальных температурно-временных режимов отверждения, природы и концентрации отвердителей. При введении аминного отвердителя наблюдается раскрытие эпоксидных групп и образование продуктов взаимодействия, содержащих вторичные амины. При отверждении эпоксидианового олигомера полиэтиленполиамином (ПЭПА) и низкомолекулярным полиамином ПО-300 сильное уменьшение количества эпоксидных групп происходит уже в первые минуты отверждения. В дальнейшем приблизительно после часовой выдержки при постоянной температуре их число не меняется. В результате обработки кинетических кривых с помощью уравнений для константы скорости реакции второго порядка была оценена энергия активации отверждения эпоксидного олигомера (Таблица 9).

Данные таблицы свидетельствуют о том, что процесс взаимодействия низкомолекулярного полиамина с эпоксидиановым олигомером характеризуется более низкими значениями энергии активации по сравнению с энергией активации реакции эпоксидианового олигомера с ПЭПА. При стехиометрическом введении алифатических полиаминов отвержденные эпоксидные олигомеры обладают высокими теплостойкостью и физико-механическими свойствами. Однако в случае использования в качестве отвердителя ПЭПА целесообразно увеличение его содержания до 20 мас.ч., что способствует повышению температуры стеклования и снижению высокоэластической деформации эпоксидного полимера.

Таблица 9.

Константы скорости и эффективные энергии активации реакции эпоксидных олигомеров с аминами [5].

Введение ПЭПА свыше 20 мас.ч. приводит к снижению физико-механических свойств отвержденного эпоксидного связующего. В этом случае избыток ПЭПА оказывает пластифицирующее действие на полимерную матрицу.