автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Разработка композиционного материала для герметизирующих устройств подвижных соединений, работоспособных в химически активных средах

Па правах рукописи УДК623.356.-631.57:689

Г Го ОД

\ 2 сзн г;сэ

ХВАЛОВСКИЙ Александр Владимирович

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, РАБОТОСПОСОБНЫХ В ХИМИЧЕСКИ-АКТИВНЫХ СРЕДАХ

Специальность 05.16.06. "Порошковая металлургия и композиционные материалы"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 2000 г.

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Южно-Российского государственного технического университета и в Особом конструкторско-технологическом бюро "Орион" Минобразования России

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЛОГИНОВ В. Т.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КОЛЕСНИКОВ В.И. кандидат технических наук, доцент, директор научно-производственного предприятия ТЭСП ШУЛЬГА Г. И.

Ведущее предприятие:

Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" Ростовского государственного университета

Защита состоится 8 июня 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 063.30.10 в Южно-Российском государственном техническом университете но адресу: 346428, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "_" 2000 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из путей выхода страны из экономического кризиса является создание конкурентно-способных образцов новой техники с использованием новых материалов. Особое меею занимают в этом композиционные материалы (КМ) с полимерны?.® матрицами. Постоянно увеличивается количество образцов новой техники, где в узлах трения взамен традиционных антифрикционных бронз, баббитов и композиций на металлической основе появляются антифрикционные самосмазывающиеся КМ с полимерной матрицей, использование которых увеличивает не только долговечность узла трения, а соответственно и механизма в целом, но и резко повышает его надежность.

Во многих случаях решение задач внедрения самосмазывающихся КМ с полимерной матрицей в узлы трения машин и механизмов связано с проблемой обеспечения их герметичности с помощью специальных герметизирующих устройств (ГУ). Одним го наиболее важных вопросов является повышение работоспособности и долговечности ГУ вращающихся валов, а именно, наиболее распространенных в технике уплотнений манжетного тепа. Основным герметизирующим элементом в конструкциях ГУ является уплотнения из резины, поскольку зпот материал сочетает в себе такие свойства, как высокая эластичность и технологичность. В то же время износо-, морозо- и теплостойкость резин сравнительно низка, что, в конечном итоге, резко снижает эффективность их использования. Поэтому проведение исследований, направленных на создаше новых материалов, работоспособных в широком интервале температур, сочетающих высокую износостойкость, низкие коэффициенты трения, химическую стойкость и эластичность для ГУ манжетного типа является актуальной технической задачей.

Исследования выполнялись в соответствии с темой: "Исследования по созданию экологически чистых биологически стойких самосмазывающихся материалов, создающих в зоне трйбосопряжений днссипативные саморегулирующиеся системы, работоспособные в экстремальных условиях эксплуатации", выполненной согласно Решения Госкомиссии РФ № 58 от 24.04.91 г. и Федеральной целевой программой "Развитие СевероКавказского региона на период до 2005 г".(протокол от 14.04.99 г. конкурсной комиссии Министерства национальной политики РФ).

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка композиционного материала для герметизирующих устройств подвижных соединений, работоспособных в химически-активных средах

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение анализа литературных и патентных источников с целью обоснования возможности использования полиамидных смол, твердых смазочных материалов, пластификаторов различного типа для создания КМ ГУ вращающихся валов.

2. Структурно-кинетическис исследования полиамидов (ПА)и их биологических аналогов - полипептидов (ПП) для объяснения механизма их антифрикционности.

3. Проведение исследований надмолекулярных структур ПА и способов их регулирования с помощью пластификаторов различного типа.

4. Разработка и оптимизация сосгава нового самосмазывающегося КМ "Масля-нит-У" для уплотнений ГУ, работоспособных в химически-активных средах;

5. Разработка технологической схемы изготовления и оптимизация параметров переработки КМ "Маслянит-У".

6. Исследование физико-механических, термодинамических, релаксационных и триботехнических характеристик КМ "Маслянит-У";

7. Разработка рекомендаций по промышленному внедрению КМ "Маслянита-У".

Научная новизна. Впервые методом структурно-кинетического моделирования обоснован механизм трения и износа ПА, в основе которого лежат полиморфные превращения, осуществляемые за счет синхронных поворотов циклических фрагментов полимерных цепей и представляющие собой процесс непрерывных конформационных переходов.

Установлено снижение усталостного вида износа КМ с полиамидной матрицей за счет введения в них фенольных пластификаторов, активизирующих релаксационные процессы, приводящие к установлению нового равновесного состояния

Установлено повышение триботехнических характеристик КМ с полиамидной матрицей за счет введения в них внутрипачечных пластификаторов фенолыюго типа, улучшающих эластичность КМ, и межпачечных пластификаторов типа пластичных смазочных материалов, улучшающих антифрикционные характеристики КМ.

Практическая ценность. Создан новый самосмазывающийся КМ "Маслянит-У" для использования в качестве уплотнительных элементов ГУ узлов трения машин и механизмов, эксплуатируемых в химически-активных средах.;

- разработаны методики и установки для исследования термодинамических и релаксационных характеристик КМ на полимерной основе с использованием тепловизора;

- разработана технология и оптимизированы параметры изготовления КМ "Маслянит-У". Проведена поставка опьгпю-промышлешой партии материала для изготовления уплотнении ГУ оборудовании но добыче лечебных грязей Тамбуканского озера (г.Пятигорск) и транспортеров литейного цеха завода "Красный котельщик" (г.Таганрог).

Основные положения, выносимые на защиту. Метод химического конструирования КМ с полиамидной матрицей путем введения в них твердого смазочного материала, меж- и внутрипачечных пластификаторов, позволяющих повысить трибологические характеристики и эластичность КМ.

Теоретические предпосылки структурно-кинетического моделирования ПА и ПП, обосновывающие механизм их самосмазываемости.

Совокупность теоретических и экспериментальные исследований термодинамических, релаксационных и триботехнических характеристик КМ "Маслянит-У", объясняющих причины снижения усталостного вида износа композита.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на: IY-й и Y-й научно-технических конференциях "Транспорт, экология - устойчивое развитие", г.Варна (Болгария), май 1998 г. и май 1999; 5-ом международ!гам симпозиуме INSY-CONT'98 "Энергетические и экологические проблемы трибологии", г.Краков (Польша), сентябрь, 1998 г.; научно-технической конференции "Материалы и изделия под воздействием различных видов энергии", Москва, апрель 1999 г.; 19-й международной конференции-выставке "Композиционные материалы в промышленности" (Славполиком-99), Киев, май 1999 г; 2-й международной научно-технической конференции "Новые технологии управления движением технических объектов", г .Новочеркасск, ноябрь, 1999 г.;

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6-ти глав, общих выводов, списка литературных источников из 153 наименований. Содержит 131 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 27 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проблемы повышения долговечности ГУ манжетного типа и связанных с этим задач разработки и исследований КМ с полиамидной матрицей типа "Маслянит", обладающих достаточной эластичностью и самосмазываемостью.

В 1-й главе проведен анализ проблем герметологии наиболее распространенных конструкций ГУ вращающихся валов. Представлены некоторые данные по использования в ГУ КМ с полимерной матрицей. Приведен обзор литературных источников по использованию полиамидов и КМ на их основе в трибологических системах.

Показано, что в современных ГУ находят применение уплотнения из полимерных материалов и КМ на их основе, однако ассортимент их, за исключением композитов на основе ПТФЭ, недостаточен для тех или иных условий работы ГУ. В то же время, учитывая то, что превалирующим видом износа уплотнений ГУ, является усталостно-абразивный, использование ПТФЭ для многих конструкций ГУ недопустимо. Хладотекучестъ этого полимера также является его отрицательной характеристикой.

Современные антифрикционные материалы с полиамидной матрицей типа "Маслянит" в сравнении с другими пластиками обладают высокими физико-механическими характеристиками, а также повышенной износостойкостью, высокой демпфирующей способностью в экстремальных условиях эксплуатации (повышенных давлениях, низких и повышенных температурах, агрессивных средах и т. п.). Однако, не- смотря на большой объем исследований, посвященных вопросам трибологии ПА, проявляющих свойства твердых смазочных материалов, недостаточно обоснована природа их антифрикцион-ности и самосмазывания. Отсутствуют данные о создании сравнительно высокоэластичного КМ с полиамидной матрицей, работоспособного в ГУ манжетного типа, эксплуатируемых в химически-акгавных средах.. Широко распространенные в технике КМ с полиамидной матрицей - "Масляшгты" могут быть использованы в ГУ вращающихся валов, однако для этого необходимо повысить их эластичность

На основании проведенного анализа сформулированы выводы, поставлены цели и задачи исследований.

2-я глава посвящена теоретическим исследованиям по созданию КМ для уплотнений ГУ вращающихся валов. Для объяснения механизма самосмазываемости ПА были проведены их структурно-кинетические исследования, как аналогов полимеров природного происхождения - ПЛ.

Макромолекулы, из которых состоят живые объекты, не являются статистическими системами, в отличие от макромолекул синтетических полимеров. Это динамические системы, положите которых определяется положением и функциональностью каждого элемента, образующего молекулу. Однако, рассматривая процессы трения и износа, как процессы возникновения и самоорганизации новых неизвестных структур, изложенных в трудах Николиса Г. и Пригожина И., а также анализируя трибологические аспекты подвижных соединений и диссипатпвных систем, созданных природой для биологических объектов,

можно, с определенной степенью вероятности, использовать классическую и прикладную биофизику д ля объяснения феномена самосмазываемости полиамидов.

К классу ПА (найлонов) относят группы синтетических полимеров, общим в химической структуре которых является наличие в основной цепи молекул амидной группы (-СО-ЫН-). и полимеров природного происхождения белков основу которых составляют полипептиды (ПП), представляющие собой полимерные цепи, образующиеся в результате поликонденсации аминокислот. Важной особенностью амидной группы в ПА и пептидной группы в ПП является способность группы N11 образовывать внутри- или межмолекулярные Н-связи.

Первый член ряда полярных алифатических ПА - найлон-2 (полиглицин) является прообразом фибриллярных белков. Его можно рассматривать в качестве системы, моделирующей структуру найлонов и ПП. ПП является простой моделью ПА; молекулярные цепи ПП и ПА построены в основном одинаково.

На конформационное строение цепей ПП наибольшее влияние оказывает структура пептидной единицы. Все атомы, образующие остов пептидной единицы Си-СО-МН-Са лежат в одной плоскости (рис.1). Так как атомы остовов двух пептидных групп образуют жесткие планарные группировки, единственной степенью свободы при их сочленении атомом Са будут повороты вокруг одинарных связей Ы-Са и Сц-С' Таким образом пространственную конфигурацию полипептидной цепи определяют пары углов внутреннего вращения ср иу вокруг указанных связей, примыкающих к атому Сй. Потенциал заторможенного вращения около указанных связей имеет величину порядка 4,2 - 6,0 кДж/моль .Ограничения на возможные значения комбинаций торсионных углов <р и \\1 задаются конформационной картой пары пептидных единиц. Продолжения цепи по обе стороны амидной группы находятся практически всегда в транскон-формации, которая выгоднее энергетически цис-положения на 8 кДж/моль.

Цепи ПП могут находиться в трех конформациях: а-спирали, р-формы и статистического клубка. Конформация а-спираль, обнаруженная во многих волокнах, кератине и глобулярных белках, наиболее часто встречающаяся вторичная структура.

Второму минимуму потенциальной энергии соответствует транс-конформация цепи в целом - р-структуре ПП, в которой молекула имеет вытянутую форму спирали 3-2/1. В этой модификации совокупность указанных конформаций цепей образует слоистую структуру, упорядоченную Н-связями между соседними молекулами, упакованными параллельно или антипараллсльно. Образующаяся гофрированная структура называется {3-складчатым листом и соответствует значениям торсионных углов ср = 90° и ш = 120°.

Большинство складчатых листов закручены и характеризуются левой спираль-ностью, если смотреть вдоль плоскости листа перпендикулярно его вытянутой цепи. В скрученной Р-структуре спирализована каждая цепь. Отдельная цепь скрученного листа представляет собой очень растянутую левую спираль, конформация которой соответствует повороту карбонильной и амидной групп на 60° на каждые два остатка. Две параллельные скрученные цепи могут образовывать между собой Н-связи в том случае, если наставления цепей образуют "фуг с лтгом чтол что в свою очепепь.

1 г г « ■ ^ ^ '"Т^ ** * А " г—г- у

приводит к скручиванию слоя.

Конформация р-структура может реализовываться в отдельные цепи ПП в результате ее систематических изгибов. Такой структурный элемент ПП - Р-зигзаг или кросс-

форма реализуется в виде трех близко расположенных антипараллельных пептидных цепей, соединенных между собой короткими участками. В местах изгибов цепи торсионные углы имеют значения, отличные от соответствующих значений для упорядоченной цепи. Р-кросс-форма включает в себя на обоих концах реверсивные повороты цепи, благодаря которым плоскость пептидной группы в соседних положениях резко изменяет свою ориентацию и торсионные ут лы при атомах С,, приобретают различные значения.

Конформация цепи -/-формы ПА подобна конформации цепи ПП гофрированной слоистой структуры. Некоторое скручивание цепей за счет поворота плоскостей амидных групп относительно плоскости метиленовой цепи (плоскость амидной группы наклонена к оси молекулы на 30°) - имеет, место в структуре -/-модификации ПА, период идентичности которой вдоль оси цепи на 0,07 нм меньше, чем у вытянугой зигзагообразной цепи.

Значительные структурные изменения происходят при нагревании ПА. В основном они связаны с вращением молекул вокруг оси, при котором требуется разрыв и повторное образование Н-связей. Для найлона-6,10 такой переход происходит при 180°С. Длительное нагревание вплоть до температуры плавления вызывает дальнейшее изменение структуры ПА, приводящее к существенному сокращению повторяющихся участков цепи. Этот эффект также можно объяснить вращением молекулярных цепей вокруг одинарных связей.

На рис.1 показан циклический фрагмент кинематической модели элемента кросс-формы полипептидной цепи, с реверсивным поворотом за счет синхронных поворотов элементов пептидной группировки относительно параллельно ориентированных связей С„(2)-М(3) и Сп(5)-М(6).

Вращение около указанных связей сопровождается взаимным поворотом атомов N и С! относительно внутримолекулярной Н-связи и деформацией валентных углов при атомах О,, N и С1. Энергая деформации валентных углов при их изменении на 5...Ю0 составляет незначительную величину порядка 2КТ, где К - постоянная Больцмана. Синхронные повороты около связей Са(2)-М(3) и Са(5)-Ы(6) ограничены только стерическими затруднениями, создаваемыми атомами средней пептидной группы.

С помощью изложенных выше структурно-кинематических исследований ПП и их аналогов ПА можно с определенной степенью вероятности , объяснить одну из причин низкого трения в суставах биологических объектов и механизм самосмазываемости ПА. В этих полимерах полиморфные превращения (перестройка под влиянием внешнего воздействия) трения могут осуществляться не за счет разрушения межмолекулярных связей, а за счет процесса непрерывных конформационных переходов между различными формами синхронных реверсивных поворотов циклических фрагментов молекулярных цепей.

Известно, что полиморфизм является характерным свойством большинства антифрикционных материалов, существенно влияющим на их физико-механические и трибо-технические характеристики. Одним из способов повышения эффективности полиморфизма антифрикционных материалов при трении, а также изменения надмолекулярных структур полимеров с целью придания им новых свойств, является пластификация Поэтому были проведены теоретические исследования методов пластификации полимеров как способа повышения антифрикционных свойств и эластичности ПА, используемых в качестве основы КМ для ГУ вращающихся валов.

В результате проведенных исследований были сделаны выводы, что для повышения эластичности полимера эффективно использование внутрипачечной пластификации. так как при соприкосновении полимеров с некоторыми пластификаторами и наличии сродства между ними молекулы пластификатора могут диффундировать внутрь пачек. При этом молекулы пластификатора, внедряясь между молекулами полимера, влияют на подвижность цепей, что во многих случаях приводит к повышению эластичности полимера.

В 3-й главе описаны экспериментальные исследования метода модифицирования КМ с полиамидной матрицей, пластифицированной внутри- и межпачечным пластификатором.

При использоватш полимера в качестве антифрикционного материала, пластифицированного межпачечным пластификатором, на него действует с двух противоположных сторон нагрузка и реакция, а приток тепла наблюдается только со стороны трущейся поверхности. Температура участка образца, находящегося в зоне трения, будет всегда выше температуры остальной части образца. Вероятно, молекулы пластификатора будут двигаться в сторону, противоположную движению теплового потока, т.к. амплитуда колебаний макромолекул полимера в зоне более высокой температуры будет выше, что будет способствовать более интенсивному выталкиванию молекул пластификатора. Это явление использовано при разработке КМ "Маслянит". Эффект самосмазывания достигается за счет непрерывной миграции межпачечного пластификатора в зону трения, что создает условия граничной смазки и позволяет разделять контактирующие поверхности слоем выделившегося пластификатора.

Исследования показали, что наиболее технологически выгодным способом пластификации КМ с полиамидной матрицей является способ введения в ПА пластификаторов, адсорбированными на твердоемазочном наполнителе.

Для исследования влиянии типа пластификаторов на эластичность и антифрикционные свойства КМ были использованы фенольные соединения, оказывающие пластифицирующее действие на ПА: 2,2'-диоксидифенил, 3-оксидифениламин, 3-окси-дифенилоксид, а также ранее применяемые для межпачечной пластификации ПА пла-

ливались по изложенной в главе 4 технологии и подвергались испытаниям согласно разработанным методикам и ГОСТам, указанным в главе 5.

На рис.2,3 отражены результаты исследования механических, на рис.4 - трибо-технических характеристик композиций. Видно, что внутрипачечные фенольные пластификаторы повышают эластичность композиций, а межначечные - пластичные смазочные материалы и касторовое масло - улучшают антифрикционные их характеристики. Трение по стали 12Х18Н9Т, Ус = 0,86 м/с; удельная нагрузка 1МПа

Действие фенольных пластификашров, создающих инуфилачечную пластификацию, можно ср.авштть с повышением температуры полимера. При их введении в ПА происходит увеличение кинетической энергии молекул полимера и вращение звеньев становится более свободным, скорость их увеличивается, повышается кинетическая гибкость молекул и коиформационная подвижность системы. Создаются условия для благоприятного протекания релаксационных процессов при приложении напряжения. Таким образом можно объяснить резкое увеличение с при введении внутрипачечного пластификатора в пределах 10-25 в.ч. Однако при дальнейшем увеличении содержания пластификатора происходит снижение сил межмолекулярного взаимодействия, что приводит к уменьшению значений £0 и <Ур.

5

200 180 140 100 60 1

40

20

1 - полиамидная смола П-12Л;

2 - П-12Л + 10 %мас. графита -

25 %мас. фенольного пластификатора;

3 - П-12Л + 10 %мас. графита -1-15%мас. пластичного смазочного материала Лг2158;

4 -П-12Л 10%мас. графита.

3

1

4

Рис. 2. Относительное удлинение при растяжении в зависимости от состава композиции. Испытания по ГОСТ 11262-76

Изменение коэффициента трения при межпачечной пластификации можно объяснить тем, что по мере увеличения количества вводимого в полимер пластификатора (до 5-7%) к трущейся поверхности в единицу времени поступает большее количество "смазки-пластификатора", что способствует снижению величины коэффициента трения. Затем наступает момент, когда количества выделившегося вещества вполне достаточно, чтобы обеспе^лгть надежную граничную смазку трущихся поверхностей. В этот момент наблюдается наиболее низкая величина

Содержание пластификаторов вес.ч. па ¡00 вес.ч. ПА

Рис.3. Зависимость разрушающего напряжения (1,2)и относительного удлинения при растяжении (Г,2') от содержания пластификаторов в КМ:1, Г - феноль-ные пластификаторы, 2, 2' - пластичный смазочный материал №158 и касторовое масло

Содержание пластификаторов вес.ч. на 100 вес.ч. ПА

Рис.4. Зависимость коэффициента трения от типа и количества пластификатора: 1 -пластичный смазочный материал №158, 2 -- касторовое масло, 3 - ЦИАТИМ-201, 4 - 2.2-диоксидифенил, 5 - 3-оксвдифениламин, 6 - 3-оксвдифешшоксид

)беспечнть надежную граничную смазку трущихся поверхностей. В этот момент наблюдается наиболее низкая величина коэффициента трения. В дальнейшем, по мере увеличе-тия количества вводимого пластификатора, происходит перенасыщение системы, в связи ; чем начинают ухудшаться физико-механические характеристики КМ.

Электронно-микроскопические исследования структур композиций на микрокоде УЭМВ-ЮОК и определение кристалличности на рентгеновском дифрактомет-ре ДРОН2 показали, что путем внутри- и межпачечной пластификации можно направленно регулировать кристалличность КМ в пределах 60-80% до 25-30% и получать гомогенные мелкодисперсные структуры.

В 4-й главе рассмотрен технологический процесс изготовления КМ "Маслянит-У". оптимизации его состава и параметров переработки.

Переработка композиционной шихты ведется на литьевой машине ЛМ-1 -"Орион", обеспечивающей разогрев, плавление полимерной основы, непрерывную гомогенизацию компонентов. Оптимизированный температурный режим по зонам обогрева литьевой машины: зона № 1 - 95 °С; зона № 2 —145 °С; зона № 3-188 °С (величина зон составляет 1/3 длины внутренней полости шнека); зона 4 (накопитель) - 166 °С.

Подготовка шихты ведется в следующей последовательности: совмещение пластичного смазочного материала № 158 и пластификаторов в смесителе при температуре 75-80 °С; порционное введение в полученную смесь графита при непрерывном перемешивании при температуре 80-100 °С (адсорбирование смеси пластификаторов на поверхности графита); совмещение полученного продукта с полиамидной смолой П-12Л при непрерывном перемешивании при температуре 80-100 °С до достижения равномерного распределения введенных ингредиентов.

При определении оптимального соотношения ингредиентов за параметр оптимизации выбрана величина относительного удлинения при растяжении, которая характеризует способность КМ проявлять эластичные свойства.

В результате проведенных исследований был определен оптимальный состав КМ -"Маслянит-У", приведенный в %мас. Полиамид П-12Л - 100; графит С-1 - 10; пластичный смазочный материал №158 - 7; 2.2'-диоксидифенила - 20.

Экспериментальная проверка оптимального состава и температурного режима переработки показала, что эластичность КМ "Маслянит-У" в сравнении с его аналогом -КМ "Масляшгг-9С"(без внутрипачечного пластификатора) увеличена на -140-150 %. Коэффициент трения в условиях граничного трения составил/= 0,09-0,14 при работе по стали 12X18Н9Т.

В 5-й главе описаны экспериментальные исследования физико-механических,, трибологических характеристик разработанного материала при действии на него химически-активных сред. Представлены результаты термодинамических и релаксационных испытаний КМ "Маслянит-У".

Предварительно была определена стойкость КМ к некоторым химически-активным средам. Оценка стойкости производилась по изменению механических показателей материала в соответствен с требованиями FOCT 12020—76.

На рис. 5 и 6 показана зависимость изменения механических характеристик от времени пребывания в различных средах.. Испытания по определению разрушающего

напряжения при растяжении ор и относительного удлинения £ проводились на разрывной машине ИМАШ 20-75 по ГОСТ 11262-76.

Видно, что в испытанных химических средах КМ "Маслянит-У" проявляет хорошую химическую стойкость. Максимальное изменение прочностных и деформационных характеристик не превышает 10%, а максимальное изменение массы - 0.35-0,5%.

Рис.5. Зависимость изменения разрушающего напряжения при растяжении от времени пребывания образца в средах: 1 - мстиленхлорид; 2 - углерод четыреххло-ристый, 3 -ацетон, 4 - дибутилфталат, 5 - рапа Тамбуканская.

Рис.6. Зависимость изменения относительного удлинения при растяжении от времени пребывания образцов в средах: Обозначения кривых см. рис.5.

Исследование триботехнических характеристик проводили на машине торцевого трения МТ-1 "Орион", представляющей собой установку торцевого трения с коэффициентом взаимного перекрытия равным единице, позволяющей имитировать работу узлов трения в экстремальных условиях эксплуатации.

На рис.7, показаны результаты изменения во времени коэффициента трения в зависимости от типа среды. Анализ полученных результатов показывает, что процесс приработки и стабилизации коэффициента трения, т.е. формирование фрикционного контакта, завершается в среднем за 20 мин. Наблюдается общая тенденция к снижению коэффициента трения с последующей стабилизацией. Максимальное значение (= 0,07 в среде ме-тилметакрилата, минимальное - 0,025 в среде дибутилфталата.

В Таблице 1 отражены результаты трибояогических испытаний КМ "Масля-нит-У" и некоторых полимерных материалов, применяемых качестве уплотнений. Видно, что разработанный материал по трибологическим характеристикам значительно превосходит указанные материалы.

0,1 0,09

10 20 30 40 300 Время, мин

Рис.7. Изменение во времени коэффициента трения в зависимости от окружающей среды: 1 - этиленхлорид, 2 - метиметакрилат,3 - метиленхлорид, 4 - углерод четырех-хпористый, 5 - ацешн, 6 - дибушлфтиш, 7 - рапа Тамбуканская.. Ус — 1,1 м/с; Р;л = 1 МПа; Т = 55 ± 3°С.

Исследования термодинамических процессов саморазогрева полимеров и КМ проводились на вибрационной установке ВУБ-1-"Орион". представляющей собой электрический вибратор 2, закрепленный на основании 1. Образец испытываемого материала-3 закреплен на балке —5 и на штоке вибратора - 4.(рис.8) Частота колебаний вибратора -50гц. Амплитуда колебания конца образца, закрепленного на штоке вибратора -10мм. Образцы для испытаний изготавливались в виде плоских нланочек размером 90x20x4 мм. Определение температуры по длине образца и средней температуры саморазогрева проводили с помощью тепловизора "ТегтоУ1-бюп-550" шведской фирмы "Agema".

Таблица 1. Триботехнические характеристики материалов. _применяемых для уплощений_

Материал Удельная нагруз- Коэффициент Износ, мкм/км пути

ка. МПа трения

Oiopoiijiaci-4 0.5 0,05 5

1 0.06 50

2 — катастрофический износ

Полиамид-! 2J1 0,5 0,11 15

2 0,12 50,6

4 0,10 750

6 — Катастрофический износ

Каиролон-В 0.5 0.12 10

о с 0.1 Î 41.2

6 0,11 210

8 0,10 590

10 — Катастрофический износ

Масляпит-У 1 0.048 0,81

2 0,055 0,95

4 0,047 0,10

6 0,041 0,3

10 0,042 1,2

Рис.8. Вибрационная установка ВУБ-1. Обозначения см. в тексте

На 9. показаны термограммы нагрева образцов. Видно, что повышение температуры саморазогрева для образцов у разработанного КМ "Маслянит-У" составляет всего 11,2°С, в то время как для образцов "Маслянита-9С"- 28,2°С, а для полиамида П-12Л - 31,1°С. Это подтверждает наши теоретические предпосылки, что внутрипа-чечная пластификация приводит к повышению гибкости молекулярных цепей КМ, переводу его структуры в область высокооластических деформаций..

Из анализа конструкций уплотнений ГУ вращающихся валов, следует, что для обеспечения герметичности узла губки уплотнений должны постоянно находится в

Рис.9. Термограммы образцов после проведения испытаний в течение 360 с. 1 - Мае-лянит-У, 2 - Маслянит-9С, 3 - П-12J1. Цифры на термограммах справа- температура в С0

контакте с контртелом (валом) под действие нагрузки, которая со временем в силу релаксационных явлений может понижаться. Поэтому были проведены исследования релаксации напряжений разработанных материалов во времени.

Испытания проводили на сконструированном и собранном в ОКТБ "Орион" релаксомегре осевого сжатая РОСБ-1, нагрузка на образцы в котором создается через образцовый динамометр осевого сжатия ДОС-1 ГОСТ 9500-75 системы Н.Г.Токаря . Нагрузка (напряжение в контакте) контролировалось индикатором часового типа ИЧ ГОСТ 577-76 - 11),

Образны для испытаний в виде цилиндров диаметром 10 мм и высотой 15 мм устанавливались между промежуточными шайбами, проводилось нагружение и через каждый час записывалось число делений индикатора, соответствующее напряжению на образцах.

На рис.10 показаны кривые релаксации напряжений КМ с полиамидной матрицей и политетрафторэтилена. Видно, что у всех испытываемых пластмасс наблюдается релаксация напряжений. Однако время до достижения условно-равновесного состояния у пла-

/%тч»»Д»тГ1 ТТГГ-ч-~>Т->'->»ГТТ|~,!П,~» Г1Г ГЧ »' ■ г чТЗ-ГТОТТС»ТТТТГ Т» * в Т/*\ А "Л Ло|-»ГГ«-ГТтГ;ГТ' V" V ЖЛЧТТ ТТТЛ ТТЛ» * * г

"и у к^ииши ¿иидчллм^/хих^ли-'^чАт .LVi.ctw.uai 1x11 J -у у

его аналога -КМ "Маслянит-9С" При этом было замечено, что падение напряжения в начальный период нагружеиия на 0,2 - 0,3 МПа происходило очень быстро за 8 - 10с.

После проведения испытаний в течение 10-ти суток установка разбиралась и проводилось измерение остаточной деформации. Измерения показали, что восстановление деформации у КМ "Маслянит-У" происходило значительно быстрее, у его аналога "Маслянита—9С".

В 6-й главе приводятся обсуждение полученных результатов и примеры промышленной реализации КМ "Маслянит-У" Объяснены причины снижения доли усталостного износа пои трении КМ "Масляните-У"

Условия для высокоэласшческих деформаций в КМ "Маслянит-У" созданы за счет введения пластификаторов. При этом эластичность повышает внутрипачечный

Время, сутки Рис.10. Кривые релаксации напряжений материалов: 1 - КМ "Маслянит-9С", 2 - КМ "Маслянит-У", 3 - политетрафторэтилен

пластификатор - 2,2'-диоксидифенил за счет внедрения в межмолекулярный объем композита, а обратимые деформации осуществляются межпачечным пластификатором - пластичным смазочным материалом №158, способствующим развитию кон-формационных перестроек макромолекул и надмолекулярных структур КМ. При этом энергия перестройки надмолекулярных структур, в большинстве случаев на 12 порядка ниже энергии разрыва связей в структуре

Таким образом за счет синергизма феномена самосмазываемости ПА, структурной приспосабливаемое™ в трибологическом контакте при трении системы макромолекул и надмолекулярных образований КМ и активации релаксационных процессов достигается максимальное понижение доли усталостного износа при трении

КМ "Маслянит-У" внедрен на Заводе "Красный котельщик" (г.Таганрог) в узлах трения транспортеров литейного цеха, работающих в условиях абразивных пылей.

После проведения успешных испытаний ожидаемый экономический эффект от внедрения КМ "Маслянит-У" на оборудовании по добыче и транспортировке сульфидных грязей составляет 125 тыс.руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Из анализа литературных и патентных источников, проведенного с целью обоснования возможности использования полимеров, твердых смазочных материалов, пластификаторов различного типа для создания уплотнений ГУ вращающихся валов, следует, что одними из перспективных материалов для создания уплотнений являются ПА. Однако для использования этих материалов в уплотнениях необходимо повысить их эластичность

2. В результате структурно-кинетических исследований ПА с использованием их биологических аналогов - полипептидов выявлено, что, как и большинство твердых смазочных материалов, ПА обладают склонностью к политипизму и полиморфизму с пониженной энергией активации полиморфных превращений Установлено, что в ПА полиморфные превращения под влиянием трения могут осуществляться не за счет разрушения межмолекулярных связей, а за счет процесса непрерывных конформационных пере-

кодов между различными формами синхронных реверсивных поворотов циклических фрагментов молекулярных цепей.

3. При исследований надмолекулярных структур ПА, пластифицированных внутри- и межпачечным пластификаторами, и механизмов пластификации выяснено: фе-нолышй пластификатор 2,2'-диоксидифенил обеспечивает внуфипачечную пластификацию полимера, резко понижая температуру стеклования и повышая эластичные свойства КМ типа "Маслянит" на 140-150%; пластичный смазочный материал №158 обеспечивает межпачечную пластификацию ПА и понижение коэффициента трения в граничном режиме до 0,08, незначительно влияя на температуру стеклования композита.

5. Установлено влияние типа и количества введенных пластификаторов на структуру и кристалличность КМ. При одновременном введении пластификатора №1 -пластичною смазочного материала № 158 (7 в.ч.)и пластификатора №2 - 2,2'-диоксидифенила (20 в.ч.) достигается наилучшее сочетание аморфной и кристаллической фазы КМ.

6. Разработан новый самосмазывающийся атифрикционный КМ "Маслянит-У" для уплотнений ГУ вращающихся валов, работоспособных в водных и некоторых химических средах, не оказывающих растворяющего действия на ПА П-12Л. .Методом математического планирования эксперимента определен его оптимальный состав ( полиамидная смола П-12Л - 100 в.ч., графит С-1 - 10 в.ч., пластичный смазочный материал №158

- 7 в.ч., 2,2'-диоксидифенил - 20 в.ч.) и оптимальный температурный режим переработки на литьевой машине ЛТ-1 "Орион" (1-я зона - 95°С, 2-я зона - 145°С, 3-я зона - 188°С, 4-я зона- 166°С).

7. При определении стойкости разработанного материала к химически-активным средам в соответствии с ГОСТ 12020-76 установлено, что изменение деформационных и прочностных характеристик после нахождения в исследуемых средах не превышает 10%, изменение массы - 0,5%.

9. Из результатов трибологических исследований следует, что КМ "Маслянит-У" обладает стабильным значением коэффициента трети при работе в агрессивных средах. При переменных нагрузках Ру.г = 1-10 МПа, температурах Т°С = 20-100°С, скоростях скольжения Vc = 0,86-3,6 м/с среднее значение коэффициента трения соответствует f ~ 0,02

- 0,07 и отмечается удовлетворительная износостойкость -1 = 0,6 -1,2 мкм/км пути.

10. При исследовании физико-механических характериспвс КМ установлено, что введение в ПА фенольных пластификаторов активизирует релаксационные процессы, приводящие к установлению нового равновесного состояния ,что, в конечном итоге, приводит к снижению усталостного износа, характерного для уплотнений ГУ с полимерной матрицей.

11. При определении термодинамических характеристик КМ "Маслянит-У" выявлено, что введение фенольных пластификаторов в 2 - 3 раза понижает температуру саморазогрева КМ.

12. КМ "Маслянит-У" внедрен в узлах трения оборудовании по добыче и транспортировке сульфидных лечебных грязей Тамбуканского озера (г.Пятигорск, ОАО "Кавминкурортресурсы)) и в узлах трения транспортеров литейного цеха (г.Таганрог, АО "Красный котельщик").

Основные материалы диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Логинов В.Т., Гончаров A.B., Башкиров О.М., Хваловский A.B. Типугин A.A., Ильясов ВА. Некоторые исследования материалов типа "Маслянит" доя узлов трения, работоспособных в экстремальных условиях эксплуатацииУ/Тр. IV-й науч.-техн. конф. "Транспорт, экология - устойчивое развитие" 14-16 мая 1998 г. Варна, Болгария. - С. 56-57.

2. Loginov V.T., Bashkirov О.М., Khvalovsky A.V., Tipugin A.A., Goncharov A.V., Loginova N.V. On Friction and Wear of Composite Materials of "Maslyanite" Type proc. of the 5th International Symposium INSYCONT'98, September 16th- 18th, 1998. - Poland, Krakov, -P.146-149.

3. Dorofeyev Yu.G., Loginov V.T., Vorobyeva T.Yu., Vorobyev Yu.R., Bashkirov O.M., Khvalovsky A.V. Investigation of Asbestos-FreeFriction Materials With Ecologically Pure Filler Fibre. Type proc. of the 5th International Symposium INSYCONT'98, September 16th - 18th,

1998. - Poland, Krakov, ~ P.157-1S8.

4. Логинов B.T., Башкиров O.M., Дерлугян П.Д., Хваловский A.B., Ильясов В.А. Новые самосмазывающиеся композиционные материалы - вопросы химического конструирования. Тр. междунар. семинара-выставки "Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении" (НАУКА-ПРОИЗВОДСТВУ) 2023 апреля 1999г.-Киев, 1999-С.54.

5. Логинов В.Т., Башкиров О.М., Хваловский A.B., Иванов A.C., Апальков А.Ф., Логинова Т.И. Композиционные материалы с полиимидной матрицей и прогнозирование нх эксплуатационных характеристик.//Тр. науч.-техн. конф. "Материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии" 21-22 апреля 1999 г.-Москва, 1999.-С.68.

6. Логинов В.Т., Хваловский A.B., Башкиров О.М., Ильясов В.А., Гончаров A.B. Исследование методов неразрушающего контроля качества композиционных материалов с помощью ультразвука и тепловизора.//Тр. 19 междунар. конф. и выставки "Композиционные материалы в промышленности" (СЛАВПОЛИКОМ-99) 11-13 мая 1999 г.-Киев, 1999.-С.43.

7. Ворович И.И., Логинов В.Т., Башкиров О.М., Гончаров A.B., Хваловский A.B., Ильясов В.А. Исследование диагностики сегментов гидрогенераторов.//Тр. 15-й научн.техн.конф. "Неразрушающий контроль и диагностика" 29 июня - 2 июля 1999 г., M., 1999.-С.49-50

о. Логинов В.Т., Щеголев В.А., Башкиров О.М., Кугьков A.A., Хваловский В.А., Ко-ноненко Н.В. Биофизические и структурные подходы к трению и изно-суУ/Атпифриихионные материалы специального назначеиия.-Новочеркасск: ЮРГТУ,

1999.-С.41-45.

9. Иванов В.В, Логинов, В.Т., Башкиров О.М., Хваловский В.А., Кононенко Н.В., Попов A.B. О структурно-фазовой разупорядоченности на поверхности антифрикционных материалов.//Антифрикционные материалы специального назначение-Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999.-С.93-98.

10. Логинов В.Т., Башкиров Ü.M., Хваловский A.B., Алпеев О.В., Кононенко Н.В., Димитров А., Табаков И. Некоторые методы повышения долговечности материалов для узлов трения технических объектов.//Новые технологии управления движением технических объектов. Матер. 2-й междунар. науч.-техн. конф-Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999,- С. 112-114.

ВВЕДЕНИЕ

1. Герметизирующие устройства (ГУ) и материалы для их уплотнительных элементов

1.1. Классификация ГУ и проблемы герметологии подвижных соединений.

1.2. Анализ конструкций ГУ вращающихся валов.

1.3. Опыт использования полимеров и композиционных материалов

КМ) на их основе для контактных подвижных ГУ

1.4. Анализ использования полиамидов и КМ на их основе в трибологических системах

1.5. Выводы, постановка цели и задач исследований

2. Теоретические исследования по созданию КМ для уплотнений ГУ вращающихся валов

2.1. Структурно-кинетические исследования полиамидов как аналогов биологических объектов-полипептидов

2.2. Теоретические предпосылки повышения антифрикционных свойств и эластичности полиамидов методом пластификации

2.3. Выводы

3. Экспериментальные исследования метода модифицирования

КМ внутри- и межпачечным пластификаторами

3.1. Разработка способа пластификации полиамидов

3.2. Исследование влияния типа пластификатора на эластичность и антифрикционные характеристики КМ

3.3. Исследование структуры КМ

3.4. Выводы

4. Изготовление КМ - "Маслянит-У", оптимизация его состава и параметров переработки

4.1 .Технологический процесс изготовления КМ

4.2. Определение оптимального состава КМ

4.3. Оптимизация температурных режимов переработки

4.4. Выводы

5. Экспериментальные исследования физико-механических, тепловых и релаксационных характеристик КМ "Маслянит-У"

5.1. Определение стойкости к действию химически-активных сред

5.2. Исследование триботехнических характеристик

5.3. Исследование физико-механических характеристик

5.4. Исследование термодинамических и релаксационных характеристик

5.5. Выводы

Одним из путей выхода страны из затяжного экономического кризиса является создание конкурентоспособных образцов новой техники с использованием новых материалов. Особое место занимают в этом композиционные материалы (КМ) с неметаллическими матрицами, в том числе с полимерными.

В настоящее время одним из направлений использования КМ с полимерной матрицей является антифрикционное материаловедение. В этой области науки и техники эти материалы имеют особое значение, благодаря появлению новых пластмасс и широким интервалам варьирования составов, химической и физической структуры матрицы и наполнителя. Поэтому постоянно увеличивается количество областей техники, где в узлах трения взамен традиционных антифрикционных бронз, баббитов и композиций на металлической основе появляются антифрикционные самосмазывающиеся КМ с полимерной матрицей, использование которых увеличивает не только долговечность узла трения, а соответственно и механизма в целом, но и резко повышает его надежность. При этом экономическая эффективность этих материалов заключается не только в повышении долговечности образцов новой техники и, соответственно, повышении их конкурентоспособности, но и в увеличении долговечности существующих машин и механизмов модернизацией их узлов трения путем замены подшипников качения на подшипники скольжения из самосмазывающихся КМ.

Однако во многих случаях, решение задач внедрения самосмазывающихся КМ с полимерной матрицей в узлы трения машин и механизмов особо связано с проблемой обеспечения их герметичности с помощью специальных герметизирующих устройств (ГУ).

Одним из частных, но вместе с тем наиболее важным вопросом является повышение работоспособности и долговечности уплотнений вращающихся валов, а именно, наиболее распространенных в технике контактных уплотнений манжетного типа. Основным герметизирующим элементом в конструкциях манжет является резиновый уплотнительный элемент, поскольку резина сочетает в себе такие ценные свойства, как высокая эластичность и технологичность изготовления изделий. В то же время износо-, морозо- и теплостойкость резиновых материалов сравнительно низка, что, в конечном итоге, резко снижает эффективность их использования в узлах трения современной и перспективной техники. Поэтому проведение исследований, направленных на создание новых более долговечных материалов, работоспособных в широком интервале температур, сочетающих высокую износостойкость, низкие коэффициенты трения, химическую стойкость и эластичность для манжетных уплотнений машин и механизмов является важной и актуальной технической задачей.

Научные основы создания антифрикционных, самосмазывающихся КМ на основе, широко используемых полимеров - полиамидов (ПА), начиная с синтеза и кончая разработкой технологий изготовления изделий, разработаны в ОКТБ "Орион". Созданные здесь КМ - "Масляниты" нашли применение практически во всех областях промышленности и получили высокую оценку у материаловедов трибологов, создающих и внедряющих подобные материалы. Получены положительные результаты при использовании некоторых типов "Маслянитов" в качестве уплотнительных материалов ГУ [ 1 ].

Доказано, что самосмазываемость "Маслянитам" придают тонкие граничные пленки, образующиеся в контакте с металлами, за счет миграции пластификатора из объема материала на поверхность трибологического контакта в процессе трения. При этом процессы физической адсорбции уже на первой стадии работы трибологической пары приводят к снижению сил трения и повышению износостойкости пар трения. Вторая стадия, характеризующаяся процессами химической адсорбции, приводит к образованию в контакте вторичных структур, имеющих новые, отличающиеся от объемных, свойства [2].

Однако, несмотря на значительные достижения в разработке и исследовании антифрикционных самосмазывающихся КМ с полиамидной матрицей до настоящего времени не решен ряд безотлагательных задач, которые позволяют еще более расширить области использования этих полимеров для узлов трения машин и механизмов и, в частности, для использования их в качестве материалов для ГУ узлов трения машин и механизмов.

Так, не достаточно изучена природа антифрикционности самих ПА, являющихся матрицей для большинства современных и перспективных самосмазываемых КМ. Требуются более глубокие исследования вязкоупругих свойств КМ на основе ПА, определяемых молекулярной подвижностью, релаксационными процессами и их изменением под действием модификаторов. Сравнительно мало информации о ползучести КМ с полиамидной матрицей.

Для решения вышеперечисленных задач требуется использование новых нетрадиционных подходов к физико-химическому конструированию КМ, привлечения к ним перспективных исследований в области физической химии и химической физики твердого тела, трибологического материаловедения, трибо-мониторинга и триботехнологий. Новым путем развития науки о трении и износе, все чаще используемым материаловедами, являются представления о самоорганизации, имеющие место в биологической эволюции, развитые в трудах И.Пригожина [3].

Большое значение в этих областях науки и техники имеют теории структурной приспосабливаемое™ и структурно-кинематического моделирования подвижных молекулярных форм [4,5]. Использование этих теорий и теоретических предпосылок позволяют трибол огам-материаловедам не только объяснять многие закономерности, происходящие в объеме КМ и в зоне трения, но и практически решать вопросы создания трибологических КМ с заранее заданными свойствами путем введения в них компонентов, меняющих их физико-механические свойства и создающих в зоне трения вторичные структуры, резко повышающие их трибологические характеристики.

Настоящая работа посвящена разработке и исследованию антифрикционного самосмазывающегося КМ с полиамидной матрицей, модифицированной твердыми смазочными материалами и пластификаторами, обладающего достаточной эластичностью для использования в качестве уплотнительного материала ГУ машин и механизмов, эксплуатируемых в некоторых химически-активных средах.

Исследования выполнялись в соответствии с темами НИР: "Исследования по созданию экологически чистых биологически стойких самосмазывающихся материалов, создающих в зоне трибосопряжений диссипативные саморегулирующиеся системы, работоспособные в экстремальных условиях эксплуатации", выполненной согласно Решения Госкомиссии РФ № 58 от 24.04.91 г; Федеральной целевой программой "Развитие Северо-Кавказского региона на период до 2005 г".(протокол от 14.04.99 г. конкурсной комиссии Министерства национальной политики РФ)".

1. ГЕРМЕТИЗИРУ Щ ИЕ УСТРОЙСТВА И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИХ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Из анализа литературных и патентных источников, проведенного с целью обоснования возможности использования полимеров, твердых смазочных материалов, пластификаторов различного типа для создания уплотнений ГУ вращающихся валов, следует, что одними из перспективных материалов для создания уплотнений являются ПА. Однако для использования этих материалов в уплотнениях необходимо повысить их эластичность

2. В результате структурно-кинетических исследований ПА, с использованием их биологических аналогов - полипептидов, выявлено, что, как и большинство твердых смазочных материалов, ПА обладают склонностью к политипизму и полиморфизму с пониженной энергией активации полиморфных превращений Установлено, что в ПА полиморфные превращения - перестройка под влиянием внешнего воздействия (трения) - могут осуществляться не за счет разрушения межмолекулярных связей, а за счет процесса непрерывных конформацион-ных переходов между различными формами синхронных реверсивных поворотов циклических фрагментов молекулярных цепей. С целью повышения эластичности ПА их необходимо модифицировать методом пластификации.

3. При исследовании надмолекулярных структур ПА, пластифицированных внутри- и межпачечным пластификаторами, и механизмов пластификации выяснено: - фенольный пластификатор 2,2'-диоксидифенил обеспечивает внутрипачечную пластификацию полимера, тем самым резко понижая температуру стеклования композита и повышая эластичные свойства КМ типа "Мас-лянит" на 140-150%; -пластичный смазочный материал №158 обеспечивает межпачечную пластификацию ПА и понижение коэффициента трения в граничном режиме до 0,08, незначительно влияя на температуру стеклования композита.

5. Установлено влияние типа и количества введенных пластификаторов на структуру и кристалличность КМ. При одновременном введении пластификатора №1 -пластичного смазочного материала № 158 (7%мас.) и пластификатора №2 - 2,2'-диоксидифенила (20%мас.) достигается наилучшее сочетание аморфной и кристаллической фазы КМ.

6. Методом математического планирования эксперимента, определен оптимальный состав КМ "Маслянит-У" ( полиамидная смола П-12Л -100%мас., графит ГС-1 - 10%мас., пластичный смазочный материал №158

7%мас., 2,2'-диоксидифенил - 20%мас.) и оптимальный температурный режим переработки на литьевой машине ЛТ-1 "Орион" (1-я зона - 95°С, 2-я зона -145°С, 3-я зона - 188°С, 4-я зона - 166°С).

7. Разработан новый самосмазывающийся антифрикционный КМ - "Масля-нит-У" для уплотнений ГУ вращающихся валов, работоспособных в водных и некоторых химических средах, не оказывающих растворяющего действия на ПА П-12Л.

8. При определении стойкости разработанного материала к химически-активным средам в соответствии с ГОСТ 12020-76 установлено, что изменение деформационных и прочностных характеристик после нахождения в испытываемых средах не превышает 10%, изменение массы — 0,5%.

9. Из результатов трибометрических исследований следует, что КМ "Масля-нит-У" обладает стабильным значением коэффициента трения при работе в агрессивных средах. При переменных нагрузках Руд. = 1-10 МПа, температурах Т°С = 20-100°С, скоростях скольжения Ус = 0,86-3,6 м/с среднее значение коэффициента трения соответствует { = 0,02 - 0,07 и отмечаются хорошие износостойкие характеристики I = 0,6 - 1,2 мкм/км пути.

10. При исследовании физико-механических характеристик КМ установлено, что введение в ПА фенольных пластификаторов активизирует релаксационные процессы, приводящие к установлению нового равновесного состояния, что, в конечном итоге, приводит к снижению усталостного вида износа, характерного для уплотнений ГУ с полимерной матрицей.

11. При определении термодинамических характеристик КМ "Маслянит-У" выявлено, что введение фенольных пластификаторов в 2 - 3 раза понижает температуру саморазогрева КМ.

Сочетание высоких триботехнических, физико-механических, релаксационных характеристик и стойкости к химическим средам, не растворяющим полимерную матрицу, позволило рекомендовать КМ "Маслянит-У Для использования в качестве материала уплотнений ГУ вращающихся валов оборудования различных отраслей техники, в том числе машиностроения, химической промышленности, сельского хозяйства, транспортного машиностроения и др.

В настоящее время КМ "Маслянит-У" внедрен в ГУ подшипниковых узлах специального оборудования по добыче лечебных грязей Тамбуканского озера (г.Пятигорск) и в узлах трения траспортёров литейного цеха завода "Красный котельщик" (г.Таганрог)

1. Детали из композиционных самосмазывающихся материалов для узлов трения машин и механизмов: Реки, проспект ОКТБ "Орион".- Новочеркасск: НИИ, 1989.- 16 с.

2. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979,512с.

3. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Бершадский Л.И. Механо-химические процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972, 170с.

4. Кутьков А. А., Щеголев В. А.Структурно-кинематическое моделирование подвижных молекулярных форм/- Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1984.-160 с.

5. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. Кн.2./Под ред. И.В.Крагельского и В.В.Алисина. М.: Машиностроение, 1979. - 358с.

6. Контактные уплотнения вращающихся валов/Голубев А.И., Ку-кин Г.М., Лазарев A.B. Чичинадзе A.B. М.: Машиностроение, 1976. - 264с.

7. Решение задач тепловой динамики и моделирования трения и износа/Под ред. A.B.Чичинадзе. М.: Наука, 1980.-151 с.

8. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник/ Под общ. ред. Го-лубева А.И. и Кондакова Л.А.- М.: Машиностроение, 1994. 464 с.

9. Ганз С.Н., Пархоменко В.Д. Антифрикционные химически-стойкие материалы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1965. 148 с.

10. Голубев Г.А., Кукин Г.М. Уплотнения вращающихся валов. М.: Наука. 1966. 96 с.

11. Голубев А.И. Торцевые уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1974. 412 с.

12. Кондаков JI.А. Уплотнения гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1972. - 240 с.

13. Макаров Г.В. Уплотнительные устройства. Л.: Машиностроение. Изд. 2-е доп. и перераб., 1973. 232 с.

14. Кокичев В.Н. Уплотнительные устройства в машиностроении Л.: Судпромгиз., 1962. 186 с.

15. Балгга Г.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машгиз, 1963. 324 с.

16. Журавлева С.И. Расчет и конструирование уплотнительных эласто-мерных манжет с упрочненной поверхностью с целью повышения их эксплуатационного ресурса. Автореф. канд. дис., Краснодар, 1996.

17. Майер Э. Торцевые уплотнения. М.: Машгиз. 1978. 134 с.

18. Козулин Н.А., Лопаченок Б.И. Пластмассы как материал для торцевых уплотнений. Л.: Изд-во ЛДНТП, 1964.-68 с

19. Мирзоев Р.Г. Пластмассовые детали машин и приборов. Л.: Машиностроение, 1971-196 с.

20. Проектирование и расчет морозостойких подвижных уплотнений/И.Н.Черский, С.Н.Попов, И.З.Гольдштрах. Новосибирск: Наука, Сиб.отд-ние, 1992.-123 с.

21. Полимеры в узлах трения и уплотнениях при низких температурах. /Справочник. Под. ред. А.П.Макушкина. М.: Машиностроение, 1993-145с.

22. E.W. Fisher, D.H.Wilkinson. Extending the liptype seal horison.- Lubricant., Eng., 1964, 20, №3, p.87.

23. Патент ФРГ, 47f, 22/85, №879939.

24. Патент ФРГ, 47f, 22/85, №948464.

25. Патент ФРГ, 47f, 22/85, №953029.

26. Патент ФРГ, 47f, 22/85, №949916.

27. Черский И.Н. Полимерные материалы в современной уплотнительной технике. Якутск, Якутское книжное изд-во, 1975.-112 с.

28. Голубев Г.А. О динамических эффектах, возникающих в манжетных уплотнениях быстровращающихся валов / Сб. Вопросы трения и проблемы смазки. М.: Наука. - С. 36-43.

29. Кукин Г.М. Торцевые уплотнения быстровращающихся валов. В сб. Применение материалов на основе пластмасс для опор скольжения и уплотнений в машинах. М.:, Наука, 1968 С.124-133.

30. С.Б.Ратнер. Сопоставление истирания резин и пластмасс. Сб. Фрикционный износ резин M.-JI. Химия.-1964.-146 с

31. М.М.Резниковыский, Г.И.Бродский. Особенности механизма истирания высокоэластичных материалов. Сб. Фрикционный износ резин -M.-J1. «Химия».-1964- 136 с

32. В.М.Борисов, С.В.Каверзин. О механизме износа уплотнений. «Известия высших учебных заведений, М.: Машиностроение, №2, Из-во МВТУ им. Баумана.-1969.-124 с.

33. Дудка А.И. Исследование трения, износа и герметичности торцевых уплотнений с применением антифрикционных графитосодержащих материалов. Автореф. канд. дис., М.: 1982.

34. Чегодаев Д.Д., Наумова З.К., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Гос-химиздат-1960 192 с.

35. Семенов А.П., Савинский Ю.Э. Металлофторопластовые подшипники. М.: Машиностроение-1976-192 с.

36. Жедялис С.П. Исследования работоспособности уплотнений подвижных соединений. Автореф. канд. дис., Каунас, 1980.

37. Генель C.B., Лебедева Е.Д. Опыт применения уплотнений из пластмасс для сепараторов. В сб.: Применение материалов на основе пластмасс для опор скольжения и уплотнений в машинах. М.:, Наука, 1968 С. 127-133.

38. Белый В.А., Купчинов Б.И., Михнеевич A.C. К вопросу о механизме трения наполненных полимеров. В сб.: О природе трения твердых тел. Минск, Наука и техника, 1977- С.34-39.

39. Белый В.А., Свириденок А.И., Купчинов Б.И. Новые материалы и конструкции узлов трения на основе полимеров. В сб.: Проблемы трения и износа в современной технике. Тез.докл.М.: 1974- С.24-32.

40. Матвиевский P.M., Поздняков В.В., Семенов А.П. Влияние наполнителей на износостойкость фоторопласта-4 при трении без смазки. В сб.: Пластмассы в подшипниках скольжения. М.: Наука, 1965 С. 46-51.

41. Фарберова И.И., Ратнер С.Б. Влияние наполнения и пластификации на износостойкость пластмасс. Пластмассы, №4,1967- С. 12-15.

42. Евдокимов Ю.А. Применение пластмасс в узлах трения путевых, строительных и грузоподъемных машин. В сб.: Применение материалов на основе пластмасс для опор скольжения и уплотнений в машинах. М.:, Наука, 1968.-С.75-77.

43. Козулин H.A., Лопаченок Б.И. Пластмассы как материал для торцевых уплотнений. Л.: Изд-во ЛДНТП, 1964.-85 с.

44. Трение полимеров/В.А.Белый, А.И.Свириденок, М.И.Петроковец, В.Г.Савкин. М.: Наука, 1972- 202 с.

45. Краткая химическая энциклопедия. -М.: Советская энциклопедия, 1965.-Т.4.- 1182 с.

46. Энциклопедия полимеров: В 3-х т. / Под ред. В. А. Каргина, В. А. Кабанова- М.: Советская энциклопедия, 1972-1977 Т.2.

47. Бахарева В. Е., Конторовская И. А., Петрова Л. В. Полимеры в судовом машиностроении.-Л.: Судостроение, 1975- 237 с.

48. Технология пластичных масс/ Под ред. В. В. Коршака.- изд. 3-е, пере-раб. и доп. М.: Химия, 1985.- 560 с.

49. Полимеры: Пер. с англ./ В. Р. Говарикер, Н. В. Висванатхан, Дж. Шридхар; Предисл. В. А. Кабанова. М.: Наука, 1990. 369 с.

50. Полимерные материалы: Справочник/ М.Ю.Кацнельсон, Г.А.Балаев. Л.: Химия, 1982.-317 с.

51. Композиционные материалы: Справочник/ Под ред. Д. М. Карпиноса. Киев.: Наукова Думка, 1985 592 с.

52. Логинов В. Т., Дерлугян П. Д., Мшвениерадзе Т. Г./ Повышение надежности и долговечности узлов трения, работающих в водных средах// Антифрикционные материалы специального назначения: Межвуз. сб.- Новочеркасск: НПИ, 1988.- С.4-17.

53. Материалы для узлов сухого трения, работающих в вакууме: Справочник/ Н. А. Цеев, В. В. Козелкин, А. А. Гуров; Под общ. ред. В. В. Козелкина. -М.: Машиностроение, 1991.- 192 с.

54. Белый, А.И.Свириденок, М.И.Петроковец, В.Г.Савкин/ Трение и износ материалов на основе полимеров,- Минск: Наука и техника, 1976.- 431 с.

55. Износостойкие материалы в химическом машиностроении: Справочник/ Под ред. д-ра техн. наук Ю. М. Виноградова.- Л.: Машиностроение, 1977.- 256 с.

56. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник/ А. В. Чичинад-зе, А. Л. Левин, М. М. Бородулин, Е. В. Зиновьев; Под общей редакцией А. В. Чичи-надзе 2-е изд., переработанное и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 328 с.

57. Износостойкие материалы в химическом машиностроении: Справочник/ Б. Д. Воронков, Ю. М. Виноградов, Г. Е. Лазарев и др.- Л.: Машиностроение, 1977.- 254 с.

58. Гольдаде В. А., Струк В. А., Песецкий С. С. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем.- М.: Химия, 1993.- 240 с.л

59. Заявка 86458/77 Япония, МКИ В 29 7/02. Износостойкие материалы для изготовления трущихся деталей, 1977.

60. Заявка Японии № 54-15593, 14.12.76, С08069/12.

61. Патент ГДР № 215560, 24.05.83, С08Ь77/00.

62. Заявка Франции № 2554116, 31.10.84, С08069/06.

63. Кутьков А. А. Износостойкие и антифрикционные покрытия.- М.: Машиностроение, 1976.- 152 с.

64. Гойтемиров Р. У., Губарев С. М., Кутьков А. А., Мамаев Н. М. Антифрикционные полимерные материалы в автомобилестроении: Обзорная информация,- М.: НИИавтопром, 1980.- 60 с.

65. Кутьков А. А. Исследования в области трения и износа.// Трение, износ и смазка: Тр./Новочерк. политехи, ин-т.- Новочеркасск, 1974.- Т.295.- С. 3-7.

66. Самосмазывающиеся подшипники скольжения для работы в морской воде/ В. А. Кутьков, А. Н. Налетов, П. Д. Дерлугян, В. С. Исаков, А. С. Сухов// Триботехника и антифрикционное материаловедение: Тез. докл.- Новочеркасск: НПИ, 1980.-С. 199.

67. Гольдман И. М. Исследования механизма износа стальных деталей, работающих в паре с полиамидами при сухом трении и смазке водой: Дисс. . канд. техн. наук.- Новочеркасск, 1970.

68. Дубинкин. В. П. Исследованме возможности повышения антифрикционных свойств пары трения титан-титан путем применения смазочных материалов. Дисс. канд. техн. наук.- Орехово-Зуево, 1967.

69. Струк В. А. Создание и исследование машиностроительных антифрикционных материалов на основе модифицированных термопластов: Авто-реф. дисс. канд. техн. наук.- Минск, 1979.

70. Струк. В. А. Роль трибохимического фактора в создании металлопо-лимерных узлов трения// Трение и износ.- 1987.- Т. 8, № 5.

71. Дмитриева Т. В. Износ и механодиструкция полимеров при фрикционном контакте поверхностью твердого тела: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.-Новочеркасск, 1972.

72. Пинчук Л. С., Неверова А. С., Гольдаде В. А. О некоторых возможностях поляризации пар трения// Трение и износ.- 1980.- Т. 1., №6.- С. 1089-1092.

73. Струк В. А. Механика и физика контактного взаимодействия. Калинин: КГУ, 1979. С. 69-76.

74. Барамбойм Н. К. Механохимия высокомолекулярных соединений.-М.: Химия, 1978.- 387 с.

75. Исследование фрикционных характеристик композиционных материалов на основе термопластичных полимеров/ В. А. Белый , Ю. М. Пласкачев-ский, В. А. Струк, X. Утц, К. Рихтер, И. Видемайер //Трение и износ,- 1980.- Т. 1, № 6.- С. 970-975.

76. Краснов А. П., Грибова И. А., Чумаевская А. Н. Химическое строение полимеров и трибохимические превращения в полимерах и наполненных системах// Трение и износ.- 1997.-Т. 18, №2.- С. 258-279.

77. Кутьков А. А., Авдеев Д. Т., Малеванный В. И. Антифрикционные композиции на основе пластифицированных полимеров// Трение и износ.-1982.-Т.З, № 3.- С. 447-452.

78. Логинов В. Т., Дерлугян П. Д. Роль жидких и твердых смазочных материалов в создании антифрикционных самосмазывающихся композитов наполимерной основе// Антифрикционные материалы специального назначения: Межвуз. сб.- Новочеркасск, 1991.- С. 4-16.

79. Кутьков А. А. Исследования в области трения и износа// Трение износ и смазка: Тр./Новочерк. политехи, ин-т.- Новочерксск,1974.- Т.295.- С.3-8.

80. Кутьков А. А., Благовестный А. С. Новые закономерности трения и износа металлополимерной пары в режиме граничного трения// Вопросы теории трения, износа и смазки: Тр./Новочерк. политехи, ин-т.- Новочеркасск, 1969.-Т.215.-С. 9-12.

81. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения.- М., 1963,- 472 с.

82. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ.- М., 1977.- 525 с.

83. Типугин A.A. Разработка композиционных материалов с полиамидной матрицей и химически-активным пластификатором. Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- Новочеркасск, 1979.

84. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. Пер. с англ. Под ред. д-ра техн. наук И.В.Крагельского. М.: Машиностроение., 1968 544 с.

85. Дерягин Б.В. Что такое трение? Изд-во АН СССР, М.: -1952 288с.

86. Крагельский И. В. Трение и износ изд.- 2-е перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1968.-480 с.

87. E.Rabinowich. Surface energy approach to friction and wear-Proc.Engen., 36, №6, 1965.-p.253-259.

88. Бершадский Л.И. Новое в теории и практике структурной приспосабливаемое™ и приработки кинематических пар. Киев.: Наукова думка 1985 - 122 с.

89. Новые технологии управления движением технических объектов. /Материалы 2-й междунар. науч. технич. конф. /Юж. - Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, т.2,1999- 163 с.

90. Charnley J. The New Scientist, 6, 1959, p.61

91. Lewis P.R., Me Cutchen C.W. Nature, 184, p.1285.

92. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Л. : Химия, 1990 358 с.

93. М.В.Волькенштейн. Молекулярная биофизика. М.: Наука, 1975 616 с.

94. В.В.Иванов, В.Т.Логинов, О.М.Башкиров, В.А.Хваловский,

95. H.В.Кононенко, А.В.Попов. О структурно-фазовой разупордоченности на поверхности антифрикционных материалов/Сб.Антифрикционные материалы специального назначения: Сб.науч.тр./Юж.-Рос.гос.техн.ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999.-С.93-98.

96. Каргин В.А., Козлов П.В. и др. ДАН СССР, 136, 357, (1960).

97. Козлов П.В. ЖВХО им. Менделеева, 9, 660, (1964).

98. Тиниус К. Пластификаторы. Пер. с нем. М-Л., Химия, 1964- 344 с.

99. Тагер A.A. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1968 520 с.

100. Каргин В.А., Малинский Ю.М. Химия и физико-химия высокомолекулярных соединений. М., Изд-во АН СССР, 1952 255 с.

101. Френкель Я.И. Собр.избр. труд., т.З, М.: Изд-во АН СССР, 1952.-346 с

102. Kelley F.N.,BuecheF. J.Polymer. Sei. 50, 1962, (1962).

103. Ферри Дж. Вязкоупругие свойства полимеров. М.: Издатинлит, 1963, С.ЗО-55.

104. F.Wurstlin, H.Klein, Makromol, Chem., 16,1, (1955).

105. Лельчук Ш.Л., Седлис В.И. ЖПХ, 30, 1041, (1957); 31, 887, (1958).

106. Тагер A.A., Суворова А.И. и др. Высокомолекулярные соединения, 4,803,809,(1962).

107. C.W.Bunn. J. Polimer. Sei., 16, 323, (1955).

108. Тагер A.A., Суворова А.И. и др. Высокомолекулярные соединения. 8, 1968; (1966); 10, 2278, (1968).

109. Каргин В.А., Соголова Т.И. и др. Высокомолекулярные соединения.1.(1959), С. 1970.

110. Слонимский Г.Л., Комская Н.Ф. ЖФХ, 30, 1529, 1745. (1956).

111. Журков С.Н., Абасов С.А. Высокомолекулярные соединения, 3, 450,1961).

112. Курбанолиев М., Тагер A.A. Механика полимеров,2, 1968.-358 с.

113. Тагер A.A. Физико-химия полимеров.М.: Химия, 1968 520с

114. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки физико-химии поли-iepOB. М.: Химия, 1967.-180с.

115. Торнер P.B. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977.- С. 15-142; С. 189-200.

116. Тайер Г.Б. и др. Переработка термопластичных материалов. Под ред. Э.Бернхарда. М.: Химия, 1965.- С.329-426.

117. Каргин В.А., Малинский Ю.М. ДАН, 73, 967, (1950).

118. Каргин В А, Сошлова Т.И. Высокомолекулярные соединения. 7,1965, С.385.

119. Козлов П.В. ЖВХО им Менделеева, 9, 660, (1964).

120. Тимофеева В.Г., Козлов п.В. Целлюлоза и её производные. М.: Изд-во АН СССР, 1963, С.171.

121. J.H.Gills, Е.А. Di Marzio. J. Polimer Sei. 28, 373, (1968).

122. Каргин B.A., Соголова Т.И., Талипов Г.Ш. ДАН, 142, 627, (1962); ДАН, 142, 844, (1962).

123. Каргин В.А., Соголова Т.И., Талипов Г.Ш. Высокомолекулярные соединения. 5, 1809, (1963).

124. Каргин В.А., Соголова Т.Н., Талипов Г.Ш. Высокомолекулярные соединения. 4, 1718, (1962).

125. Талипов Г.Ш., Соголова Т.И, Каргин В.А. Высокомолекулярные соединения. 1, 1670, (1959).

126. Иванова З.Г., Раговин З.А. ЖПХ, 11, 1348, (1948).

127. Гуль В.Е. и др. Коллоидный ж., 15,1, 1953; 19, 287, (1957).

128. Вознесенский В.А., Шикирзянова С.С. ЖПХ, 35,1145, (1962).

129. Журков С.Н., Абасов С.А. Высокомолекулярные соединения, 3,450, (1961).

130. Гуль В.Е., Федюкин Д.А., Догадкин Б.А. Коллоидный ж., 19,287, (1957).

131. Липатов Ю.С. Физико-химия наполненных полимеров. Киев, Науко-ва думка, 1967.-234 с

132. Кутьков A.A., Виноградов Г.В. Граничные смазочные слои на поверхности пластмасс. Пластмассы, 1961,-т.7.

133. Кутьков A.A. О механизме трения полимеров, смазанных поверхностно-активными смазками. Механика полимеров, 1965 № 1 -С. 23-28

134. Кутьков A.A. Экспериментальное определение работоспособности, срока жизни ориентированных молекул высших жирных кислот на поверхностях трения полимеров и стали, механика полимеров, 1965 №5 - С. 12-14.131

135. Кутьков A.A., Вишняков В.И. Новые исследования в области трения и износа машин. Ростовское книжное изд-во, 1968 84 с.

136. Справочник по пластическим массам. Под ред. В.М.Катаева. М.: Химия, 1975-254 с.

137. Mark Н. Ind. Eng. Chem., 34, 1943, (1942).

138. Нильсон JI. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. М.: Химия, 1978 156с.

139. Мартынов М.А., Валегжанина К.А. Рентгенография полимеров. Л.: Химия, 1972.-346 с.

140. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. И.: Наука, 1976- 234 с.

141. Задгенидзе И.Г. Математическое планирование эксперимента для исследования оптимизации свойств смесей. Тбилиси, Изд-во Менцчереба», 1971.-127 с.

142. Ахназарова С.Л. Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978.-165 с.

143. Ратнер С.Б., Коробов В.И. Механика полимеров, 3, 1965.-С. 93.

144. Эггинс Б.Р. Химическая структура и реакционная способность твердых веществ. Пер. с англ. М.: Химия, 1976- 160 с.