Фізико-хімічні та антифрикційні властивості композитів термотривких полімерів під час взаємодії з титановими сплавами - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ПРИКАРПАТСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Фізико-хімічні та антифрикційні властивості композитів термотривких полімерів під час взаємодії з титановими сплавами Робота виконана на кафедрі теоретичної та прикладної хімії Інституту природничих наук при Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника Міністерства освіти і науки України. Сіренко Геннадій Олександрович, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника МОН України, завідувач кафедри теоретичної та прикладної хімії, м.Такими матеріалами, які володіють одночасно високою корозійною стійкістю та високими фізико-механічними властивостями є титан і його сплави. Титан та його сплави відрізняє від інших металів та сплавів надвисока корозійна стійкість в океанській воді. Такі властивості дозволяють широко використовувати титан та його сплави у військовій і цивільній авіації та надводних і підводних суднах, ракетній техніці, хімічній, нафтохімічній та загальній промисловості. Особливістю титану і його сплавів під час тертя та зношування є висока здатність до контактного схоплювання та зварювання, що робить небезпечним їх застосування у вузлах тертя механізмів і машин, так як може відбутися заклинювання деталей вузла тертя. Це вимагає, з одного боку, створення антифрикційних композиційних полімерних матеріалів для ущільнювальних елементів, які спроможні працювати в умовах високих або граничних навантаг при повному або обмеженому мащенні океанською водою або іншими хімічно-активними середовищами під час взаємодії з титановими сплавами, з другого боку, модифікації поверхонь титану і його сплавів захисними покриттями для надання їм високої зносостійкості.У роботі досліджувались композиційні полімерні матеріали на основі термотривких полімерів політетрафторетилену (ПТФЕ) та ароматичного поліаміду (АПА) та наповнювачів - карбонових волокон (КВ) з різною температурою карбонізації, що отримані за хемо-механо-активаційною технологією (ХМА-технологією), за якою наповнювачі піддавались термообробці та хімічній обробці каталізаторами графітації з подальшим високообертними руйнуванням. В цьому ж розділі виявлено лінійний звязок між фізико-механічними властивостями композиційного матеріалу та карбонового волокна: lg Ek~f (lg EB), lg sk~f (lg SB) (Ек, ЕВ - модуль пружності відповідно композиту та волокна, sk, SB - міцність при розриві), а також інтенсивністю зношування композиту та модулем пружності наповнювача lg І~f(lg EB). Для орієнтованих карбопластиків та полімерних матеріалів, одержаних за ХМА-технологією, шукали лінійний звязок між інтенсивністю зношування композиту (І) і коефіцієнтом тертя (m) та твердістю НВ, міцністю (sв), границею текучості (st), енергією деформування при розтягуванні (sв.d) (де d - відносне подовження при розриві) та звужуванні (sв.y) (де y - відносне звуження), модулем пружності (Е), коефіцієнтами тепло-(l) та температуро-(а) провідності та енергією пластичного деформування (Eq) контртіла. У звязку з тим, що для матеріалів на основі АПА І1~Eq, m1н~(Eq, sв) і m2к~[Eq, (sв.d)] має місце тісний лінійний звязок, інтенсивність зношування і коефіцієнт тертя не залежать від твердості металевого контртіла (тобто контакт метал - карбопластик є пружний), теплофізичних та багатьох механічних властивостей, то тертя і зношування визначаються станом вихідної поверхні контртіла і антифрикційними шарами, що утворюються на поверхнях зразка і контртіла на початку ковзання. Рівняння (5) адекватно описують залежності інтенсивності зношування І1к (S1=0...2 км) і І2к (S2=2...12 км) [мм3/Н.м], коефіцієнтів тертя на початку тертя m1n, і в кінці першого m1к (S2=2 км) і другого m2к (S1=12 км) режимів зношування, міцності при розриві sp,к [МПА], питомої ударної вязкості Ак [КДЖ/м2] та відносного видовження при розтягуванні ек (%) від факторів: вмісту твердого мастила (CMOS2) та наповнювача (СКВ), а також часу змішування композиції (тзм) та часу попереднього подрібнення карбонового волокна (тподр) для композиційного матеріалу на основі ПТФЕ; залежності інтенсивності зношування І [мм3/Н.м], коефіцієнтів тертя m та шорсткості поверхні Ra від вмісту наповнювача (С), кінцевої температури термообробки наповнювача (Тк) та тиску пресування зразків (Р) для композиційного матеріалу на основі АПА.Встановлено, що наповнення полімерного матеріалу волокнистим наповнювачем - карбоновим волокном (вмістом до 15-20%) зменшує зношування та коефіцієнт тертя полімеру під час тертя по титанових сплавах в хімічно-активних середовищах та покращує його та фізико-хімічні властивості при чому наповнення карбонізованими волокнами приводить до більшого фрикційного зміцнення, ніж наповнення графітованими волокнами. Встановлено, що напрямок армування композиту (орієнтація шарів волокон та самих волокон відносно площини ковзання та вектора швидкості) є визначальним фактором, що впливає на інтенсивність зношування і коефіцієнт тертя композитів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ