Узлы трения из поликарбоната
Поликарбонат используется не только для производства листов и тары, но и для изготовления антифрикционных изделий. Он идеально подходит для работы в условиях низких и сверхнизких температур, вплоть до криогенных. Изделия из поликарбоната эксплуатируются в среде жидкого азота, водорода и гелия при температурах до –253°С. Поликарбонат, как известно, обладает высокой ударной прочностью и стабильностью размеров деталей, малой ползучестью. Эти свойства являются одними из определяющих для его применения в узлах трения, работающих при ударных нагрузках. Однако следует заметить, что поликарбонат плохо сопротивляется циклическим воздействиям нагрузки и имеет низкую усталостную прочность. Материал устойчив к ультрафиолетовому излучению и резким перепадам температур, но не стабилен по отношению к действию ионизирующего излучения. Для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости в поликарбонат вводят специальные наполнители и твердые смазки. Введение дисульфида молибдена (Эстеран-29, Эстеран-51), графита (ДАК-УП5Д) или 15–20% фторопласта (ДАК-8) снижает коэффициент трения в 2–3 раза, наполнение поликарбоната стекловолокном и фторопластом (Дифлон) придает изделиям из такой композиции высокие физико-механические и диэлектрические свойства. | Таблица 2. Свойства наполненного поликарбоната | | Марка материала | Плотность, г/см3 | Прочность при сжатии, МПа | Ударная вязкость, кДж/м2 | Предельная рабочая температура, °С | Коэффициент трения | | Эстеран-29 | 1,30 | – | 6 | 110 | 0,25 | | Эстеран-51 | 1,25 | 60 | 150 | 110 | 0,24 | | ДАК-УП5Д | 1,25 | 90 | - | - | 0,23 | | ДАК-8 | 1,24 | 55 | 87 | 115 | 0,20 | | Дифлон | 1,20 | 90 | - | - | 0,30 |
Термопластичные материалы на основе полиарилатов
Полиарилаты также относятся к антифрикционным термопластам. Они способны стабильно работать при высоких температурах — 160–180°С, а кратковременную работу выдерживают при 230°С. Такие диапазоны для термопластов весьма высоки. Наряду с теплостойкостью полиарилат обладает высокой сопротивляемостью ионизирующим излучениям, хорошими диэлектрическими свойствами, химической и морозостойкостью (может эксплуатироваться при температуре до –100°С). В чистом виде полиарилаты имеют нестабильные триботехнические характеристики, для их стабилизации в материал вводят такие добавки как фосфор, дисульфид молибдена, медь. Это приводит к уменьшению коэффициента трения (у чистых полиарилатов коэффициент трения высокий, примерно 0,4) и снижению износа.
Пентапласт
Этот полимер гораздо реже используется в качестве антифрикционного материала для узлов трения. Он химически стоек и применяется для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах. Из пентапласта можно получать различного рода уплотнители, так как он обладает небольшой усадкой. Работоспособность материала стабильно сохраняется в интервалах температур 120–130°С. По этому показателю пентапласт превосходит полиолефины. Его используют как в чистом виде, так и в комбинации с наполнителями: стекловолокном, слюдой, окисью хрома, графитом. Коэффициент трения чистого материала составляет 0,12. | Таблица 3. Свойства пентапласта в комбинации с наполнителем | | Наполнители | Плотность, г/см3 | Прочность при растяжении, МПа | Модуль упругости, кПа | Твердость по Бринеллю | | Слюда (15%) | 1,52 | 63 | 2,42 | 139 | | Стекловолокно (10%) | 1,45 | 67 | 2,11 | 123 | | Окись хрома (15%) | 1,60 | 56 | 1,34 | 98 | | Графит (10%) | 1,50 | 53 | 2,20 | 100 |
Полимерный материал, стоящий отдельно от термопластов и реактопластов
Фторопласт имеет самый низкий коэффициент трения (коэффициент трения фторопласта-4 составляет 0,03–0,05). Он обладает высокой химической стойкостью, способен работать в диапазоне температур от –250°С до 300°С. Несмотря на это, фторопласт в чистом виде применяют весьма ограниченно. Это объясняется его низкой прочностью и небольшой твердостью, что в свою очередь приводит при трении к деформированию его поверхностных слоев. В результате деталь изнашивается достаточно быстро.
| | Использование полимеров в машиностроении демонстрирует универсальность и преимущества этих материалов для деталей машин и механизмов |
В машиностроении используются в основном композиционные материалы на основе фторопласта. Для увеличения несущей способности изделий в фторопласт вводятся армирующие волокнистые наполнители, металлический порошок, кокс, и т. д. Кроме того, введение наполнителей позволяет значительно снизить интенсивность изнашивания фторопласта. Широко практикуется нанесение фторопласта в виде покрытий на более твердые и прочные поверхности.
Антифрикционные композиционные материалы на основе полиимидов
Эти материалы обладают высокой радиационной и химической стойкостью, хорошими триботехническими свойствами и могут длительно эксплуатироваться при температуре 220–260°С. Материалы на основе полиимидов удовлетворительно работают в условиях высокого вакуума (до 10-4 Па). Детали узлов трения из полиимидов получают горячим прессованием. Они имеют малую усадку (0,7–1,0%), что дает возможность использовать полиимиды для изготовления деталей высокой точности. Недостатком этих материалов является большая скорость газовыделения и хрупкость, что несколько ограничивает их применение. Для изготовления пористых изделий, например, подшипников, к полиимиду добавляют полиформальдегид. Добавление внутренних смазок позволяет снизить коэффициент трения композиции до 0,1 при допустимом контактном давлении 350 МПа. | Таблица 4. Свойства композитов на основе фенолоформальдегидных смол | | Армирующие наполнители | Плотность, г/см3 | Прочность при изгибе,МПа | Ударная вязкость, кДж/м2 | Коэффициент трения | | Базальтовые волокна | 1,71 | 93 | 40 | 0,15 | | Стеклянные волокна | 1,90 | 60 | 10 | 0,35 | | Углеродные волокна | 1,45 | 70 | 44 | - | | Древесные волокна | - | 78 | 9 | 0,22 |
Фенолоформальдегдные смолы
Как правило, такую полимерную матрицу упрочняют волокнистыми наполнителями, а также вводят внутренние смазки. Изделия на основе фенолоформальдегидов обладают химической стойкостью, высокой жесткостью, стабильностью размеров, высокой износостойкостью. Как и большинство реактопластов, изделия на основе этих смол способны стабильно эксплуатироваться при температурах до 180°С. Смолы в чистом виде практически не используются. Из них готовят композиты, состоящие из армирующих наполнителей и внутренних смазок. Содержание добавок в композите может составлять до 70%. | Таблица 5. Свойства антифрикционных материалов на основе полиимидов | | Марка материала | Плотность, г/см3 | Прочность при сжатии, МПа | Ударная вязкость, кДж/м2 | Твердость по Бринеллю | Предельные рабочие температуры, °С | | Полиар-2 | 1,30 | – | 50 | 140 | -196, +300 | | Тесан-38 | 1,30 | – | 30 | 140 | -196, +250 | | ПМ-69-Г5 | 1,47 | 80 | 30 | 320 | -196, +250 | | ПАМ 50-69 | 1,55 | 38 | 5 | 300 | -196, +250 |
На основе вышеизложенного можно сказать, что полимерная матрица для узлов трения может быть изготовлена из различных материалов. Все зависит от требований, которые предъявляют к ним, и условий эксплуатации. Автор: Артем Третьяков
Источник: Полимеры-Деньги |
