Розділ 2.
Об’єкти та методи досліджень
2.1. Об’єкти досліджень
Для досліджень використовували такі термостійкі полімери: політетрафторетилен
(ПТФЕ); ароматичний поліамід – фенілон С-1; С-2; П (АПА), з яких готували
вироби за ХМА-технологією [147].
Для досліджень використовували карбонові волокнисті матеріали (КВМ) у вигляді
тканини та волокна типу LM, MT, HT на основі ПАН, ГЦ, з Тк=720 – 3070 К.
Властивості досліджуваних КВМ приведені в табл.2.1.
Таблиця 2.1
Властивості карбонових волокон, отриманих з тканин
Карбонова тканина
Вихідна органічна тканина
d, мкм
g, %
sв, ГПа
Ев, ГПа
Тк, К
Тип волокна
УТ-4
ГЦ
14
8,0
0,2-0,5
10-30
723
LМ
УТМ-8
ГЦ
10
4,5
0,5-0,6
30-50
1123
LМ
ТГН-Т
ГЦ
12
4,5
0,2-0,3
20-40
1120
LМ
Текарм-2
ГЦ
10
4,5
0,4-0,5
30-50
1123
LМ
Урал ТР 3/2-15
ГЦ
1773
Урал Т-15
ГЦ
4,5
2,0
1,5-1,7
70-80
1773
МТ
Урал Т-215
ГЦ
4,5
2,5
1,5-1,7
120-180
2423
МТ
ТГН-2м
ГЦ
8,9
2,0
0,45-0,50
30-50
2673
LМ
УУТ-2
ГЦ
1,1-2,3
70-120
1123
МТ
ВМН-4
ПАН
2,0–2,5
240-300
2673
НМ
ЛУ-2
ПАН
0,8
2,2–2,.5
200-280
2673
НТ
Грален
0,3 – 0,8
20 – 60
1973
LM
Класифікація карбонових волокон дана за [135, 147]: LM – низькомодульні; МТ –
середньої міцності; НТ – високоміцні; ГЦ – на основі гідратцелюлозної; ПАН – на
основі поліакрилонітрильної тканини; sв – міцність волокна при розтягуванні; Ев
– модуль пружності волокна при розтягуванні; Тк – кінцева температура
термообробки карбонових тканин; g - відносне подовження при розриві; d –
середній діаметр волокна.
2.1.1. Технологія виготовлення зразків композиційних матеріалів
на основі політетрафторетилену
Попереднє подрібнення карбонових волокон довжиною 2 – 20 см проводилось 2 – 30
хв. в млинку з подовими ножами МРП-1 при швидкості їх обертання 7000 об./хв.
(частота обертання ножа 117с-1, максимальна швидкість 78 м/с). Змішування
протягом 5 хв. компонентів: порошку політетрафторетилену і КВ та дисульфіду
молібдену, яке проводили в тому ж обладнанні, супроводжувалося разом з тим
додатковим подрібненням компонентів композиції. Волокна мали об’ємний (масовий
) розподіл за довжинами за гама-законом [148] в межах 20 – 1200 мкм (80 – 150
мкм основна фракція). Таким чином, отримували композицію [10] за технологією
[153], яку перетворювали у зразки за технологією переробки наповнених
фторопластів. Волокна в зразках були розташовані випадково в площині, що була
направлена перпендикулярно до напрямку пресування.
2.1.2. Технологія виготовлення зразків композиційних матеріалів
на основі ароматичного поліаміду
Смужки карбонової тканини ~3х3...5х5 см подрібнювали і змішували з порошком
фенілона С-2 в дробарці з подовими ножами – млинку для розмелу проб МРП-1 – при
7000 об./хв. на протязі 5 хв. Карбонові волокна мали об’ємний (масовий)
розподіл за довжинами від 20 до 1200 мкм за законом Вейбулла [148] з
параметрами розподілу a=250 мкм, d=2,6 при щільності імовірності розподілу
р(l)=5,6.10-6...1,2.10-2 мкм-1.
Композицію сушили при 423±10 К, засипали у прес-форму і пресували при Р0=50
МПа, задавали нульовий тиск і нагрівали до 613±2 К, витримували 5 хв. без тиску
плюс 5 хв. при заданому тиску Р=16...184 МПа, охолоджували до 373 К під тиском
Р і розпресовували.
2.2. Методи досліджень
Машина тертя і методика досліджень антифрикційних властивостей матеріалів.
Лабораторні дослідження основних закономірностей тертя і зношування поверхонь
карбопластиків під час контакту з титановими та стальними поверхнями поводили
на модифікованій машині тертя ХТІ-72 (рис.2.1) [50, 147]. Регулювання швидкості
ковзання проводили за допомогою двигуна постійного струму від 0,02±0,05 до
10±0,05 м/с. Постійне навантаження на зразки здійснювали через систему важелів.
Програмоване змінне навантаження здійснювалося за допомогою рейтерної системи
важелів типу аналітичних терезів.
Відведення теплоти тертя здійснювалося за допомогою протічної води через
порожнину контртіла. Випробування при підвищеній температурі проводили за
допомогою нагріву контртіла від подових і бокових нагрівачів. Підвищення
температури із заданою швидкістю здійснювалося за допомогою редуктора і ЛАТРа.
Всі деталі машини тертя, що контактують з хімічно-активним рідким середовищем,
виконані з нержавіючої сталі або титанового сплаву ПТ-3В. Контртіла були
виконані суцільними діаметром 60±0,15 мм і товщиною 10±0,15 мм, або
порожнистими діаметром 60±0,15 мм, висотою 35±0,2 мм і товщиною робочої частини
5±0,2 мм. Конструктивно державка виконувалася таким чином, що кільця під зразки
були змінними з гніздами під три пальчики. Конструкція вузла тертя дозволила
вимірювати лінійний знос без розбирання державки з кільцем і зразками і
порушення контакту. Вимірювання діаметру плями зносу (точність вимірювання
0,005 мм) проводили за допомогою окуляра МПВ-2, а лінійних розмірів – на
вертикальному оптиметрі (точність вимірювання 0,001мм).
Використовували такі види фрикційного контакту (рис. 2.2) [147]:
І – торець пальчика – площина контртіла (1, 3);
ІІ – сферична кінцівка пальчика (2);
ІІІ – торець втулки – площина контртіла (4).
Схему випробувань на машині тертя будемо позначати так: {І-1}, де І – вид
фрикційного контакту, 1 – форма зразка. З метою відтворення вихідного контакту,
зниження контактного удару і полегшеного вимірювання зносу зразки за схемою
{ІІ-2} виконувалися циліндричними з кінцівкою у вигляді на півсфери з радіусом
r=6,35 мм.
Час (шлях тертя) випробувань вибирали таким чином, щоб результат вимірювань
зносу перевищував похибку вимірювання в 10-15 разів. За схемою {ІІ-2} проведено
випробування при нормальному навантаженні на один зразок Ni = 100 H, швидкості
ковзання v = 1,3 м
- Київ+380960830922