автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка и исследование полимерных композиционных материалов на основе активации политетрафторэтилена и углеродных наполнителей

003172756

На правах рукописи

и

СТРУЧКОВА Татьяна Семеновна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АКТИВАЦИИ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА И УГЛЕРОДНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

Специальность:

05 02 01 - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 2000

Комсомольск-на-Амуре - 2008

003172756

Работа выполнена в Якутском государственном университете им М К Аммосова и Институте проблем нефти и газа СО РАН

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Охлопкова Айталина Алексеевна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Иванов Валерий Александрович

кандидат химических наук, профессор Телеш Василий Васильевич

Ведущая организация Институт физики прочности и

материаловедения СО РАН (г Томск)

Защита состоится "4" июля 2008 г в 12 00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212 092 01 в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете по адресу 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр Ленина, 27 Тел/факс (4217)53-61-50 E-mail olTice@knastu ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан "3" июня 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

ДМ 212 092 01, кандидат

технических наук

Пронин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Создание приборов и машин нового поколения с улучшенными технико-экономическими характеристиками, отличающихся высокой надежностью и долговечностью, тесно связано с применением новых конструкционных материалов, в гом числе на основе полимеров В настоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) являются наиболее перспективными материалами, используемыми в машиностроении, и обеспечивают не только экономию металлов и сплавов, но повышают ресурс деталей машин Применение их в узлах трения техники, особенно при эксплуатации в холодном климате позволяет решить проблему повышения работоспособности деталей Изделия из современных ПКМ могут работать в вакууме, химически активных средах, широком интервале нагрузок и скоростей скольжения В настоящее время отечественной промышленностью выпускается совершенно малый ассортимент таких материалов К ним относятся материалы марок Ф4К20, Ф4К15М5, Ф4Г15, на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), кокса, дисульфида молибдена и графита Эти материалы характеризуются повышенными износостойкими, но невысокими физико-механическими параметрами и высоким коэффициентом трения, что ограничивает области их применения

Одним из прогрессивных способов создания материалов триботечниче-ского назначения является введение дисперсных и волокнистых наполнителей Волокнистые наполнители придают ПТФЭ высокие несущую способность, прочность, жесткость, химическую стойкость Дисперсные наполнители повышают износостойкость ПКМ при сохранении деформационно-прочностных свойств

Изучение закономерностей влияния углеродных наполнителей (УН), технологических факторов на процессы формирования композитов, их физико-механические и триботехнические характеристики позволит управлять служебными свойствами материалов, что в свою очередь является одной из актуальных современного материаловедения

Связь работы с крупными научными npoi раммами: в основу диссертации включены результаты исследований по следующим научно-исследовательским программам «Физико-химические основы создания полимерных композиционных материалов с заданными свойствами» - программа РАН «Новые металлические, полимерные, композиционные материалы, конструктивная керамика, силикатные ма1ериалы, в том числе с использованием оксидов, нитридов, карбидов» на 1999-2001 гг (roc per № 01 99 0001618), «3 14 Новые металлические, полимерные, композиционная керамика, силикатные материалы, в том числе с использованием оксидов, нитридов, карбидов» - программа СО РАН «Физико-химические основы создания полимерных композиционных материалов с заданными свойствами» на 2002-2004 гг (roc per № 01 200 200048), «8 2 Физико-химические основы технологий создания композиционных материалов и неразъемных соединений с заданными механическими и теплофизическими свойствами на металлической, керамической и полимерной основах» - программа СО РАН 8 2 ПСО №79 от 06 03 2003 «2 2 4 (8 2 4) Исследование механизмов формирования и управления свойствами полимер-

ных композитов и создание материалов технического назначения» на 2004-2006 гг (roc per № 0120 0408281), Президиума РАН темы 8 «Проблемы деформирования и разрушения структурно-неоднородных сред и конструкций» по направлению 2 24 СО РАН на 2001-2004 гг, РФФИ Арктика 03-03-96019 «Исследование механизмов формирования и функционирования нанокомпозитов с управляемыми и адаптивными к условиям эксплуатации свойствами», 20032005 гг, РФФИ № 06-08-00931а «Исследование закономерностей изнашивания и трения полимерных нанокомпозитов», 2006-2008, «5211 Создание и прогнозирование изменений физико-механических свойств полимерных композиционных материалов для использования в технологических системах и технике нефтегазовой отрасли регионов холодного климата» на 2007-2009 гг (roc per №01 2 00705098)

Цель работы - создание перспективных полимерных композиционных материалов с улучшенным комплексом триботехнических свойств на основе ПТФЭ и углеродных наполнителей с использованием приемов механоактива-ции

Для достижения цели были поставлены следующие задачи

• анализ современных направлений создания ПКМ и способов улучшения их свойств,

• исследование влияния технологии механоактивации компонентов на процессы формирования наполненной полимерной системы в зависимости от химической природы и концентрации углеродного наполнителя,

• установление закономерностей изнашивания ПКМ на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного углеродными наполнителями с учетом структуры в объеме материала и на поверхностях трения,

• разработка методов создания ПКМ, базирующихся на 1) активации полимерного связующего и наполнителей, 2) использовании компонентов, усиливающих адгезионное взаимодействие на границе полимер-наполнитель и не уступающих по свойствам промышленным аналогам марок Ф4К20 (ТУ 6-051413-76), Флувис-20 (ТУ РБ 03535279 071-99), Ф4Г15

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые разработаны новые технологические приемы совмещения компонентов гетерогенной системы, включающие предварительную активацию не только наполнителей, но и полимерной матрицы Показано, что активация ПТФЭ, применяемого в качестве основы для получения ПКМ, приводит к существенному улучшению служебных свойств композитов

Установлены закономерности изнашивания ПТФЭ, наполненного УН, заключающиеся в участии наполнителей в формировании высокоориентированных структур на поверхности трения, характеризуемых низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью Установлено, что эти структурные образования, характеризуются повышенным содержанием наполнителя и экранируют поверхностный слой композита от разрушения

Определены закономерности структурообразования в ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями на основе кокса, терморасширенного графита и углеродного волокна Показано, что УН изменяют скорость кристал-

лизации ПТФЭ в зависимости от их природы, концентрации и наномодифика-тора Выявлена взаимосвязь структуры со свойствами ПКМ Это позволяет направленно формировать надмолекулярную структуру связующего и получать материалы с оптимальным сочетанием прочностных и триботехнических характеристик

Разработаны новые рецептуры материалов, применяемых для узлов трения, эксплуатируемых в широком интервале температур и нагрузок, превосходящих по своим эксплуатационным характеристикам промышленно выпускаемые аналоги марок Ф4К20 (ТУ 6-05-1413-76), Флувис-20 (ТУ РБ 03535279 07199), Ф4Г15

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением стандартных методов испытания ПКМ на современном оборудовании, использованием тонких инструментальных методов анализа, и соответствием результатов лабораторных и опытно-промышленных испытаний

Практическая значимость полученных результатов. Разработаны новые технологические способы получения ПКМ, содержащих УН, базирующиеся на предварительной активации связующего и компонентов ПКМ в планетарной мельнице АГО-2, активаторе «ГгЦсЬ» в течение 0,5-10 мин

Разработаны рецептуры износостойких полимерных композиционных материалов, отличающиеся высокими деформационно-прочностными и триботех-ническими характеристиками, позволяющие повысить ресурс узлов трения техники и технологического оборудования

Разработанные материалы превосходят по своим эксплуатационным характеристикам промышленно выпускаемые аналоги марок Ф4К20 (ТУ 6-051413-76), Флувис-20 (ТУ РБ 03535279 071-99), Ф4Г15 (2 патента РФ № 2177963 «Полимерная композиция триботехнического назначения», № 2319713 «Композиционный полимерный материал триботехнического назначения»)

Из разработанных материалов изготовлены подшипники скольжения для конденсатного насоса КС-20-30 Якутской ТЭЦ, а также манжеты, сальники тормозных цилиндров, пыльники подшипникового узла ступицы для автомобилей КАМАЗ, УАЗ, ЛИАЗ, работающие в интервале температур от -50°С до +50°С (ООО «Нордэласт»)

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• технологические приемы совмещения компонентов ПКМ, заключающиеся в предварительной активации, как полимерной матрицы, так и наполнителей с целью повышения их структурной активности и обеспечения равномерного распределения в объеме связующего,

• закономерности формирования структуры ПКМ в зависимости от природы, концентрации и времени активации углеродных наполнителей,

• закономерности изнашивания композиционных материалов на основе ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями

• новые составы материалов конструкционного назначения на основе ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями, с улучшенными физико-механическими и триботехническими характеристиками

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных конференциях "Поли-ком-2000","Г1оликом-2003" (г Гомель), региональной научной конференции "Наука Техника Инновации " (г Новосибирск, 2002 г), международном симпозиуме "Фюрполимерные материалы фундаментальные, прикладные и производственные аспекты (г Новосибирск, 2003 г), XXIY международной конференции "Композиционные материалы в промышленности "Славполиком", (г Ялта, 2003 г), Н-Ш Евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (г Якутск, 2004, 2006 гг), 1 Российской конференции "Химия в автомобильной промышленности" (г Новосибирск, 2004 г), международной научно-технической конференции "Поли-комтриб-2005" (г Гомель, 2005 г), республиканской конференции "Молодые ученые и наука - 2000" (г Мирный, 2000 г ), научной конференции студентов и молодых ученых "VII, IX, X Лаврентьевские чтения" (г Якутск, 2003, 2005, 2006 гг), XIII международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г Москва, 2006)

Опубликованность результатов. Основные положения и результаты исследований отражены в 27 научных работах в 9 статьях в научных журналах и сборниках трудов конференций, в том числе 2 рецензируемых журналах ВАК, 2 международных журналах, 16 тезисах докладов на научно-технических конференциях, 2 патентах РФ

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников из 145 наименований и приложения Полный объем диссертации составляет 128 стр , включая 27 рисунков и 19 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору литературных источников по теме диссертации и обоснованию задачи исследований Систематизированы сведения о технологии получения антифрикционных композиционных материалов на основе ПТФЭ и углеродных наполнителей, свойствах и областях применения ПКМ Показаны пути повышения эксплуатационных характеристик ПКМ введением в ПТФЭ наполнителей Рассмотрены современные представления о процессах формирования ПКМ и проанализированы основные факторы, ответственные за свойства материала Обоснован выбор углеродных наполнителей в качестве модификаторов полимеров

Во второй главе описаны объекты и методики экспериментальных исследований

Объекты исследования политетрафторэтилен ПТФЭ (фторопласт-4) - промышленный продукт ГОСТ 10007-80, представляющий собой белый, рыхлый порошок со степенью кристалличности до спекания 95-98 %, после спекания 50-70 % и плотностью 2170-2190 кг/м3, Т,п 327°С

Кокс литейный - порошок углерода черного цвета Средний размер частиц 10 мкм Плотность 1730 кг/м3, ГОСТ 3340-80

Углеродное волокно (УВ) - ацетат-целлюлозное волокно марки УРАЛ-Т-22А (ТТО-2200 °С) в виде тканого волокна Плотность 1940 кг/м3

Терморасширенный графит (ТРГ) - порошок черного цвета, состав - 98 % элементарного углерода, 2 % - минералы При терморасширении ТРГ увеличивается в объеме в 100 раз с образованием структуры с высокоактивной, ветвящейся, неровной поверхностью (ТУ 2531-001-12058737-2000)

Шпинель магния, нанонаполнитель (НШ) - продукт, полученный путем механохимического синтеза Средний размер частиц - 70 нм, удельная поверхность - 170 - 200 м2/г

ПКМ получали путем сухого смешения компонентов в лопастном смесителе при скорости вращения ротора 3000 об/мин с предварительной активацией как ПТФЭ, так и наполнителей в планетарной мельнице АГО-2, активаторе «Fritch» в течение 0,5-10 мин Образцы для испытаний изготавливали по стандартным методикам (ГОСТ 11262-80)

Механические характеристики ПКМ определяли по стандартным методикам (ГОСТ 11262-80) на универсальной испытательной машине «UTS-2» Три-ботехнические характеристики (коэффициент трения, скорость изнашивания) определяли на машине трения СМЦ-2 по ГОСТ 11629 (схема "вал-втулка", нагрузка - 67 Н, скорость скольжения - 0,39 м/с, путь трения - 7 км)

Надмолекулярную структуру ПКМ исследовали методом растровой электронной микроскопии на микроскопе JSM-6480 LV «JEOL» Структурные исследования поверхностей трения ПКМ проводили на оптическом микроскопе Neophot-32

Термодинамические параметры ПКМ энтальпию, энтропию, температуру плавления, кристаллизации и взаимодействия в межфазной области исследовали с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC, Schima-dzu) Погрешность измерений не более ±1%

Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактометре ДРОН-ЗМ в Cu-фильтрованных излучениях Рентгенограммы снимали в интервале бреггов-ских углов 20 =10 40°

В третьей главе приведены результаты исследований влияния кокса и наномодификатора на эксплуатационные характеристики и структуру ПКМ

В работе исследовано влияние четырех технологий обработки компонентов ПКМ на их свойства 1) активация ПТФЭ под воздействием центробежных сил, 2) активация полимерной матрицы и последующее смешение с наполнителем в лопастном смесителе, 3) совместная активация полимера и наполнителя, 4) введение активированного наномодификатора в композит

Переработка ПТФЭ не технологична из-за невозможности его перехода в текучее и вязкотекучее состояния В последнее время при получении ПКМ на основе ПТФЭ все шире используют модифицирование полимеров и наполнителей путем различных физических воздействий Это обеспечивает активацию, повышение поверхностной энергии полимеров и наполнителей, сопровождающееся их структурной активностью

К таким методам относится механическая активация порошковых материалов, перспективность которой связана с низкими энерго- и металлоемко-

стью оборудования, простотой и безопасностью процесса Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования позволили установить многообразие явлений, сопровождающих процесс механической активации веществ Зарегистрированы следующие процессы излучение электромагнитных волн, выделение тепла, эмиссия электронов, образование упругих и пластических деформаций, медленная релаксация деформаций и избыточных напряжений в твердых телах Это приводит к сохранению веществом избыточной энергии, изменению термодинамических характеристик вещества, повышению его реакционной способности

Воздействие центробежных сил на ГТТФЭ приводит к повышению его деформационно-прочностных характеристик (прочности при растяжении на 18%, прочности при сжатии на 14%, относительного удлинения при разрыве на 40%) при сохранении триботехнических показателей Это, очевидно, связано с уменьшением степени кристалличности, образованием новых реакционных центров и увеличением поверхностной энергии отдельных фрагментов макромолекул в результате упругих и пластических деформаций При последующей кристаллизации полимера, активированные фрагменты ПТФЭ формируют структуру с пониженной степенью кристалличности Оптимальным временем активации ПТФЭ являются 5 мин Таким образом, показана возможность использования механической активации ПТФЭ для получения композитов с повышенными деформационными характеристиками

Активированную полимерную матрицу использовали для получения ПКМ триботехнического назначения состава материала марки Ф4К20 (ПТФЭ -80%, кокс - 20%)

Таблица 1

Прочностные и износостойкие ха рактеристики ПКМ на основе ПТФЭ и кокса

Рецептура Предел прочности при 10 % сжатии, МПа Предел прочности при 25 % сжатии, МПа Массовая скорость изнашивания, 10"6, кг/ч

Ф4К20* 18 29 0,120

Ф4К20** 19 30 0,048

* - промышленно выпускаемый аналог

** - материал с активированной в течение 5 мин полимерной матрицей

Как видно из табл 1, совмещение механоактивированного ПТФЭ и кокса приводит к повышению износостойкости ПКМ в 2,5 раза и 850 раз по сравнению с промышленно выпускаемым аналогом и исходным полимером, соответственно

Использованная технология совместной активации компонентов Г1КМ также приводит к повышению триботехнических характеристик, при сохранении физико-механических свойств материала на уровне исходного Ф4К20 Вероятно, при совместной активации частицы ультрадисперсного кокса, распределенные в полимерной матрице, не подвержены агломерированию Это приводит к трансформации надмолекулярной структуры ПТФЭ с увеличением степени кристалличности Известно, что увеличение поверхностной энергии как

ПТФЭ, так и наполнителя происходит при их активации, что сопровождается повышением адгезии частиц кокса к полимеру Это, в свою очередь, приводит при дальнейшей кристаллизации связующего к образованию структуры с относительно высокой плотностью упаковки структурных элементов и их упорядоченностью

Введение в композит предварительно активированного наномодификато-ра - шпинели магния (табл 2) положительно влияет на триботехнические характеристики материала износ уменьшается в 10-30 раз Это, по-видимому, можно объяснить тем, что частицы шпинели служат дополнительными центрами кристаллизации ПТФЭ, вследствие этого уменьшаются размеры структурных элементов надмолекулярной структуры, последняя становится более упорядоченной и ориентированной (рис 1) Оптимальная концентрация НШ в ПКМ - 0,5-2 мае % Увеличение содержания НШ в ПКМ сопровождается снижением износостойкости материала, что может быть связано с агломерированием частиц шпинели в композите

Таблица 2

Композит сгр, £р,% МПа I *10"6, /

МПа при 10% при 25 % кг/ч

Ф4 К20 12-14 65-120 18 29 0,12 0,15-0,30

Ф4 + 14,8 % кокс + 11-13 80-90 16 25 0,12 0,18

0,2% НШ

Ф4 + 14,5% кокс + 11-13 120-140 17 26 0,03 0,08

0,5% НШ

Ф4 + 14 % кокс + 12-14 110-130 17 26 0,04 0,10

1%НШ

Ф4 + 13 % кокс + 13-15 175-195 17 28 0,08 0,13

2 % НШ

Ф4 + 12 % кокс + 11-13 65-85 16 27 0,12 0,20

3%НШ

Ф4 +10% кокс + 11-13 65-120 16 26 0,15 0,30

5 % НШ

Для объяснения подобного изменения свойств ПКМ проведены структурные исследования Введение наномодификатора в ПКМ способствует развитию процессов кристаллизации полимера, скорость которых зависит от химической природы и дисперсности частиц нанонаполнителя Определяющую роль в формировании структуры ПКМ играет контактная кристаллизация полимера из расплава Кристаллы, образующиеся в контакте с частицами наполнителя, срастаются с кристаллами вблизи соседней частицы, что приводит к возникновению в объеме композита гетерогенной структуры, состоящей из частиц наполнителя, скрепленных кристаллической фазой полимера Эти структурные превращения играют важную роль в механизмах формирования ПКМ, посколь-

ку надмолекулярная структура изменяется не только в межфазных областях, но и во всем объеме связующего, изменяя свойства композиционного материала.

Надмолекулярная структура ПКМ на основе ПТФЭ, содержащего в качестве наполнителей кокс и наношпинель магния представлена на рис. 1.

Известно, что

надмолекулярная структура ПТФЭ характеризуется как ламеллярная с

ншюлш

ш»

1

ж

Щ§

V ■ , - • \..

Рис.1. Надмолекулярная ¡структура ПКМ: а) ПТФЭ (х500); б) ПТФЭ + 13 мас.% кокс + 2 мае. % НШ (хШО); в) ПТФЭ + Ц 14 мас.% кокс + 1 мас.% НШ(х500)

высокой степенью кристаллич-ности (рис. 1, а). Введение в ПТФЭ кокса и

НШ приводит к трансформации надмолекулярной структуры

связующего. Основны-ми

элементами структуры ПКМ становятся разнообразные по форме и размерам надмолекулярные образования, которые в ненаполненном состоянии не наблюдаются. В высоконаполненных композитах (рис. 1, б) отмечается появление рыхло упакованных областей с наличием пустот, что ведет к уменьшению степени кристалличности. Видно, что частицы нанонаполнителя агломерированы (рис. 1, в), распределены в матрице неравномерно и концентрируются, в основном, в неупорядоченных областях полимера. Для этих составов ПКМ зарегистрированы повышенные триботехнические характеристики: износостойкость повысилась в 4 раза, эластичность в 1,5 раза.

На рис. 3 приведены результаты термодинамических исследований ПКМ, характеризуемых лучшими деформационно-прочностными и триботехнически-ми свойствами. Определяемая с помощью ДСК энтальпия плавления ЛНил ПКМ (система «низкотемпературный полимер - высокотемпературный наполнитель») соответствует тепловому эффекту смачивания поверхности наполнителя расплавом полимера.

Из рис. 3 видно, что диаграммы зависимости термодинамических показателей имеют экстремумы в одной и той же области концентрации наполнителя, что может свидетельствовать о существенном вкладе энтальпии взаимодействия в граничных областях полимер-наполнитель в общий процесс кристаллизации связующего в присутствии УН и предварительно активированной НШ.

Энтальпия взаимодействия наполни теля с полимером характеризует влияние энергетического состояния поверхности частиц наполнителя на адгезию к полимерному связующему.

Согласно закону Гесса:

АН взаим(полимер-1пшол) = ДНпДО) - ДН„.,(ф),

где АНИ ,(0) и ДН|1Л(ф) - теплоты плавления исходного полимера и ПКМ с содержанием наполнителя ф.

Рис. 3. Зависимость энтальпии плавления, кристаллизации и взаимодействия ПКМ от содержания наполнителей: 11ТФЭ + кокс + шпинель магния

Частицы наномодификатора, усиливая адгезионное взаимодействие полимера и кокса, способствуют повышению подвижности структурных единиц ПТФЭ и, тем самым, облегчают протекание деформационных процессов. С уменьшением содержания структурноактивной НШ адсорбционное взаимодействие в граничных слоях ПТФЭ + кокс + наношгшнель магния в расплаве полимера приводит к ограничению их тепловой подвижности, что можно объяснить эффектом разрыхления структуры. Превышение оптимальной концентрации кокса и нанокомпонента в бинарном наполнителе приводит к повышению, как энтальпии плавления, так и кристаллизации. Следствием этого является замедление процесса кристаллизации. Максимальному значению энтальпии в ПКМ соответствует повышенное взаимодействие на межфазных границах.

Таким образом, введение в композит на основе ПТФЭ и кокса наномодификатора - шпинели магния приводит к улучшению служебных свойств.

В четвертой главе приведены результаты исследований влияния углеродных волокон и наномодификаторов на прочностные и триботехнические характеристики и структуру ПКМ.

Известно, что УВ инертны по отношению к ПТФЭ, в связи с этим поверхность УВ модифицировали, используя механоактивацию. Показано, что оптимальным временем активации УВ являются 30 с: износ материала уменьшается в 100 раз, прочность повышается в 3,5 раза по сравнению с исходным полимером.

С целью улучшения триботехнических показателей ПКМ для модификации ПТФЭ использовали бинарный наполнитель, содержащий УВ и НШ. Концентрация наномодификатора в ПКМ соответствовала 1 мас.%, а концентрация УВ варьировалась от 5 до 20 мас.%. Показано, что повышение концентрации УВ и дополнительное введение НШ приводит к увеличению прочности при сжатии при 25% деформации в 4 раза по сравнению с исходным полимером и в 1,3 раза по сравнению с материалом марки Флувис-20 (11ТФЭ - 80 мас.%, УВ -20 мас.%). При этом скорость изнашивания ПКМ с бинарным наполнителем уменьшается в 5 раз по сравнению с композитом, наполненным только УВ.

Лучшие эксплуатационные характеристики зарегистрированы для материала, содержащего! 5 мас.% УВ и 1 мас.% НШ (рис.4).

Исследования прочности при сжатии и модуля упругости ПКМ при разных температурах в зависимости от концентрации УВ показали, что увеличение температуры приводит к снижению прочности при сжатии и модуля упругости. Изменение модуля упругости при повышении температуры можно объяснить возникновением тепловых напряжений, причем, когда температура оказывается значительной, полимер, перенапрягаясь, теряет свои прочностные характеристики, при этом уменьшаются его прочность и модуль упругости. Трибологиче-ские исследования показали, что с повышением концентрации УВ в ПТФЭ наблюдается увеличение износостойкости материала вследствие уменьшения степени деформации поверхностного слоя и расширения областей упругой и упру-гоэластической деформации при фрикционном взаимодействии с металлическим контртелом.

I,КГ6,кг/ч

. МПа

С. %

Рис. 4. Зависимости прочности при сжатии и износостойкости ПКМ на основе ПТФЭ + 1 мае % М§А1204 от концентрации УВ в сравнении с промышленным аналогом марки Флувис-20

Прочность при сжатии. Мл а Износ, *10-6, кг/ч

Высокое наполнение (5-15 мас.%) приводит к улучшению износостойкости ПКМ в 2-30 раз по сравнению с промышленно выпускаемыми аналогами. Во всем концентрационном интервале приработка материалов заканчивается через 1-2 часа. Это связано с тем, что при трении исследуемых материалов образуется стабильная пленка переноса на поверхности контртела, и в дальнейшем образец из ПКМ трется по аналогичному материалу.

Структурные исследования ПКМ показали, что УВ в ПТФЭ распределены хаотично, а структурными элементами матрицы являются крупные несовершенные сферолиты (рис. 5, б).

Рис. 5. Надмолекулярная структура композитов на основе ПТФЭ и углеродных наполнителей различной природы:

а) ПТФЭ (х500)

б) ПТФЭ+5%УВ+1 %НШ (х450)

в) ПТФЭ+10%УВ+1 %НШ(х350)

г) ПТФЭ+15%УВ+1 %НШ(х200)

Причиной их формирования может быть присутствие в системе структурно-активных наночастиц шпинели магния, изменивших процессы структу-рообразования.

С увеличением концентрации УВ доля межфазных слоев в ПКМ возрастает, при этом дефектность структуры полимера уменьшается. Вероятным механизмом модифицирующего действия наполнителей на структуру ПТФЭ является увеличение плотности структурных элементов вследствие формирования межфазных слоев с определенной укладкой молекул на границе раздела «полимерная матрица - наполнитель, что и привело к упрочнению I [КМ. Материалам с улучшенными служебными свойствами соответствует наиболее упорядоченная надмолекулярная структура с определенной ориентацией УВ в межфазных областях.

Одним из факторов, определяющих механизмы трения и изнашивания полимерных систем, является структура поверхностных слоев контактирующих тел, формирующаяся в процессе эксплуатации. На рис 6. представлены микрофотографии поверхностей трения композитов на основе ПТФЭ, модифицированного УВ.

Рис.6. Микрофотографии поверхности трения (х250): а) поверхность трения; б) подповерхностный слой ПКМ (50-100 мкм); в) структура ПКМ на глубине >500 мкм.

В процессе фрикционного взаимодействия исходная структура поверхностных слоев претерпевает весьма существенные изменения. В процессе изнашивания структурные элементы ПТФЭ и частицы УВ ориентированы по направлению скольжения. В глубине образца УВ расположены хаотично. При трении из глубины происходит миграция наполнителей в подповерхностный слой. Такая структура характеризуется разрушением надмолекулярных образований и ориентацией углеродных наполнителей в направлении силы трения, а также частичным разрушением кристаллической фазы. Введение в ПТФЭ 15 мас.% УВ приводит к большей переориентации поверхностных слоев ПКМ по направлению скольжения.

Предполагается, что в результате переориентации поверхностных слоев ПКМ на поверхности трения происходит некоторое увеличение прочности его в направлении ориентации. Это приводит к ощутимым изменениям значений износа и коэффициента трения, связанные с ориентационными явлениями. Таким образом, показано, что введение в ПТФЭ углеродных наполнителей приводит к переориентации поверхностных слоев ПКМ по направлению скольжения.

В пятой главе приведены результаты исследований влияния нового углеродного наполнителя - терморасширенного графита на эксплуатационные характеристики и структуру ПКМ. ПКМ на основе ПТФЭ и ТРГ были получены по стандартной технологии. Содержание наполнителя варьировали от 0,1 до 20 мае. %.

Показано, что введение в полимерную матрицу диспергированного в лопастном смесителе ТРГ (10-15 мае. %) приводит к улучшению прочностных и триботехнических характеристик: повышению прочности при сжатии в 2 раза, износостойкости в 15-40 раз и снижению коэффициента трения в 3 раза (табл. 3).

Таблица 3

Сравнение свойств композита на основе ПТФЭ и ТРГ _с промышленным материалом Ф4Г15

Свойства Ф4Г15 (аналог) Ф4+10% ТРГ Ф4+15%ТРГ

Плотность, кг/м! 2140 2210 2200

Прочность при сжатии, МПа 12 27 27

Массовый износ, 10"\ кг/ч 2,7 0,6

Коэффициент трения по стали 0,18 0,06 0,05

Изменение свойств ПКМ при введении ТРГ' объясняется трансформацией ленточной структуры полимера в сферолитную. Структура ПКМ на основе ПТФЭ и 5 мас.% ТРГ (рис. 7, а) характеризуется как мелкосферолитная с локализацией наполнителя в межструктурных областях полимера.

наполнителя до 10 мас.% структурна ^^^^^^^^^^^

увеличению концентрации чешуй- ^^^ЙЯЙ^ЙЩГ^РиС-7" Надмолекулярная чатых образований из ТРГ на структура композитов на

поверхности сколов (рис. 7, в). &ШШШЁШМ основе nTf° " Jpr-a> „ ^HHBMi 11ТФ:-> + 5 мае. % IPI Подобные структурные ТМИМ, I lH|......

образования из частиц ТРГ, трг <v500): в) ПТФЭ

сформированные на сферолитопо- +15 мас.%'ГРГ(х200).

добных структурах ПТФЭ, создают ^ЯЯ^Я

дополнительное упрочнение всей системе, что способствует увеличению скорости релаксационных процессов, уменьшению внутренних напряжений. Слои ТРГ расположены не только по границам сферолитных образований, но и плотно покрывают их сверху. Вследствие этого, материал обладает высокими прочностными и триботехническими показателями.

Как видно из рис. 8, структура в поверхностных слоях, сформированных в процессе трения, существенно отличается от структуры в объеме. На поверхностях трения происходит переориентация структурных элементов ПКМ по на-

правлению скольжения. Из рис. 8, в видно, что в процессе трения происходит текстурирование поверхностных слоев ПТФЭ с образованием физического рельефа, характеризуемого бороздками по линиям скопления дислокаций. Зарегистрировано обогащение поверхностей трения ПКМ на основе ПТФЭ и 15 мас.% ТРГ наполнителем, причем, видно, что последний также ориентирован в направлении скольжения (рис. 8, г).

Поскольку структура самого ТРГ характеризуется чешуйчатыми образованиями из частиц графита с низким коэффициентом трения, то обогащение поверхностей трения полимерной детали ТРГ приводит к существенному снижению коэффициента трения ПКМ. Сконцентрированные на поверхности трения островки из частиц ТРГ выполняют роль защитного экрана, предохраняющего поверхностный слой материала от истирания (рис. 8, г).

Исследование термодинамических параметров (табл. 4) показало, что температура плавления и кристаллизации всех исследованных ПКМ практически остается постоянной. Это связано с тем, что показания снимали в режиме изотермической кристаллизации при

небольшой скорости нагревания образцов (2 град/мин). Уменьшение значения энтропии при введении ТРГ объясняется переходом большего числа макромолекул в граничные слои, в которых их подвижность и степень ориентации уменьшается.

Таблица 4

Температуры плавления, кристаллиации и энтропия ПКМ на основе ПТФЭ и ТРГ

Рис.8. Структура ПКМ на основе ПТФЭ + 15 мае. % ТРГ: о-в объеме материала при увеличении (х2000), б - увеличении (х5000);

в - поверхностей трения ПТФЭ; - поверхностей трения ПКМ.

Композит Ф4 (ПТФЭ) Ф4ТРГ5 Ф4ТРГ10 Ф4ТРГ15 Ф4ТРГ20

т„.„ к 611,1 611,3 611,2 611,3 611,3

ткр, к 585,8 587,5 587,6 587,4 587,5

AS„_„ Дж/моль*К 95,46 82,44 74,28 69,19 77.73

а, % 58,44 61,46 55,37 51,59 53,45

В шестой главе приводятся сведения о разработанных машиностроительных материалах. На основании результатов исследования теплофизических и структурных закономерностей совмещения ПТФЭ с углеродными наполнителями разработаны рецептуры машиностроительных материалов триботехниче-ского назначения с улучшенным комплексом эксплуатационных характеристик (табл.5).

Сравнение свойств разработанных материалов с известными аналогами показывает превосходство первых по прочностным и триботехническим характеристикам

Таблица 5

Машиностроительные триботехнические материалы

Рецептура Содержа- Предел Предел Массовая Коэффи-

ние ком- прочности прочности скорость циент

понентов, при 10 % при 25 % изнашива- трения

мае % сжатии, МПа сжатии, МПа ния, 10"6, кг/ч

Ф4К20 80 18 29 0,12 0,15-0,30

(аналог) 20

Флувис-20 80 - 30 0,25 0,03-0,05

(аналог) 20

Ф4Г15 85 12 - 1,3 0,18

(аналог) 15

ПТФЭ + 85 19 30 0,03 0,15-0,3

кокс + 14,5

шпинель магния 0,5

ПТФЭ + 85 19 29 0,05 0,10

кокс + 14

шпинель магния 1

ПТФЭ + 85 17 28 0,08 0,13

кокс + 13

шпинель магния 2

ПТФЭ + 84 23 37 0,10 -

УВ + 15

шпинель магния 1

ПТФЭ + 90 27 - 0,10 0,06-0,18

ТРГ 10

ПТФЭ + 85 27 - 0,6 0,05

ТРГ 15

Разработанная технология совмещения компонентов ПКМ позволила повысить износостойкость материалов в 2-4 раза, снизить коэффициент трения в 2-3 раза по сравнению с промышленно выпускаемыми аналогами Материалы позволят увеличить ресурс работы технологического оборудования, автотранспортной техники, трубопроводного транспорта в 2-4 раза и решить проблему импортозамещения штатных подшипников скольжения и других элемешов узлов трения

На разработанные составы ПКМ имеется 2 патента РФ № 2177963 «Полимерная композиция триботехнического назначения» и № 2319713 «Композиционный полимерный материал триботехнического назначения»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Исследованы различные технологические приемы управления свойствами материалов Показана перспективность использования механической активации не только наполнителя, но и полимера для улучшения служебных свойств композита Оптимальным временем активации ПТФЭ являются 2-5 мин, при котором относительное удлинение при разрыве повышается на 40 %, прочность при растяжении на 18%, прочность при сжатии на 14% по сравнению с неактивированным полимером

2 Исследованы деформационно-прочностные и триботехнические характеристики композитов, в зависимости от природы, концентрации и времени активации углеродных наполнителей Показано, повышение износостойкости ПКМ при введении в ПТФЭ 14,5 мае % кокса+НШ, 15 мае % УВ+НШ и 15 мае % ТРГ в 2-4 раза, снижение коэффициента трения в 2-3 раза, по сравнению с промышленно выпускаемыми аналогами при сохранении или увеличении механических характеристик материалов

3 Установлены закономерности изнашивания композиционных материалов на основе ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями Показано, что 1) углеродные наполнители в процессе трения локализуются на поверхностях терния, предохраняя материал от изнашивания 2) структурные элементы ПКМ ориентируются по направлению скольжения, приводя к снижению коэффициента трения 3) наполнители повышают адгезию пленки переноса к контртелу Эти факторы способствуют существенному повышению износостойкости и снижению коэффициента трения ПКМ

4 Установлено, что введение углеродных наполнителей в ПТФЭ увеличивает скорость кристаллизации связующего, что сопровождается уменьшением энтальпии плавления, кристаллизации и повышением энтальпии взаимодействия

5 Определены закономерности структурообразования в ПТФЭ модифицированных углеродными наполнителями на основе кокса, терморасширенного графита и углеродного волокна Показано, что углеродные наполнители изменяют скорость кристаллизации ПТФЭ в зависимости от их природы, концентрации и наночодификатора Это позволяет направленно формировать надмолекулярную структуру связующего и получать материалы с оптимальным сочетанием прочностных и триботехнических характеристик Введение углеродных наполнителей трансформирует «ленточную» структуру ПТФЭ в сферо-литные образования различных формы и размеров Для каждого и исследованных классов углеродных наполнителей установлены оптимальные концентрации наполнителя, вызывающие трансформацию надмолекулярной структуры ПТФЭ и изменение прочностных и триботехнических характеристик ПКМ

6 Разработаны новые составы материалов конструкционного назначения на основе ПТФЭ, модифицированого углеродными наполнителями, характеризуемые улучшенными служебными свойствами, для эксплуатации в экстремальных условиях эксплуатации высоких нагрузках и скоростях скольжения, агрессивных средах, низких и криогенных температурах

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Петрова П Н , Охлопкова А А , Попов С Н , Черский И Н , Стручко-ва (Ючюгяева) Т С Перспективы использования природных наполнителей в качестве модификаторов ПТФЭ // Материалы Технологии Инструменты -2001 - №2 -С 81-86

2 Петрова П Н, Охлопкова А А , Стручкова (Ючюгяева) Т С Влияние природных цеолитовых пород на трибологические свойства ПТФЭ // Трение и износ - 2001 - Т 22, №1 - С 58-61

3 Петрова П Н , Охлопкова А А , Попов С Н , Слепцова С А, Стручкова (Ючюгяева) ТС Использование природных алмазных порошков в качестве наполнителя ПТФЭ // Трение и износ - 2001 - Т 22, №6 - С 749-753

4 Охлопкова А А , Петрова П Н , Слепцова С А , Стручкова (Ючюгяева) Т С , Гоголева О В Полимерные композиты с адаптивными к условиям эксплуатации свойствами // Сб тр XXIY междн конф «Композиционные материалы в промышленности Славполиком» -Ялта, 2004 -С 194-196

5 Охлопкова А А , Петрова П Н , Стручкова (Ючюгяева) Т С , Рашко-ван И А , Филиппов Д Д Разработка полимерных композиционных материалов для тяжелонагруженных узлов трения // Тр II Евразийского симп по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата - Якутск, 2004 - С 86-94

6 Охлопкова А А , Петрова ПН , Слепцова С А , Стручкова (Ючюгяева) Т С , Гоголева О В , Николаева Л С Подшипниковые материалы на основе ПТФЭ // Тр II Евразийского симп по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата - Якутск, 2004 - С 94-103

7 Охлопкова А А , Петрова П Н , Слепцова С А , Стручкова (Ючюгяева) Т С , Гоголева О В , Николаева Л С Полимерные композиционные материалы триботехнического назначения // Тр II Евразийского симп по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата - Якутск, 2004-С 103-112

8 Охлопкова А А , Петрова П Н , Стручкова (Ю.чюгяева) Т С , Адриа-нова О А Полиолефиновьте композиты триботехнического назначения для узлов трения автомобилей // Тр I Российской конф «Химия в автомобильной промышленности» - Новосибирск, 2004 - С 53-57

9 Struchkova (Ychygyaeva) Т S Lepchikova А V Gogoleva О V , Filip-pov D D Development of antifriction materials based on polytetrafluorethylene and hydrocarbon fibers // Proceedings of the Finno-Ugric Intern Conf of mechanics -Hungary, 2005 -P45

10 С гручкова (Ючюгяева) T С Триботехнические материалы на основе ПТФЭ и углеродных наполнителей / Тр XIII междн научной конф студентов, аспирантов и мол ученых "Ломоносов" - Москва -2006 - С 482-483

11 Охлопкова А А , Петрова П Н , Слепцова С А , Стручкова (Ючюгяева) Т С Разработка полимерных композиционных материалов триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена // Тр III Евразийского

симп по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата - Якутск, 2006 - С 67-76

12 Охлопкова А А, Слепцова С А., Петрова ПН, Стручкова ТС Свойства ПТФЭ, модифицированного терморасширенным графитом // Материалы Технологии Инструменты - 2007 - Т 12, №3 - С 38-41

13 Патент РФ 2177963, Полимерная композиция триботехнического назначения. Охлопкова А А , Петрова П Н, Шиц Е Ю , Попов С Н, Стручкова (Ючюгяева) Т С - № 2000121667/04, Заявл 14 08 2000, Опубл. 10 01 2002, Бюл №1 - 8 с

14 Патент РФ 2319713, Композиционный полимерный материал триботехнического назначения Охлопкова А А, Слепцова С А, Петрова П Н , Стручкова Т С , Сыромятникова А С, Бельков Н И, Шаринов Н И №2006116408/04(017860), Заявл 12.05 2006, Опубл. 20 03 2008, Бюл №8 -4 с

Подписано в печать 28 05 2008 Формат 60х 84/16 Бумага тип №2 Гарнитура «Тайме» Печать офсетная Печ л 1,25 Уч-изд л 1,56 Тираж 100 экз Заказ /// Издательство ЯГУ, 677891, г. Якутск, ул Белинского, 58

Отпечатано в типографии издательства ЯГУ

Перечень условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Механическая активация наполнителей и полимера.

1.2. Взаимосвязь структуры и эксплуатационных характеристик ПКМ.

1.3. Модифицирование полимеров ультрадисперсными наполнителями. I 1 I

1.4. Углеродные волокна как наполнители полимеров.

1.5. Уплотнения из терморасширенного графита.

Глава 2. Объекты исследования и методики эксперимента.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Политетрафторэтилен.

2.1.2. Наполнители.

2.2. Технология получения композиционных материалов и изготовления.40 образцов для исследований

2.3. Методики исследований.

2.3.1. Изучение физико-механических свойств ПКМ.

2.3.2. Изучение триботехнических характеристик ПКМ.

2.3.3. Исследование физико-химических свойств композиционных материалов.

2.3.4. Статистическая обработка экспериментальных данных.

2.4. Выводы к главе 2.

Глава 3. ПКМ на основе ПТФЭ, кокса и наношпинели магния.

3.1. Свойства ПТФЭ, модифицированного коксом.

3.2. Исследование влияния наполнителей на структуру ПТФЭ.

3.3. Исследование термодинамических характеристик ПКМ.

3.4. Выводы к главе 3.

Глава 4. ПКМ на основе ПТФЭ и углеродных волокон.

4.1. Свойства ПТФЭ, модифицированного углеродными волокнами.

4.2. Исследование термодинамических параметров ПКМ.

4.3. Выводы к главе 4.

Глава 5. ПКМ на основе ПТФЭ и терморасширенного графита.

5.1. Свойства ПТФЭ, модифицированного ТРГ.

5.2. Влияние содержания ТРГ на триботехнические свойства ПТФЭ.

5.3. Термодинамические исследования.

5.4. Выводы к главе 5.

Глава 6. Разработка машиностроительных триботехнических материалов.

6.1.Антифрикционные полимерные материалы отечественных марок для подшипников скольжения на основе ПТФЭ.

6.2. Технологические аспекты повышения эксплуатационных характеристик ПКМ.

6.3. Выводы к главе 6.

Создание приборов и машин нового поколения с высокими технико-экономическими характеристиками; отличающихся высокой надежностью и долговечностью, тесно связано с применением новых конструкционных материалов, в том числе на основе полимеров. В настоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) являются наиболее перспективными- материалами,- используемыми в машиностроении, и обеспечивают не только замену металлов и сплавов,, но повышают надежность и долговечность деталей машин. Применение их в.узлах трения техники, особенно при эксплуатации в холодном климате позволяет решить проблему повышения работоспособности и ресурса деталей. Изделия из современных ПКМ могут работать в вакууме, химически, активных- средах, широком интервале нагрузок и скоростей скольжения. В'настоящее1 время промышленностью выпускается совершенно малый ассортимент таких материалов. К ним относятся материалы марок.Ф4К20, Ф4К15М5, Ф4Г15, на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), наполненного' коксом, дисульфидом молибдена и графитом. Эти материалы характеризуются высокими износостойкими, но невысокими физико-механическими параметрами.[1-4].

Одним из перспективных способов создания материалов триботехнического назначения является введение дисперсных и волокнистых наполнителей. Волокнистые наполнители придают ПТФЭ высокие несущую способность, прочность, жесткость, химическую стойкость. Дисперсные наполнители повышают износостойкость композиционного материала при сохранении деформационно-прочностных свойств.

Изучение закономерностей влияния углеродных наполнителей, технологических факторов на процессы формирования композитов, их физико-механические и триботехнические характеристики ПКМ позволит управлять служебными свойствами материалов, что в свою очередь является одной из важных проблем современного материаловедения.

Связь работы с крупными научными программами: в основу диссертации включены результаты исследований по следующим научно-исследовательским программам: «Физико-химические основы создания полимерных композиционных материалов с заданными свойствами» -программа РАН «Новые металлические, полимерные, композиционные материалы, конструктивная керамика, силикатные материалы, в том числе с использованием оксидов, нитридов, карбидов» на 1999-2001 гг. (гос. per. № 01,99.0001618), «3.14. Новые металлические, полимерные, композиционная керамика, силикатные материалы, в том числе с использованием оксидов, нитридов, карбидов» - программа СО РАН «Физико-химические основы создания полимерных композиционных материалов с заданными свойствами» на 2002-2004 гг. (гос. per. № 01.200.200048), «8.2. Физико-химические основы технологий создания композиционных материалов и неразъемных соединений с заданными механическими и теплофизическими свойствами на металлической, керамической и полимерной основах» -программа СО РАН 8.2 ПСО №79 от 06.03.2003 «2.2.4. (8.2.4) Исследование механизмов формирования и управления свойствами полимерных' композитов и создание материалов технического назначения» на 2004-2006 гг. (гос. per. № 0120.0408281), Президиума РАН темы 8 «Проблемы деформирования и разрушения структурно-неоднородных сред и конструкций» по направлению 2.2.4 СО РАН на 2001-2004 гг., РФФИ Арктика 03-03-96019 «Исследование механизмов формирования и функционирования нанокомпозитов с управляемыми и адаптивными к условиям эксплуатации свойствами», 2003-2005 гг., РФФИ « Исследование закономерностей изнашивания и трения полимерных нанокомпозитов», 20062008; «5.2.1.1. Создание и прогнозирование изменений физико-механических свойств полимерных композиционных материалов для использования в технологических системах и технике нефтегазовой отрасли регионов холодного климата» на 2007-2009 гг. (гос. per. № 01.2.00705098).

Цель работы - создание перспективных полимерных композиционных материалов с улучшенным: комплексом свойств на основе ПТФЭ и углеродных наполнителей для узлов трения;

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• анализ современных направлений создания ПКМ и способов улучшения их свойств; .

• • исследование влияния технологии механоактивации компонентов на процессы формирования наполненной полимерной системьгв зависимости от химической природы и концентрации углеродного наполнителя;

• установление закономерностей изнашивания 1IKM на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного углеродными наполнителями с учетом структуры в объеме материала и на поверхностях трения; . f'

• разработка методов создания ПКМ, базирующихся на: 1) активации полимерного связующего и наполнителей; 2) использовании компонентов, усиливающих адгезионное взаимодействие на границе полимер-наполнитель и не уступающих по свойствам промышленным аналогам марок Ф4К20 (ТУ 6-05-1413-76), Флувис-20 (ТУ РБ 0353v5279.071-99), Ф4Г15.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые разработаны новые технологические приемы совмещения компонентов гетерогенной системы, включающие предварительную активацию не только наполнителей, но, и полимерной матрицы. Показано, что активация ПТ.ФЭ, применяемого в качестве основы для получения ПКМ; приводит к существенному улучшению служебных свойств композитов.

Установлены, закономерности изнашивания' ПТФЭ, наполненного УН; заключающиеся в участии наполнителей в формировании высокоориентированных структур на поверхности трения, характеризуемых низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Установлено, что эти структурные образования, характеризуются повышенным содержанием наполнителя и экранируют поверхностный слой композита от разрушения.

Определены закономерности структурообразования в ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями на основе кокса, терморасширенного графита и углеродного волокна. Показано, что УН изменяют скорость кристаллизации ПТФЭ в зависимости от их природы, концентрации и наномодификатора. Выявлена взаимосвязь структуры со свойствами ПКМ. Это позволяет направленно формировать надмолекулярную структуру связующего и получать материалы с оптимальным сочетанием прочностных и триботехнических характеристик.

Разработаны новые рецептуры материалов, применяемых для узлов трения, эксплуатируемых в широком интервале температур и нагрузок, превосходящих по своим эксплуатационным характеристикам промышленно выпускаемые аналоги марок Ф4К20 (ТУ 6-05-1413-76), Флувис-20 (ТУ РБ 03535279.071-99), Ф4Г15.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением стандартных методов испытания ПКМ на современном оборудовании, использованием тонких инструментальных методов анализа, и соответствием результатов лабораторных и опытно-промышленных испытаний.

Практическая значимость полученных результатов. Разработаны новые технологические способы получения ПКМ, содержащих УН, базирующиеся на предварительной активации связующего и компонентов ПКМ в планетарной мельнице АГО-2, активаторе «Fritch» в течение 0,5-10 мин.

Разработаны рецептуры износостойких полимерных композиционных материалов, отличающиеся высокими деформационно-прочностными и триботехническими характеристиками, позволяющие повысить ресурс узлов трения техники и технологического оборудования.

Разработанные материалы превосходят по своим эксплуатационным характеристикам промышленно выпускаемые аналоги марок Ф4К20 (ТУ 68

05-1413-76), Флувис-20 (ТУ РБ 03535279.071-99), Ф4Г15. (2 патента РФ № 2177963 «Полимерная композиция триботехнического назначения», № 2319713 «Композиционный полимерный материал триботехнического назначения»).

Из разработанных материалов изготовлены подшипники скольжения для конденсатного насоса КС-20-30 Якутской ТЭЦ, а также манжеты, сальники тормозных цилиндров, пыльники подшипникового узла ступицы для автомобилей КАМАЗ, УАЗ, ЛИАЗ, работающие в интервале температур от -50°С до +50°С (ООО «Нордэласт»).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• технологические приемы совмещения компонентов ПКМ, заключающиеся в предварительной активации, как полимерной матрицы, так и наполнителей с целью повышения их структурной активности и обеспечения равномерного распределения в объеме связующего;

• закономерности формирования структуры ПКМ в зависимости от природы, концентрации и времени активации углеродных наполнителей;

• закономерности изнашивания композиционных материалов на основе ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями. *

• новые составы материалов конструкционного назначения на основе ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями, с улучшенными физико-механическими и триботехническими характеристиками.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на^ международных конференциях "Поликом-2000","Поликом-2003" (г. Гомель), региональной научной конференции "Наука. Техника. Инновации." (г. Новосибирск, 2002 г.), международном симпозиуме "Фторполимерные материалы: фундаментальные, прикладные и производственные аспекты (г. Новосибирск, 2003 г.), XXIY международной конференции "Композиционные материалы в промышленности "Славполиком", (г. Ялта,

2003 г.), II-III Евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, (г. Якутск, 2004, 2006 гг.), I Российской конференции "Химия в автомобильной промышленности" (г. Новосибирск, 2004 г.), международной научно-технической конференции "Поликомтриб-2005" (г. Гомель, 2005 г.), республиканской конференции "Молодые ученые и наука - 2000" (г. Мирный, 2000 г.), научной конференции студентов и молодых ученых "VII, IX, X Лаврентьевские чтения" (г. Якутск, 2003, 2005, 2006 гг.), XIII международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2006).

Опубликованность результатов. Основные положения и результаты исследований отражены в 27 научных работах: в 9 статьях в научных журналах и сборниках трудов конференций, в том числе 2 рецензируемых журналах ВАК, 2 международных журналах, 16 тезисах докладов на научно-технических конференциях, 2 патентах РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников из 145 наименований и приложения. Полный объем диссертации составляет 128 стр., включая 27 рисунков и 19 таблиц.

6.3. Выводы к главе 6

Установленные закономерности влияния технологических приемов совмещения компонентов многокомпонентной системы ПКМ в зависимости от природы углеродного наполнителя на эксплуатационные свойства позволили разработать . антифрикционные материалы, использование которых в промышленности повысило долговечность ряда узлов трения:

1. Разработаны новые рецептуры триботехнических машиностроительных материалов, обеспечивающих повышенную надежность техники при эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Разработанные триботехнические материалы на основе ПТФЭ и УН отличаются высокими эксплуатационными характеристиками: износостойкость выше 2-4 раза, коэффициент трения ниже в 2-3 раза, по сравнению с промышленно выпускаемыми аналогами.

2. Использование методов механоактивации не только наполнителей, но и ПТФЭ позволяет существенно повысить триботехнические и прочностные характеристики разрабатываемых материалов. В результате улучшения свойств ПКМ, достигаемого разработанными методами совмещения компонентов композита, расширяются области применения антифрикционных материалов, функционирования промышленно выпускаемых материалов. Разработанные ПКМ с углеродными наполнителями испытаны и внедрены в качестве подшипников, что увеличило их ресурс работы в 2-3 раза. i

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате комплексного исследования свойств и структуры материалов на основе политетрафторэтилена и углеродных наполнителей в работе теоретически и экспериментально обоснованы закономерности формирования и изнашивания ПКМ.

1. Исследованы различные технологические приемы управления свойствами материалов. Показана перспективность использования механической активации не только наполнителя, но и полимера для улучшения служебных свойств композита. Оптимальным временем активации ПТФЭ являются 2-5 мин, при котором относительное удлинение при разрыве повышается па 40 %, прочность при растяжении на 18%, прочность при сжатии на 14% по сравнению с неактивированным полимером.

2. Исследованы деформационно-прочностные и триботехнические характеристики композитов, в зависимости от природы, концентрации и времени активации углеродных наполнителей. Показано, повышение износостойкости ПКМ при введении в ПТФЭ 14,5 мае % кокса+НШ, 15 мае. % УВ+НШ и 15 мае. % ТРГ в 2-4 раза, снижение коэффициента трения в 2-3 раза, по сравнению с промышленно выпускаемыми аналогами при сохранении или увеличении механических характеристик материалов.

3. Установлены закономерности изнашивания композиционных i материалов на основе ПТФЭ, модифицированного углеродными наполнителями. Показано, что: 1) углеродные наполнители в процессе трения локализуются на поверхностях терния, предохраняя материал от изнашивания. 2) структурные элементы ПКМ ориентируются по направлению скольжения, приводя к снижению коэффициента трения. 3) наполнители повышают адгезию пленки переноса к контртелу. Эти факторы способствуют существенному повышению износостойкости и снижению коэффициента трения ПКМ.

4. Установлено, что введение углеродных наполнителей в ПТФЭ увеличивает скорость кристаллизации связующего, что сопровождается уменьшением энтальпии плавления, кристаллизации и повышением энтальпии взаимодействия.

5. Определены закономерности структурообразования в ПТФЭ модифицированных углеродными наполнителями на основе кокса, терморасширенного графита и углеродного волокна. Показано, что углеродные наполнители изменяют скорость кристаллизации ПТФЭ в зависимости от их природы, концентрации и наномодификатора. Это позволяет направленно формировать надмолекулярную структуру связующего и получать материалы с оптимальным сочетанием прочностных и триботехнических характеристик. Введение углеродных наполнителей трансформирует «ленточную» структуру ПТФЭ в сферолитные образования различных формы и размеров. Для каждого и исследованных классов углеродных наполнителей установлены оптимальные концентрации наполнителя, вызывающие трансформацию надмолекулярной структуры ПТФЭ и изменение прочностных и триботехнических характеристик ПКМ.

6. Разработаны новые составы материалов конструкционного назначения на основе ПТФЭ, модифицированого углеродными наполнителями, характеризуемые улучшенными служебными свойствами, для эксплуатации в экстремальных условиях эксплуатации: высоких нагрузках и скоростях скольжения, агрессивных средах, низких и криогенных температурах.

1. Н.П. Истомин, А.П. Семенов. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров (исследования инст. Машиноведения им. А. А. Благонравова). М.: Машиностроение, 1976.

2. Энциклопедия полимеров. / Под ред. В.А. Каргина, Т.1 М.: Советская энциклопедия, 1986.

3. А. А. Охлопкова, О. А. Адрианова, С.Н. Попов. Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями. Якутск: ЯФ Изд-во СО РАН, 2003.-224 с.

4. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. JL: Химия, 1972. 240 с.

5. Основные тенденции создания полимерных композиционных антифрикционных материалов / И.А. Грибова, А.П. Краснов, А.Н. Чумаевская, Н.М. Тимофеева. // Обзор аналитической информации. — М.: ИНЭОС, 1996.-46 с.

6. Виноградов А.В. Создание и исследование машиностроительных триботехнических материалов на основе политерафторэтилена и ультрадисперсных сиалонов: Дис. . д-ра техн. наук: 05.-2.01, 05.02.04. -Гомель, 1993.-293 с.

7. Охлопкова А.А. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе политетрафторэтилена и ультрадисперсных керамик. Дис. . д-ра техн. наук: 05.02.01, 05.02.04. -Гомель, 2000. 295 с.

8. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. М.: Химия, 1991.-304 с.

9. Graff G. Suppliers trim costs and diversify product lines // Modern Plastics Intern. 1998.-P. 78-84

10. Барамбойм H.K. Механохимия высокомолекулярных соединений. M.: Химия, 1978.-384 с.11." Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. JL: Химия, 1990. -432 с.

11. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров. М.: Химия, 1978. -312 с.

12. Бутягин П.Ю. Проблемы и перспективы развития механохимии // Успехи химии, 1994. Т.63, №12. - С. 1031-1043

13. Хайнике Г. Трибохимия. М.: Мир, 1987. - 584 с.

14. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. — 2-е изд., перераб. и доп. — Новосибирск: Наука, 1986. 297 с.

15. Молчанов В,И., Селезнева О.Г., Жирков Е,Н. Активация минералов при измельчении. /Одесса: МПСНТ, выпуск 10, 2000.

16. Охлопкова А.А., Аммосов Н.Г., Брощева П.Н. Влияние активированного модификатора на деформационно-прочностные и триботехнические свойства ПТФЭ. // Пластические массы. 1999. №8.

17. Петрова (Брощева) П.Н. Автореферат. Якутск, 1999. 24 с.

18. Слепцова С.А. Исследование межфазного взаимодействия и разработка машиностроительных материалов на основе ПТФЭ и ультрадисперсных керамик: Дис. . к-та техн. наук: 05.02.01 Якутск, 2000. - 162 с. s".

19. Алтунина JT.K., Тихонова J1. Д., Ярмухаметова Е.Г., Ломовский О.И. Изучение влияния механической активации на растворимость полимерсодержащих образцов. // Одесса: МПСНТ, выпуск 9, 1999.

20. Джейл Ф.Х. Полимерные монокристаллы. Л.: Химия, 1968. 551 с.

21. Гольперин Е.Л., Цванкин Д.Я. // Высокомолекулярные соединения. 1976. Т. 18. С. 2691-2699

22. Гуль В.Е. Взаимосвязь структуры и свойств полимеров. // Знание, 1975, вып. 12.-64 с.

23. Фторполимеры. Под. ред. акад. И.Л. Кнунянца и д. х. н., проф. В.А. Пономаренко. М.: Мир, 1975.-450 с.

24. Привалко В.П. // Молекулярное строение и свойства полимеров. Л.: Химия, 1986. -240 с.

25. Соломко В.П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. Киев: Наук, думка, 1980. 264 с.

26. Липатов Ю.С. Ориентация высокополимеров и ее влияние на их физико-химические свойства. Успехи химии, 1957, Т. 26, вып. 7, С. 768-800

27. Eiermann К. Modellma ige Deutung der Warmeleitfahigkeit von hochpolymeren, 111. Koll. - z. U. Z. Pol., 1965, Bd. 201, Heft 1, P. 3-15. •

28. Зубов П.И., Сухарева Л.А., Воронков В.А. Исследование влияния наполнителя кварцевого песка на механические и теплофизические свойствааалкидных и эпоксидных покрытий. Механика полимеров, 1967, №3, С. 507510

29. Васильев Л.Л., Танаева С.А. Теплофизические свойства пористых материалов. Мн.: Наука и техника, 1971. — 268 с.

30. Харитонов В.В. Теплофизика полимеров и полимерных композиций. -Мн.: Высш. школа, 1983. 162 с.

31. Пивень А.Н., Гречаная Н.А., Чернобыльский И.И. Теплофизические свойства полимерных материалов. Киев: Вища школа. - 1976. - 180 с.

32. Харитонов В.В. Релаксационность процессов переноса тепла в полимерах. ИФЖ, 1978, т. 34, №2, С. 253-259

33. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Курс физики полимеров. Л.: Химия, 1976.-288 с.

34. Фторполимеры / Под ред. Л.А. Уолла. М.: Мир, 1975. 448 с.

35. Каргин В.А., Слонимский Г.П. Краткие очерки по физикохимии полимеров. М.: Химия, 1967. — 232 с.

36. Берг Л.Г. Введение в термографию. М.: Наука, 1969. - 395 с.

37. Новейшие методы исследования полимеров / Под ред. В.А. Каргина и Н.А. Платэ. М.: Мир, 1966. - 571 с.

38. Машков Ю.К., Овчар З.Н., Байбарацкая М.Ю., Мамаев О.А. Полимерные композиционные материалы в триботехнике. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. — 262 с.

39. Берг JI.Г., Ягфаров М.Ш. О влиянии некоторых факторов на характер термографической записи. В кн.: Тр. 1-го совещания по термографии. Казань, 1953. - Л: Изд-во АН СССР, 1955. С.53-58

40. Васильев Л.Л., Фрайман Ю.Е. Теплофизические свойства плохих проводников тепла. Мн.: Наука и техника, 1967. - 176 с.

41. Стирри Р. Определение температурных переходов путем измерения термических свойств полимеров. Химия и технология полимеров, 1967, №12, С. 44-54

42. Mella Т.P. The specific heats of linear high polymers. J. Of Appl., Chem., 1964, vol. 14, №11, P. 461-478

43. Wilkinson W., Dole M. Specific Heat of Synthetic High Polymers. J. Of Pol. Sci., 1962, vol. 58, P. 1089-1106

44. Петрухин B.C., Шибаев В.П., Платэ H.A. Структура и* фазовые переходы в длинноцепочечных кристаллических мономерах винилового ряда. Высокомолекулярные соединения, 1970, т. (А) 12, №3, С. 687-691

45. Сорокин Г.А. Термографическое исследование пластифицированных систем. О влиянии вида и количества пластификатора на температуру стеклования полимера. Высокомолекулярные соединения, 1971, т. (А) 13, № И, С. 2577-2581

46. Пелищенко С.С., Соломко В.П. Влияние термообработки, наполнения и пластификации на распределение сферолитов по размерам и физико-механические свойства кристаллизующихся полимеров. Высокомолекулярные соединения, 1971, т. (А) 13, №4, С. 859-863

47. Машков Ю.К., Калистратова Л.Ф., Овчар З.Н. Структура и износостойкость модифицированного политетрафторэтилена. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998.- 143 с.

48. Промышленные полимерные композиционные материалы: Пер. с англ. / Под ред. Бабаевского М.: Химия, 1980. - 472 с.

49. Белый В.А. и др. Трение и износ материалов на основе полимеров. — Минск: Наука и техника, 1976. 340 с.

50. Белый В.А. Создание и исследование новых материалов и конструкций на основе полимеров и металлов. Рига, 1970. — 215 с.

51. Белый В.А., Пинчук J1.C. Введение в материаловедение герметизирующих систем. Минск: Наука и техника, 1980. - 304 с.

52. Козлов В.П., Попоков С.П. Физико-химические классификации полимеров. М.: Химия, 1982. 224 с.

53. Липатов Ю.С. Наполнение // Энциклопедия полимеров. М., 1974. — Т.2. С.325-332

54. Научные основы материаловедения. М.: Наука, 1981. - 260 с.

55. Шпеньков Г.Г1. Физико-химия трения. Минск: Университетское, 1991.-397 с.

56. Обзор по трибологии полимерных композитов / Briscoe B.J., Treedale P.J. // Tribol. Compos. Mater.: Proc. ASM Ind. Conf., Oak Ridge, Tenn. 1-3 May, 1990. Materials Park (Ohio), 1990. - P. 15-23

57. Обзор теорий для полимерных композитов, упрочненных порошковым наполнителем / Ahmed S., Jones F.R. //J. Mater. Sci. 1990. - № 12. - P. 49334942

58. Bahadur S., Gong D. The action of fillers in the modification of the tribological behavior of polymers // Wear. 1992. - V. 158. - P. 41-59

59. Bahadur S., Gong D. Formulation of the model for optimal proportion of filler in polymer for abrasive wear resistance // Wear. 1992. — V. 157. — P. 229243

60. Кропотин О.В., Суриков В.И., Суриков В.И., Машков Ю.К. Особенности влияния армирующего углеродного волокна «Урал Т-10» на структуру и некоторые физико-механические свойства политетрафторэтилена // Трение и износ. Т. 19, 1998. - №4. - С. 493-497.

61. Машков Ю.К., Байбарацкая М.Ю., Калистратова Л.Ф. Повышение эксплуатационных свойств композиционных материалов на основе политетрафторэтилена оптимизаций состава и технологий // Трение и износ. -Т. 23, 2002. №5. - С.537-542.

62. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1966. -316 с.

63. Singer I.L. Solid lubrication processes. / Ed. by I.L. Singer, H.M. Pollock. -London: NATO ASI series. 1990. - P. 237-261.

64. Seymour R.B. Fillers for polymers // Pop. Plast. 1982. V. 27, №5. - P. 1619.

65. Паншин Ю.А., Андреева M.A., Варламов Б.Г. и др. Свойства и применение фторопластов, композиций на их основе при низких температурах: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Якутск, 1977. — С. 352.

66. Наполнители для полимерных композиционных материалов / Под ред. Г.С. Каца, Д.В. Милевски. Пер. с англ. -М.: Химия, 1981. 786 с.

67. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. Д.: Химия, 1984.

68. Физикохимия многокомпонентных полимерных систем. В 2т. / Под общей ред. Липатова Ю.С. Киев: Наук, думка, 1986.

69. Каргин В.А., Слонимский Г.П. Краткие очерки по физикохимии полимеров. М.: Химия, 1967. 232 с.

70. Структура и износостойкость модифицированного ультрадисперсным графитом политетрафторэтилена / Ю.К. Машков, Л.Ф. Калистратова и др. // Омский вестник, 2000. № 11. С. 65-67.

71. Каргин В.А. Избранные труды. Проблемы науки о полимерах. М.: Наука, 1986.-278 с.

72. Плескачевский Ю.М. Актуальные проблемы развития науки о полимерах. // сб. докл. межд. конф. " Поликом 1998", Гомель - С. 4-17.

73. Марихин В. А., Мясникова Л.Н. Надмолекулярная структура полимеров. Л.: Химия, 1977. 195 с.

74. Bunn C.W., Howells E.R. Nature, 1954. V. 174. 549 p.

75. Адрианова О.А., Виноградов A.B., Демидова Ю.В. Структура и свойства малонаполненного ПТФЭ // Механика композитных материалов. — 1986.-№3.-С. 399-401.

76. Bunn C.W., Colbold A.Y., Palmer R.P. Polymer Sci, 1958. V.28. 265 p.

77. Митронова Ю.Н. Исследование наполненных систем ПТФЭ оксидный наполнитель и разработка машиностроительных триботехнических материалов на их основе. Автореферат. Якутск, 1999. — 24 с.

78. Каргин В.А., Соголова Т.И., Курбанова И.И. // Высокомолекулярные соединения, 1966. Т.8. №7. С. 1311-1312.

79. Соломко В.П. // Механика полимеров. 1976. №1. С. 162-165.

80. Сиреико Г.А. Антифрикционные карбопластики. Киев: Техника, 1985. 195 с.

81. Старцев О.В.// Высокомолекулярные соединения, 1983. Т. 25, № 11. С. 2267-2270.

82. Влияние углеродных волокон на вязкоупругие свойства политетрафторэтилена / И.М. Брянская, В.И. Суриков, В.И. Суриков и др. // Пласт, массы, 1993. №3. С. 33-36.

83. Кропотин О.В., Калистратова Л.Ф., Суриков В.И. Структура и вязкоупругие свойства армированного углеродным волокном политетрафторэтилена//Материаловедение, 1997. С. 19-21.

84. Кропотин О.В., Калистратова Л.Ф., Суриков В.И. * Влияние армированного углеродного волокна на структуру и вязкоупругие свойства политетрафторэтилена // Вестник Омского унив-та, 1997. №3. С.33-34.

85. ГОСТ 10007-80. Фторопласт 4. - Введ. 01.01.81. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 18 с.

86. Машков Ю.К., Овчар З.Н., Суриков В.И., Калистратова Л.Ф. Композиционные материалы на основе политерафторэтилена. Структурная модификация. М.: Машиностроение, 2005. -240 с.

87. Сыроватская И.К. Саморегулируемые электропроводящие композиционные материалы на основе полиолефинов: автореферат . к-та техн. наук (05.02.01). Якутск, 2001.

88. А.с. 975068 СССР, МКИ3 В 02 С 17/08. Планетарная мельница / Е.Г. Авакумов, А.Р. Поткин, О.И. Самарин. (СССР). № 3310409/29-33; Заявлено2606.81; Опубл.25 J 2.82, Бюл. 43 // Открытия. Изобретения. 1982. -№43. -С. 115.

89. Охлопкова А.А., Виноградов А.В. Износостойкость и деформационно-прочностные характеристики ПТФЭ, содержащего ультрадисперсные оксиды и нитриды металлов // Трение и износ, 17 (1996), №3, С. 382-385

90. Охлопкова А.А., Виноградов А.В., Пинчук JI.C. Пластики, наполненные ультрадисперсными неограиическими соединениями. Гомель: ИММСНАНБ (1999)

91. Берштейн В. А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия физико-химии полимеров. — Л.: Химия, 1990. — 250 с.

92. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена /А.К. Пугачев, И.И. Афонина, Т.Б. Невежина и др. // Обзорная информация, сер.'' «Полимеризационные пластмассы». -М.: НИИТЭХИМ. 1989. - 30 с.

93. Привалко В.П., Новиков В.В., Яновский Ю.Г. Основы теплофизики и реофизики полимерных материалов. Киев: Наукова думка, 1991. — 232 с.

94. Степанов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1972. - 232 с.

95. Энциклопедия полимеров, 1974. Т.З. С. 331.

96. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская И.С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978.-232 с.

97. Привалко В.Г1. Молекулярное строение и свойства полимеров. Л.: Химия, 1986.-240 с.

98. Белый В.А., Савкин В.Г., Свириденок А.И. О влиянии размеров сферолитных образований на деформативность и прочность полипропилена // ДАН БССР. — 1970. Т.14, №1. С. 13-18.

99. Погосян А.К. Трение и износ наполненных" полимерных материалов. — М.: Наука, 1977.-139 с.

100. Влияние трения на структуру наполненного фторопласта / В.В. Нижник, С.С. Пелишенко, О.В. Демченко, И.И. Белобородов // Физ.-хим. мех. материалов. 1980. - Т. 16, №1.-С. 121-123.

101. Охлопкова А.А., Виноградов А.В., Пинчук JI.C. Пластики, наполненные ультрадисперсными неограническими соединениями. Гомель: ИММС НАНБ (1999)

102. Малипский Ю.М. О влиянии твердой поверхности на процессы релаксации и структурообразования в пристенных слоях полимеров // Успехи химии. 1970. Т.39, вып.8. - С. 151 1 -1534.

103. Миронов B.C., Плескачевский Ю.М. Электрофизическая активация полимерных материалов. Гомель: ИММС НАНБ, 1999. - 172 с.

104. Пугачев А.К. Композиционные материалы на основе термопластов. — Л.: ОНПО «Пластполимер», 1980. 54 с.

105. Липатов Ю.С., Лебедев Е.В., Безрук Л.Н. О влиянии малых полимерных добавок на свойства полимер. -Киев: Наук, думка, 1977.-С.З-10.

106. Исследование кристаллизации и плавления наполненных полимеров / В.П. Соломко, В.В. Нижник, В,П. Гордиенко, Т.Р. Лашко // Синтез и физикохимия полимеров. — 1973. — Вып.16. — С. 133-142.

107. Исследование наполненных полимеров методом ТСТ / Пинчук Л.С., Гольдаде В.А., Охлопкова А.А., Виноградов А.В. // Междунар. конф. по физике диэлектриков: Тез. докл. СПб, 1997.

108. Петрова (Брощева) П.Н. Автореферат. Якутск, 1999. 24с.

109. Теплофизика полимеров / Под ред. Ю.К. Годовского. М.: Химия, 1982.-216 с.

110. Механохимический синтез неорганических соединений: Сб. науч. тр./ Под ред. Е.Г. Аввакумова. Новосибирск: Наука, 1991. — 259 с.

111. Нижник В.В., Пелишко С.С., Белобородов И.И. и др. Структурные явления в наполненном политетрафторэтилене // Синтез и физико-химия полимеров. 1979. - Вып. 22. - С. 91-94.

112. Привалко В.П. О температуре максимальной скорости роста сферолитов при кристаллизации полимеров из расплава // Синтез и физико-химия полимеров. 1979. - Вып. 20. - С. 27-35.

113. Триботехнические характеристики ПТФЭ, модифицированного кластерами синтетичекого углерода/ Малевич Е.А., Овчинников Ю.С., Бойко А.А., Струк В.А. //Трение и износ. 1998. Т.19, №3. - С.366-369.

114. Охлопкова А.А., Виноградов А.В. Износостойкость и деформационно-прочностные характеристики ПТФЭ, содержащего ультрадисперсные оксиды и нитриды металлов // Трение и износ, 17 (1996), №3. — С. 382-385

115. Нильсен JI. Механические свойства полимеров и полимерных \ композиций. Пер. с англ. к.т.н. П.Г.Бабаевского. - М.: Химия, 1978. - 312е., ил. 149. Нью-Йорк, 1974.

116. Миллер Т.Н. Плазмохимический синтез и свойства порошков тугоплавких соенинений // Неорганические материалы. 1979. - Т. 15, №4. — С. 557-561.

117. Мартынов М.А., Вылегжанина К.А. Рентгенография полимеров. Л.: Изд-во «Химия», 1972. 96 с.

118. Влияние условий формирования структуры на фрикционные свойства Ф-4, содержащего добавки. Демченко О.В., Пелишенко С.С., Белобородов И.И., Семенченко В.П. // Композ. Полим. Матер. 1986. - № 30. - С. 25-28.

119. Briscoe B.I., Tabor D. Friction and wear of polymers: the role of mechanical properties // Brit. Polymer g. V.10, №1. - P. 74-78.

120. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М.: Машиностроение, 1986. -395 с.

121. Sarkar A.D. Friction and wear // Academic press inc. (London) ltd. New York, 1980.-P. 423.

122. Свириденок А.И, Савкин В.Г., Невзоров B.B. Томотрибографические исследования полимеров // Структура и свойства поверхностных слоев полимеров. Киев: Наукова думка, 1972. - С. 106-110.

123. Привалко В.П., Новиков В.В., Яновский Ю.Г. Основы теплофизики и реофизики полимерных материалов. — Киев: Наукова думка, 1991. — 232 с.

124. Охлопкова А.А., Петрова П.Н., Слепцова С.А., Стручкова (Ючюгяева)

125. Т.С. Разработка полимерных композиционных материалов триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена // Тр. III Евразийского симп. по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Якутск, 2006.- С.67-76.

126. Kanzaki Y. Application polymers to seals // Japanese J. Tribology. 1992. -V.37.-P. 735-742.

127. Черский И.Н. Применение фторопласта-4 в уплотнительных узлах, работающих при низких температурах // Физико-технические проблемы транспорта на Севере: Сб. тр. / ИФТПС СО АН СССР. Якутск, 1971. -С.93-107.

128. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / Под ред. А.В Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1988, - 208 с.

129. Рекомендации по применению фторопластовых композиций в уплотнительной технике / О.А. Адрианова, А.В. Виноградов, Ю.В. Демидова и др. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. - 55 с.

130. Петрова П.Н., Охлопкова А.А., Стручкова (Ючюгяева) Т.С. Влияние природных цеолитовых пород на трибологические свойства ПТФЭ // Трение и износ.- Гомель, 2001.- Т.22, №1.- С.58-61

131. Петрова П.Н., Охлопкова А.А., Попов С.Н., Слепцова С.А, Стручкова (Ючюгяева) Т.С. Использование природных алмазных порошков в качестве наполнителя ПТФЭ // Трение и износ.- Гомель, 2001.- Т.22, №6.- С.749-753

132. Охлопкова А.А., Амосов Н.Г., Брощева П.Н. Влияние активированного модификатора на деформационно-прочностные и триботехнические свойства политетрафторэтилена // Пластические массы. 1999. - №8. - С. 17-21.

133. Охлопкова А.А., Петрова П.Н., Слепцова С.А. и др. Полимерные композиционные материалы триботехнического назначения // Тр. II Евразийского симп. по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата.- Якутск, 2004,- С. 103-112.

134. Охлопкова А.А., Петрова П.Н., Слепцова С.А. и др. Полимерные композиты с адаптивными к условиям эксплуатации свойствами // Сб. тр. XXIY междн. конф. «Композиционные материалы в промышленности. Славполиком». Ялта, 2004. - С. 194-196.

135. Буше Н.А., Копытько В.В., Совместимость трущихся поверхностей. М.: Наука. 1981.

136. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология. Принципы и приложения. Гомель: ИММС НАНБ, 2002. - 310 с.

137. Семенов А.П., Матвеевский P.M., Позняков В.В. Технология изготовления и свойства содержащих фторопласт антифрикционных материалов. — М., 1965. 162 с.

138. Применение полиолефинов, полистиролов, фторопластов и поливинил-ацетатных пластиков: Каталог. Черкассы: НИИТЭХПМ, 1981. - 194 с.

139. Танака Т. Применение фторопластов и тенденция их развития // Коре Дзайре.-Eng. Mater. 1991.-V.39, №2.-Р.74-80.

140. Танака Т. Применение фторированных полимеров и перспективы их развития // Коре Дзайре. Eng. Mater. - 1991. - V.39, №5. - Р.71-79.

141. Черский И.Н. Полимерные материалы в современной уплотнительной технике. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1975. - 112 с.I1. УТВЕРЖДАЮ1. УТВЕРЖДАЮ2006 г.

142. И.о.директора Якутской ТЭЦ Н.И.Щадинов^1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

143. Результаты работы внедрены в котельном цехе ЯТЭЦ с ожидаемым экономическим эффектом 5 тыс.руб на один подшипник.1. Гл. инженер Щдринов Н. И.1. От ЯТЭЦ:

144. От ИНМ СО РАН: Исполнители: с.н.с, к.т.н. Петрова П.Н.и. ^-ГГ У1. Начальник УРЭОиСст. преп. каф. ВМС и ОХ БГФ ЯГУ, Ючюгяева Т.С.

145. Утверждаю» * л. Генеральный директор ООО1. Нордэласт»1. Биклибаева Р.Ф.

146. СО РАН, д.т.н. ^ЧГОгюв С.Н.•*Т\ 2005 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

147. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена и сверхвысокомолекулярного полиэтилена использованы в ООО «Нордэласт» для изготовления морозостойких уплотнений и подшипников скольжения,

148. Разработчик: Институт неметаллических материалов СО РАН (лаборатория

149. Т полихмер-эластомерных материалов). ■i

150. Научно-технический эффект: обеспечение повышения износостойкости, стойкости к воздействиям агрессивных сред, снижение коэффициента трения, увеличение срока службы изделий и повышение надежности эксплуатации в суровых условиях Севера.

151. В 2005 г. ООО «Нордэласт» изготовило 150 шт. уплотнений 3-хработающих в интервале температур от —50^С до +50°С.типоразмеров и подшипников из разработанных материалов.

152. От ООО «Нордэласт» Мастер участкаотИНМСО РАН

153. Главный инженер L С.В. Корбанков1. A.M. Бухвалов

154. Система качества сертифицирована по требованиям ИСО 9001 .

155. Й-я Дачная, ул. им. Огошына Б.В., д. 1, Саратов, 41003 ? ОКПО 076196.36 ОГРН 1026-103ОЛО-ЛсГтел. (8452)33-33-52, факс (8452)36-74-76 E-mail:'officc-g'lcomakt-saratoy.rH ' ^ ' ИНН / КПП 6453022596 / 645301 СО)№ ■ Директору- .

156. Hrt 1565t-92I7 от 25.02:05 ' :"' : ''НМ•—-——— —~—— ■ . л.Т.н. г-ну C.IJ.Попову •- • г. Якутск. Автодорожная, 20.

157. Обиспытаниях-двигателя.ДП22-А Факс: 8-(4И2)-35-73-33 . ', ' 35-76-68 :

158. Мнение наших специалистов? о 'предоставленном 'Вами экспериментапь-йом материале для подшипников скольжения: '

159. Может применяться; для изготовления подшипников, скольжения^элект тродеигатедя ДП22-А. '

160. Затруднительно получить механической обработкой размер с допуском в 5 ,. 10 микрон. ;'"

161. Более высокая; износостойкость, низкая остаточная пластическая деформация;.чем у материала.Ф-4К20.

162. Менее критичен: к изменению температуры в. диапазоне от -40°С' до +65 °С (более стабильны токи.потребления, чем у элек тродвигателей с подшипниками скольжения из: материала Ф-4К20);

163. Выражаю- BaMi свою признательность за содействие в? проводимых нами -исследовательских работах.1. С уважением '

164. Директор НПК-4' О; В; Тихонов1. С?^

165. Исполнитель: Чибирёв Сергей Александрович:

166. E-mail: kto6@rambler.ru факс: (8 452) 36-46-53тел/факс: (8452) 35-97-071.lD £Т:60 SQQZ II d«Wi06iS£2St?8 .: -OK ЭМУШ ; 9901>i'1>Ш1Ш : Ю