автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Разработка и исследование свойств композитов на основе фенилона для узлов трения посевных машин

УКРАШСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ Х1М1КО-ТЕХНОЛОГ1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

, «ДО

АРЛАМОВА Нша Теджешвна

О*

г«а

УДК 678.767:678.027.72

РОЗРОБКА ТА ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИТГВ НА ОСНОВ! ФЕН1ЛОНУ ДЛЯ ВУЗЛ1В ТЕРТЯ ПОСГВНИХ МАШИН

05.17.06 - Технология пол1мерних ! композицшних матер1алт

Автореферат дисертацп на здобуття паукового ступени кандидата техшчних наук

Дншропетровськ- 2000

Днсертацкю с рукопнс.

Робота виконана в Дшпропстровському державному аграрному ушверснтет!

MinicTcpcTBa аграрноТ полпики УкраТии

Науковий кср1вннк : кандидат техшчннх наук, професор

БУРЯ Олександр 1ванович, Дншропетровськин державник аграрний ушверситет, завцувач кафедри xiM

ОфщШш опоненти: доктор тсхтчних наук, професор

КУТЯН1НА Валентина Степашвна, професор кафедри xiMiT i технологи переробки еластомерт УкраТнського державного х1М1Ко-технолопчного ушверситету, м. Дншропетровськ

кандидат тсхшчних наук ГЕРАЩЕНКО ЕвгенШ 1вановнч, заступник начальника лабораторц випробовувань УкраТнського науково-дослщного шституту науки i технологи еластомерних матер1ал!В «Д1НТЕМ», м. Дншропетровськ

Пронина установи: 1нстнтут проблем матер!алознавства ¡м. 1.М.Францевича HAH

УкраТни, вщд!л аналпичних методт дослцження i стандартнзацП, м.КнТв

ffp

Захисг днссртацп вщбудеться 200 / р. о а годиш иа зас'и

спещал1зованоТ вченоТ ради Д 08.078.03 при Украшському державному xii

технолопчному ушверсктсп за адресою: 49005, м. Дншропетровськ, проспект Гагарж

3 днсертацкю можна ознайомитись в науковш бйлютеш УкраТнського держан

xiMiKO-технолопчного ушверситету: 49005, м. Дншропетровськ, проспект Гагарша, 8

Автореферат роз1сламий " " 0/ 200 р.

Вчений секретар спецшлиомнЫ *ченоТ ради /je,

Хохлоеа Та

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. Одним ¡3 ииигав, яи дозволять модернвувати 1 пщвищити надшшсть, довгов1чшсть машин та механЬмш е широке використання в Ух конструищх пол1мерних матсриинв (Г1М). Однак, як правило, використання ПМ обмежуеться 1х низькою зносост1йкютю, нсзначною теплопровщнгстю або недостатньою мщшстю.

Велига можливосп у пщвищенш надшносп вузлш тертя мають термопласта (ТП) 1 композита на IX основь Пор1вняно новим класом ТП з комплексом цшних властивостей € с клади: ароматичш пол1амщи (ПА) - феншони. Вони перспектишц для створення композицшних материл ¡в (КМ), яю вщловщають вимогам до сучасних конструкцшних пластмас. Вщомо, ш< КМ на основ1 феншону пройшли широку апробацио в конструкц1ях сшьськогосподарських машин, особливо в комбайнах, в той же час в поавних машинах не використовувались зовсш. Враховуючи це, розробка нових КМ на основ! феншону 1 застосування 1х у вузлах тертя с1валок - важлива 1 актуальна задача.

Зв'язок роботи з иауковимн програмами, планами, темами. Робота виконувалась вшповщно з планом науково-дослщноТ роботи Дншропетровського державного аграрного университету "Розробка, дослщження властивостей хаотично-армованих волокнами полмерш для штроваджения у вузли тертя сшьськогосподарських машин" № 0191ГО044114 нацюнальною програмою "Лан-2000".

Мета ! задач! дослщження. Метою роботы е створення КМ на основ1 феншону С-2 та оп-тимпац1Я 'й складу для використання в рухомих з'еднаннях посшних машин. Для досягнення поставлено! мети вирлпувались наступи! завдання:

- дослщження впливу технолопчннх параметр ¡в переробки (температуря, питомого тиску та часу витримки) на властивост! феншону С-2:

- розробка КМ на основ1 феншону С-2;

- вивчення впливу природи та вмюту ультрадисперсних штридо-кремтевих наповнювачт на тенлофпичт, ф!зико-мехая1чнй триботехшчш властивост! \ структуру композита на основ: феншону С-2;

- дослщження впливу модифкованих вуглецевих волокон (ВВ) на структуру 1 властивост; феншону С-2;

- вивчення можливосп покращення експлуатацшних характеристик феншону за рахунок використання пбридного наповнювача складу : ультрадисперсш сполуки (УДС) + мо-дифжоване ВВ;

- випробовування вузл1в терт* пос1вних машин, укомплектованих деталями а розробл« композита.

Наукова новизна одержаних результате:

- розроблеш 1 всеб1чпо дослщжеш термостшю самозмащувальш вуглепластики на ос фешлону С-2;

- створеш 1 всеб1чно дослщжеш антифртсцшш термоспйю КМ на основ1 феншону С пбридним наповнювачем. Виявлеш закономгрност! взасмодп системи пол1мерне в'яжуче-У модифжоване ВВ, як| дозволяють здшснювати контроль, цшеспрямоване регулювання вла востей та оптимЬацЬо складу композита на осшш феншону;

- вперше за допомогою статистичних метода планування експерименту проведен! темш дослщжения впливу технолопчних параметрш переробки на основш експлуатацшн раетеристики феншону С-2, в результат! чого знайдено оптималышй режим переробки;

- встановлено оптимальш рсжими експлуатацй деталей рухомих з'еднань п полше] матер!ал1в та визначено найбшып доцшьш мкця застоеування розроблених композита в струкщях посшних машин.

Наукова новизна розробок пщгверджена 2-ма позитивними рцпеннями НДЦПЕ прс дачу патента Украши.

Практичне значения отриманих результат^. Розроблеш науков1 рекомендацй и створення I спрямованого регулювання властивостей нових вуглепласпшв на основ1 фет С-2, армованих модифкованими вуглецевими волокнами та КМ, що мютять пбридний на нювач (Нп). Вщмшною особливютю розроблених КМ вщ ранппе вщомих е значке покращ теплофоичних, фвико-мехатчних 1 триботехтчних характеристик материашв.

Пщгверджена доцшьтсть засгосування КМ на основ! феншона С-2 як конструкцшноп тер1алу деталей вузлгв тертя посшних машин. Встановлено, що замша серШних деталей е! риментальними ц КМ забезнечуе пщвищення Ух довгов1чност1 не менш нЬк у 2 рази.

Особистий внесок здобувача. Визначено оптимальний технолопчний режим иерер феншону та КМ на його основа Проведен! експериментальш дослщження що до впливу ] модифжованих ВВ та пбридних нановнювачш на терм1чнц теплофоичнц фаико-мехашчш стивосп та структуру КМ на основ1 феншону С-2. Проведено обробку 1 аналв е! риментальних даних по впливу режимш експлуатацй на триботеипчш характеристики феш 1 КМ на його основ!, визначено критери & працездатносп.

За основними моделями твердофазних процеив визначено кшетичш параметри термо, рукцц феншону 1 КМ на Його основь

Проведено теоретичне обгрунтування та показано доцшыпсть застосувшшя КМ на основ: феншону у вузлах тертя посшних машин.

Апробацш результата днсертацП. Основш положения робота та н oKpeMi результата до-повщались i обговорювались на мЬкнародному ceMiiiapi "Триболог-8м" (м. Ростов, 1991р.). Четвертш Укра'шськш науково-техшчнш конференпи "Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве" (м. Харюв, 1996р.); I та II м1жнародних науково-практичних конференции "Проблеми конструювання, виробництва та експлуатацй' сшьськогосподарсько/ техшки" (м. Юровоград, 1997, 1999рр.), МЬкнародному науково-практичному симпоз1ум1 "Славянтрибо-4. Трибология и технология" (м.Санкт-Петербург, 1997р.), Третш респуб-лжансыай науково-техшчнй конференцц "Новые материалы и технологии" (м. Мшськ, 1998р.). МЬкнародних науково-техшчних конфсренцЬгх "ПолЬлерш композита" (м.Гомель, 1998р.) та "Современные материалы, технологии, оборудование и инструменты в машиностроении" (м.Киш, 1999р.).

Г1убл1кацГГ. OcHOBui положения i результата дослщжень вщображеш у 8 статтях, 5 ¡з яких опублжовано у фахових виданпях, 23 тезах доповщей наукових конференцШ (12 в них наведено в списку праць).

Структура та обсяг дисертацм. Дисертац^я складаеться ¡з вступу, шести роздшш. висновгав, списку використаних джерел та додатюв. Робота виконана на 149 сторшках машинописного тексту, вюпочае 48 рисунк!в, 48 таблиць, список використаних джерел з 226 наймепувань та 16 додатюв. Загальний обсяг дисертацп - 207 сторшок.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У вступ! показано сучасний техшчний pieeiib досягнень у створенш i дослщженш нових КМ на ocuoBi термостшких ароматичних noniaMmie. Обгрунтовано актуалыисть теми, викладе-но ocHOBHi положения, анотовано результата робота.

Роздм 1 присвячено огляду науково-техшчно! i патентно']' .'нтератури та обгруптуванню го-ловних напрямив дослщжень. Проаналвовано вплив природа Нп на властивост1 КМ на оснош феншошв, наведено rany3i ix застосування. На пщстав1 проведеного аналву сформульовано nepraoHeprosi завдання дослщженнь.

Роздм 2 мгстить опис експериментальних методик. Виходячи з поставлених завдань дослщжень як в'яжуче вибраний феншон С-2- один з найбшьш термо-, х1М1ЧЛОСТ1Йких термопласта, що випускаються промисловштю i широко застосовусться у рпномаштних галузях на-

родного господарства. Для армування феншону використовували модифшоваш вуглецев локиа у кшькосп 17 мас.%, для наповнення - УДС у илькосп 0,2-10 мас.%.

PiBHOMipnicTb розподшу волокна у псшмернш матривд вивчали за допомогою томцсроскопа "Неофот-30", поверхню крихкого злому - на растровому електронному Mi» Koni JVC. Рентгеноструктурний анали проводили на установщ ДРОН-2 в мщному монохр тнзованому випромшюванш з шкелевим фшьтром; 14-спектральний аналы - на спекгроф Merpi ИКС-29.

Термоспйюсть феншону С-2 та КМ на його основ! вивчали на дериватограф1 (}-1500Д теми Ф.Паулж, Й.Паулш i Л.Ердей. Питому теплоемккггь (С,) та коефицент теплопровии (Л) дослщжували на вим1рювачах ИТ-С-400 (ДЕСТ 23630.1-79 ) та ИТ-2.-400 (ДЕСТ 236: 79). X при юмнатнШ температур! визначали на приладо ИТЭМ -1М. Температурний коефп лшШного розширення (ТКЛР) визначали методом лш^йноТ дилатометр» на дилатометр! J-5 AM згщно ДЕСТ 15173 -70.

Густину (р) встановлювали методом гщро статичного зважування; вщносну в'язккть ( вкжозиметричним методом за допомогою скляного вюкозиметра ВПЖ-2; ударну в'язюсть методом lllapni згщно ДЕСТ 4647-80 на маятниковому Konpi КМ-0,4; твердость за Epiiu (Яг) - у вщповщносп з ДЕСТ 4670-77 на твердоMipi ТШСП; мкро твердеть (Нм) - мето Вшкерса на прилада ПМТ-3. Визначення руйнуючого напруження, порогу текучостт та вино деформаци при стиснекш проводили зг1дно з ДЕСТ 4651-78 на машиш FP-100; moj пружност! при CTHCHeimi розраховували у вщповщносгп з ДЕСТ 9550-81. Динам1чшш мо; пружносп (¿о™ ) вивчали за резонансною частотою консольно закршленого зразка i шершй масою на кшш при понеречних коливаннях. Вивчення тертя та зносу MaTepianiB проводил] машиш2070 СМТ-1. Випробовування на абразивне зношування здшснювали на машиш СМ згщно з ДЕСТ 23.208-79.

У роздш 3 наведено результата дослщжень по оптимиаци технолопчного процесу и робки феншону у вироби. А саме: виявлено вплив парам етрш сушки npec-MaTepiany на фв! MexaHi4Hi властивостт феншону С-2. Доведено, що несушений преспорошок феншону вщносну волопсть 6%, що значно noripinye його фпико-мехашчш властивосп. Тод1, як cyi при температур! 398К протягом 2-3 годин зменшуе вщносну волопсть феншону до 1,0-1,411 результат чого досягаються висом показники ударно! в'язкосп i мщносп при стисненш.

1з-за жорстколанцюгово! структури та вузького температурного штервалу переходу феш-лопу С-2 у в'язкотекучий стан, що межуе з температурою дсструкшТ, персробку шйснювалг методом компрсс1'йного пресуваяня. Були проведет еистемш дослщження щодо впливу темпе-ратури прессування (7'„.,„), питомого тиску (Ртт.) та часу витримки (г) на вщносну в'язюсть. молекулярну масу, термостшгасть, енергйо активацй, триболопчш та ф1зико-мехашчш характеристики за допомогою статистичного планування експерименту, вим1рговання проводили на п'яти р1виях кожного и параметр1в 1 описували слщуючою функцюнальною залежтстю:

У - /(X,, Хь Х3), (

дс: X/ - температура переробки, К; Хг - питомий тиск пресування, МПа; Хз - час витримки пщ тиском, хвил.

Виявлено, що при Тярес. вище 588К дослщжеш властияосгп попршуються. Очевидно, це пов'язано з термодеструкщею феншону, при якш для дослщженого штервалу температур, най-бшьш ймов1рш там гетеролггачш реакци як конденсацш 1 гщролп, що впливають на молекулярну масу феншону С-2. Що стосуеться питомого тиску, то його пщвищення до 40МПа дозво-ляс покращити властивосп феншону завдяки зниженню штенсивносп процесу термодеструкш! внаслшок збшьшення щшьносп упаковки макромолекул, а також Ймов1рност1 1х зшивки в результат вищезгаданоТ реакци конденсаци.

Таким чином, за результатами 15 експериментальних режимов переробки виявлено (табл. 1) оптималышй: Тярес - 587-588К, Ли™.=40МПа, т= 10 хвилин.

Таблиця 1. Оптималып режими переробки феншону

Технолопчш параметри

Параметр Температура переробки, К Питомий тиск, МПа Витримка, хвил. ;

Молекулярна маса 587 50-52 10 i

Термостшнсть 587 28 10 i

Енерпя активацй 587-588 50-52 15-16

Мкротвердгсть 598-599 52 10

Ударна в'язккггь 587 40 10 i

Зносостшюсть 587-588 40 5-10

Коефццент тертя 587-588 40 15-16 i

Розд1л 4 присвячений розробщ малонаповнених композишйних матер1алш на ochobi феншону, яю м!стять ультрадисперсш тугоплавю сполуки оксинггрид кремшй-itpiio Si3N<-Y203 ; твердий розчин a-AlN в ß-SijNi (ß-cianon). LJi Нп мають пщвищену структурну i х1м!чну актив-Hicrb, що пояснюсться наявшепо на Тх по верхи i велико! кшькосп незкомпенсованих зв'язюп р1зноТ xiMi4HOi природа - тому навпъ незначна кшьюсть УДС дас иозитивш результата i змшюе

структуру пол1мсрноТ матрищ, що доведено методами рентгеноструктурного та електро! мжроскошчного аналпт. Про змши на молекулярному ршш свщчать рсзультати 1Ч-спс1с скопи: розриваються м1жмолскулярш воднев1 зв'язки М1ж молекулами феншону 1 здйснюс Х1м1чна вчасмод!я М1ж амщними трупами феншону та Бц А1 р-с1алону. У випадку оксишц спостср1гаються полоси, характеры для зв'язюв БьС, вЮ-Аг. За результатами р генострукгурних та дифрактометричних дослщжень встановлено, що модифшацио фен1г УДС необхщно розглядати як процес, який сприяе структурнш персбудов1 в самому пол!* що в свою чергу призводить до змши його властивостей.

Виходячи в розрахунку кшетичних парам етрш термодеструкци феншону та КМ за мете Коатса-Редферна встановлено, що найкраще процес термоокислювально! деструкцй в ¡добр; ршняння I порядку: кт = -1п(1 - а) з кшетичними характеристиками: г =0,993, 5 = 0,173' Ес%т.= 51,5 кДж/моль; = 0,15.

Наведене р1вняння описуе процес випадкового зародокоутворення: феншон зазнас м< молекулярних перегворень, в результат! яких ¡з валентно-насичених молекул утворюютьс« дикали з пор1вняно малою реакцШною здатшепо. Враховуючи те, що за думкою Соколова при термопш феншону в першу чергу розщепленню нщлягають найбшьш слаби РЬ-М( и-зв'язки, можна запропонувати нижченаведений гомолггичний процес:

За результатами дилатометричних дослщжень виявлено, що введения УДС в феншон призводить до зниження TKJIP. Найбшьш значне зменшення (8-10%) цього показника спс рй-аеться при 1%-ному наповненш. Дослщження фвико-мехашчних характеристик показ що розроблсш КМ мають модуль пружност! (£) на 69-300МПа бшьше, ni» у феншону (рис.

Це можливо пояснити ефектом мЬкструктурпою наповнення, коли др1бнодисперсш ча розташовуються на границях розподшу надмолекулярних утворень в мкцях дефею впливають на гнучюсть полЫерних макромолекул, що призводить до деяко! змши еластичь матер1алу. Твердеть (Не) збшыпуеться, головним чином у випадку оксиштриду кремнШ-г (ОКН) на 10%. До недолшв розроблених КМ належить зниження ударно! в'язкосп, обмежуе галузь 1х застосування. В той же час жорстккпъ КМ збшьшуеться, про що евщ зростання в 1,2-1,3 рази динамичного модуля пружносп (Едт)

-■»-OítO

СО-...-> ...-HN-

со->

Рис.1 Вплив вмюту [5-с1алону (а) та оксинггриду крсмпй-прпо (б) на модуль пружносп при стисканш (1); тпердють (2) 1 штенсившсть лшшного зносу (3) феншону С-2

Досшдження тсртя та зносу показали, що введения ОКН до 5% значно змшюе глибину протжання триботехшчних процеав 1 сприяс структуруванню матср]алу, а це в сиою чергу призводить до зниження в 2 рази штенсивностч лшшного зносу (¡К) (рис.1б). Таким чином, розроблеш КМ мають досить висога експлуатацшш характеристики, але вони не належать до антифрикцшних матер!ал1В (коефвдент тертя знаходиться в межах 0,35-0,45) можутъ сксплуатуватись у вузлах тертя фрикцШного призначення.

Розди 5 дисертаци присвячсно розробщ нових ВП на основ! феншону, армованих 17 мас.% гщратцелюлозиих ВВ поверхня яких для збшьшення адгезй модифжована С1- та МНг-групами. Методом 1Ч-спектроскопп встаиовлено, що фЬико-Х1м1чна взасмодш компоненп'в КМ зд'Лсшосться, головним таном, за рахунок виникиення м1жмолекулярних водневих зв'язюв мЬк волокном та в'яжучим. Крм того, проявляготься коливанпя за участю зв'язку С-С1 (777см1), який взасмод1е з амщними групами феншону як в 1,3-, так \ в 1,4-положенш, причому по № Н, а не по С=0. Спостернааься також утворення х1мг,ших звязюв по типу вторшших амит К^Н (1002, 1106, 1236, 1262, 1394см"1) та амвдв ( 3249, 3301см"1) . За допомогого електрон-номкроскошчних дослщжень доведено, що армування модифкованими ВВ призводить до ча-стковоТ ф!брштащУ глобулярноГ структури феншону (рис. 2).

Рис. 2 Електронш м1крофотографи структур фепшопу С-2 1 вуглепластий на його основ!, яга мютять 17 мае. % УАГ (б) та 17мас.% УХ(в).

Про це свщчить \ змкцсшш аморфного гало в бк бшыних купв Вульфа-Брега; при цьс му штенсивтсть дифрагованного внпромшюваиня зменшусться в 1,5-1,6 раза. Усе вищсзгадаг пщтверджуе вплив углена з повсрхнсю, модифкопаною як амшо-групами (УЛГ) так 1 атомам хлору (УХ) на розвиток процеав ближнього унорядкуванпя аморфно? структури феншону. Ям точки зору механки пол1мерш модифкацш волокна позитивно впливас на покращсння ф!зикс мехашчних характеристик ВГ1. Так, порп' текучосп при стисненш (атхт) збшыпуеться на 6'. 83, Е -на 143-268, НБ - на 82-104 МПа (табл. 2).

Таблиця 2. Фоико-мехашчш характе) жстики розроблених матер!алш

Материал НЕ, МПа сттСт, МПа /•:, МПа а„, кДж/м2

Феншон С-2 220 230 2857 27,36

Феншон С-2+1 мас.% ОКН 244,5 248 2926 18,1

Феншон С-2 + 17мас.%ВВ 275 279 2987 17,0

Феншон С-2+17 мас.% УХ 302 275 3000 18,0

Феншон С-2+17 мае. % УАГ 324 305 3125 19,4

С-2+17мас. % УХ +1 мас.% ОКИ 313 305 3115 18,3

С-2+17 мас.% УАГ +1мас.% ОКН 335 315 3200 20,2

Результата тертя 1 зносу без змащування наведет в табл. 3. Встаповлсно, що щентичних умовах ВП в 4-21 раз бшып зносостшю, чим пол1мерна матриця. 3 одного боку, I поясшоеться бшып високими мщтстними властивостями розроблсних ВП (табл. 2); з шгпого вони мають в 1,3-1,5 раза вищу теплопровщшсть, що згщно з теор1СЮ зносу запобкас л< калваци тепла в зош тертя, внаслщок чого змепшусться штенсившсть термомехашчно'1 дсс рукцц поверхневих шарш в'яжучого. Слщ вщзначити, що коефщкнт тертя ВП 31 збшьшення напаптаження (Р) 1 шпидкост! ковзання (V) зменшусться 1 досягае величини 0,11-0,19.

Таким чином, армування фспшону модифкованими вуглсцевими волокнами у юлькос 17 мас.% покращуе триботехшчш 1 фоико-мехашчш характеристики феншону при збережсн високих тепло- та температуропровцдаосп. Встановлено, що ВП на основ! феншону можу ефеюгивно експлуатувагися в умовах сухого тертя при значенш критерцо />Г<5,2МПа'м/с.

Враховуючи те, що при експлуатаци рухомих з'еднань велике значения мае середовиш вивчали вплив води та масла МС-20 на тертя 1 зное розроблених ВП. При змащуванш ВП пер вершують базовий феншон за зносоетШюстю в 2-3 (масло); 7-20 (вода) разш, що забезпечуеты насамперед 1х кращими антифрикцшними властивостями: коефицент тертя 0,10-0,11 (водг 0,01-0,08 (масло) проти 0,23-0,24 (феншон). Таким чином, застосування змащування значг розширюс д1апазон експлуатаци' розроблених матср!ал1в до критерцо РУ <10 (вода); РУ ^ (масло) МПа' м/с.

Таблиця 3. Тертя та зное фепшону С-2 та компози-пп на його основ!

р, МПа Швщдасть ковзання, м/с

0,8 1,3. 2,6

Ш'Ю'9 | Г Ш-Ю'9 1 г НГ10-' 1 Г

Феншон С-2

1 1,71 0,43 0,64 0,3 0,63 1 0,2

1,5 1.82 0,39 4,42 0,45

2 2,31 0,34 катастроф!чний зное

Феншон С-2 + 17мас. % УХ

1 0,08 0,22 0,1 0,21 0,05 0,16

2 0,10 0,19 0,14 0,19 0,42 0,13

4 0,16 0,17 катастроф!чпий зное

Феншон С-2 1 17мас. % УЛГ

1 0,09 0,2 0.09 0,2 0,05 0,17

2 0,48 0,19 0,44 0,19 0,12 0,15

4 0,58 0,14 катастроф!чний зное

Феншон С-2 + 17мас.% УХ + 1мас.% ОКН

1 0,16 0,19 0,17 0,19 0,30 0,15

2 0,29 0,14 0,28 0,13 0,41 0,076

4 0,43 0,09 0,29 0,08

6 0,50 0,07 катастроф1чний

8 0,46 0,06 зное

10 0,44 0,05

Феншон С-2 + 17мас.% УАГ + 1мас.% ОКН

1 0,04 0,27 0,04 0,19 0,03 0,08

2 0,15 0,19 0,10 0,11 0,26 0,075

4 0,27 0,11 0,14 0,08

6 0,45 0,08 катастроф1чний

8 0,63 0,08 зное

10 0,52 0,05

Запдяки високому модулю пружносп КМ на основ! фетлону С-2, нановнених УДС та зпачнш зносостшкост! ВП, армованих модифковапими ВВ, було створено нов! КМ, що м!стять пбридний Нп. Оптимальнин склад Нп, вибраний на основ! даних, отриманих на попе-редпк етапах дослщжень, становив: 1% ОКН +17мас.% модифковапого ВВ.

За результатами терм1Ч1Юго анализу встановлено, что пбридний Нп збшъшус тсрмостшюсть феншона на 50-150 градус!в, тода як модифжоваш ВВ лише па 80 градус1в, а введения 1% ОКН - в деякш М1р! навпъ знижуе його. Що до розрахунку юнетичних пареметрт пронесу термоде-струкци за вищезгаданим методом Коатса-Редферна, слщ вщзначити,- найбшьш адекватно термол!з КМ описуе матсматична модель 1-го порядку, яка характеризус випадкове зародкоу-творешы.

Розрахунки Етт. провсдсш за ц1ею моделто свщчать, що пбридний наповнювач забсзпечу Г/зростанпя па 27-34 % пор1вняно з феншоном; на 15-24% - з вщповщним ВП ! на 20%- з КМ: феншон + 1%ОКН (табл. 4).

Таблиця 4. Юнетичш парамстри термодсструкци КМ на оснош феншону

Материал г 5 1а' кДж/моль ¡К2

Математична модель кх=-1п(1-а)

Феншон С-2 0,997 0,173 51,50 0,15

С-2+1%ОКН 0,991 0,363 47,82 0,02

С-2+ 17мас.%УАГ 0,993 0.204 60,20 0,01

С-2 + 17мас.% УХ 0,993 0,230 54,68 0,05

С-2 + 1% ОКН +17 мас.%УАГ 0,989 0,235 78,60 0.35

С-2 + 1%ОКН + 17мас.% УХ 0,925 0.515 70.20 1,86

Слщ зауважити, що ¡шш теплоф1зичш характеристики феншону, таю як коефкиенти тепл провщност1 (Л), температуропровщност1 (а) при наповненш пбридним Нп теж зростають па 2 44% поршняно з феншоном, па 20-23 % з вщповщними ВП 1 на 33-40% з КМ феншон +1 ОКН. Встановлено, що збшьшення термостшкоеп, X1 а, отримане експериментальним галяхе перевершуе адитивш Тх значения, знайдеш аналогично, тому можна зробити висновок про и явшсть синерпчного сфскту.

Поршняльшш анали фвико-мехашчних властивостей (табл. 2) показав, що пбридш I пщвищують пор1г текучосят феншону при стисканш на 25-37%, модуль пружносп на 8-10 МПа, твсрдють - 30%. Показано, что введения ВВ в феншон знижуе ударну в'язюсть, Ь-крихкосп та ламкосм волокон, значпих ушкоджснь 5х у процсЫ сумкцення з вихщш шшмсром. В той же час, введения в систему пбридного Нп в деякш М1р1 пщвищус дан показник. За результами динам ¡чних випробувань знайдепо, що введения пбридного II ОКН+УАГ значно зменшуе коэфниент демпфування, що свщчить про хорошу адгсзио гранищ разподшу ВВ-в'яжучс. Введения Нп ОКН+УХ пщвищус динам1чпу жорстюс матертлу в 1,5 раза 1 практично не впливае на його демпфуючу здатшсть.

Анали впливу Р 1 V на штенсившсть лшшного зиосу та коефццснт тертя (табл. 3), пока; що змша швидкосп ввд 0,8 до 2,6 м/с супроводжуеться ростом 1к Це пов'язано з там, щ. жорстких умовах екснлуагацц на повсрхн1 контртша розвиваеться висока температура, завдо чому збшьшуеться адгезш мЬк поверхпями ¡, як наслщок, зростас зное зразюв. / при цьс зменщусться - це обумовлено, з одпого боку, скорочешмм часу фрикцшного контакту К сталь, а з ¡итого - збшыпенням тангенщальноТ складово'1 швидкосп ковзання, що сприяс е4 тивному вилученшо часток зносу в зони тертя. При пщвищенш /' до 4 МПа /змсшнуеться

дяки збшьшенню площ1 фактичного контакту мЬк поверхнями; теля 4МПа / стабьчпусться внаслщок досягнення повного контакту. Встановлено, то КМ на основ! феншона можуть ефек-тивно експлуатуватися в умовах сухого тертя при значениях критерпо /Т<8МПа' м/с.

В роздим 6 теоретично обгрунтувано та проанал!зовано досвщ застосування КМ в конст-рукцмх поавних машин.

Наведено приклади конструювання прес-форм для виготовлення вироб1в и КМ. Показана доцшыпсть використання деталей ¡з розроблених композита у вузлах тертя вентилятора овоче во! авалки точного вис;ву СУПО-б-01 та дводискового сошника зернотуковоУ авалки С3-3,6 замють сершних шарикопцшштшюв. Обговорюються результата господарчих польових ви-пробовувань пшшипниив ковзання ¡3 КМ на основ! феншону С-2, яи забезпечують пщвищент. довгов1Чяосп бшьш нЬк у 2 рази.

висновки

1. Вивчено вплив режиму сушки прес-матер^алу феншон С-2 на його фЬико-мехашчш вла-стивосп. Дослщжено вплив технолопчних параметр ¡в переробки на молекулярну масу, тер-мостжюсть, енергио акгиваци термолву, фвико-мехашчш та триботехшчт характеристики феншону С-2. Знайдено оптимальний режим переробки (завантаження - 513К, витримка бе ' тиску при 587-588К - 5 хвилин, витримка пщ тиском при 587-588К - 10 хвилин, розпресовка при температур! 513 К).

2. Розроблет композищйт матер1али на основ1 феншону, яи мютять УДС. Встановлено що введения 1 мас.% УДС призводить до пщвищення мщност! на 4-5%, модуля пружност! н. 16-300МПа; зносостшкосп в 2 рази.

3. Розроблеш термостйш самозмащувальш вуглепластики на основ! феншону, яга мютять модифжоваш вуглецев! волокна. Визначено вплив модифжованих вуглецевих волокон на роч-виток процес1В ближнього упорядкування аморфно!" структури феншону.

Встановлено, що введения 17мас.% модифжованого вуглецевого волокна призводить до пщвищення теплопровшност! ! температуропровщност! феншону на 20-32,5 %, модуля пружност! на 143-268 МПа, твердосп - на 82-104МПа, зносостшкосп в 4-21 раз. Граничив значення фактора РУ, при якому вуглепластики можуть устшно експлуатуватись досягае 5,2МПа м/с и умовах сухого тертя ! ЮМПам/с при змащувашп водою та мастилом.

4. Створет антифрикцШш термоспйю КМ на основ! феншону, що мютять пбридний на-повнювач складу: оксиштрид кремнШ-прио + модифковане вуглецеве волокно. Визначено, що використання пбридного напоЕнювача дозволяс пщвищити мщшеть ! тверд!сть феншону до

30%, зносостшккть - в 10-40 разш. Граничне значения фактора PV в умовах сухого тертя гас 8 МПа м/с.

5. Доведено, що викорисгаиия KM на ociiobí феншону С-2 як конструкцйшого мак вузл1в тертя nocÍBHHx машин забезпечуе пщвищення ïx довпшчноеп не менш, нЬк в 2 рази

ОСНОВНИЙ 3MICT ДИСЕРТАЦЙ ВИКЛАДЕНО В РОБОТАХ

1. Буря А.И., Арламова Н.Т., Буря A.A., Ильюшенок В.В., Черский И.Н. Исследовани плуатационных характеристик малонаполнснного фенипона //Трение и износ. -1997. -18, -С.655-662.

2. Арламова Н.Т., Нестеренко А.М., Буря А.И., Киреев Е.И. Структура малонаполне! фенилона //Материалы, технологии, инструменты -1998. -Т.З. - №4, -С.65-68.

3. Буря А.И., Арламова Н.Т., Холодилов О.В. Исследование влияния режимов персра на молекулярную массу фенилона//Материалы, технологии, инструменты,-1999.-Т.4,- №1.74.

4. Буря А.И., Бурмистр М.В., Арламова Н.Т., Дорофеев В.Т., Горбенко В.Ф., Рева Д.Л работка и исследование свойств базальтопластиков на основе фенилона// Вопросы химии мической технологии. -1999. №2,- С. 37-42.

5. Burya A.I., Ar lamo va N.T. Friction and wear of phenilon filled by ultra-dispersed oxyniti silicon-yttrium// Applied Mechanics and Engineering. -1999. v.4. Special issue:NCBS'99. -P. 115-1

6. Буря А.И., Арламова H.T., Сучилина-Соколенко С.П., Кривель A.A. Влияние ультр перных наполнителей на структуру фенилона/ В кн. Коммунальное хозяйство ropo; Харьков:Технжа. -2000. вып.22. -С.112-114.

7. Буря А.И., Арламова Н.Т. Разработка углепластиков на основе фенилона для внедрс узлах трения посевных машин// 36ipiiHK наукових праць нацюналыюго аграрного уншерс "Механ1зац1я сшьськогосподарського виробництва", К: Вид-во НАУ, -T. IV. -1998. -С.76-

8. Арламова Н.Т. Применение полимерных материалов в конструкциях посевны шин//Придншровський науковий bíchhk. -1998. -№55. -С.20-28.

9. Позитивне рйпення вщ 04.02.99р. про видачу патенту Украши на винахад по : №98063051 вщ 12.06.98 МПК 6 С 08 L 77/00 Полимерна композицЫ /Буря O.I., Арламов; (Украша), Черський I.M. (Рос1я).

10. Позитивне рйпення вщ 1.10.98р. про видачу патенту Украши на винахщ по : №97115510 вщ 17.11.97 МПК 6 С 08 L 61/14 ПолЫерна композиц!я/ Буря O.I. (Укр Адркшова O.A. (Роси), Арламова Н.Т.(Укра1на), Черський 1.М.(Рос1я)

11. Буря А.И., Виноградов А.В., Адрианова О.А., Арламова Н.Т. Триботехническис свойства ароматического полиамида фенилон, содержащего ультрадисперсный наполнитель// Расширенные тезисы докладов семинара-смотра "Триболог-8м". -Ростов: ЯПИ. -1991. -С.44-48.

12. Burya A.I., Ivin V.D., Arlamova N.T. Tribological properties of carbon plastics based in aromatic polyamide phenylon //Proceedings 4th Yugoslav conference tribology of with foreign participants YUTRIB'95. -Herceeg Novi (Yugoslaviy). -1995. -P. 40.

13. Буря O.I., Арламова H.T., Виноградов O.B., Лебщь С.Б. Вивчення впливу ультра-дисперсних наповнювач!в на фЬико-мехашчш характеристики феншону/ЛГезисы докладов IV Украинской научно-технической конференции "Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве". -Харьков: "Курсор ЛТД". -1996. -С.15-17

14. Буря А.И., Арламова Н.Т., Ильюшенок В.В. Износостойкость углепластиков на основе ароматического полиамида фенилон С-2// Труды 3-го Международного Симпозиума но трибологии фрикционных материалов "ЯРОФРИ-97". -Ярославль: НИИАТИ -1997. -С.242-246.

15. Буря А.И., Ильюшенок В.В., Арламова Н.Т. Исследование триботехнических характеристик углепластиков на основе фенилона С-2// Материалы международного научно-практического симпозиума "Славянтрибо-4. Трибология и технология". -Санкт-Петербург' Рыбинск: РГ АТА-МФ. СЕЗАМУ. -1997. -С.31-34.

16. Burya A.I., Arlamova N.T., Vinogradov A.V. The influence of ultradispersed fillers by tribological properties of aromatic polyamide// Proceedings cf World Tribology Congress. - London (UK). -1997.-P. 831.

17. Буря А.И., Арламова H.T., Холодилов O.B. Влияние режимов переработки на триболо-гичсскне характеристики фенилона/ Сборник Трудов международной научно-технической конференции "Полимерные композиты-98". -Гомель. -1998. -С.310-313.

18. Burya A.I., Arlamova N.T., Ilyshonok V.V. The influence of ultradispersed ceramics by tri-botechnical characteristics of composites// Abstracts of papers 7™ European polymer federation Symposium on polymeric materials. -Szczecin (Poland).-1998. -P.79-80.

19. Burya A.I., Arlamova N.T., Ilyshonok V.V. Self-lubricated carbon plastics based on aromatic polyamide phenilon C-2//5"1 Intemat. Symposium INSYCONT'98. -Cracow (Poland). -1998. -P.15-20.

20. Буря А.И., Арламова H.T., Холодилов O.B. Исследование влияния режимов переработки на молекулярную массу фенилона/ЛГруды 3 республиканской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии". -Минск. -1998. С.95-96.

21. Буря А.И., Бурмистр М.В., Арламова Н.Т., Гуголуков А.В. Применение теории планирования эксперимента при переработке фенилона //Материалы 39-ого международного семи-

нара по моделированию и оптимизации композитов -МОЮ39. Рациональный экспериме материаловедении. -Одесса: "Астро-Принт." -2000.-С.58.

22. Буря А.И., Арламова Н.Т., Аносов Н.И. Влияние гибридного наполнителя на терм ские свойства фенилона// Материалы 20-й международной конференции "Композиционные териапы в промышленности (Славполиком -2000)" -Киев: ATM Украины. -2000. -С. 149-15!

АНОТАЦШ

Арламова Н.Т. Розробка та доелдакенни властнвостсн композите на основ! фени для вузлю тертя поавиих машни. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спецшльн 05.17.06 - Технологи полмерних i композицШних матер!ал1в. - Укра1нський Державний хЬ технолопчний ушверситет, Дншропетровськ, 2000.

Дисертаци присвячена розробщ нових антифрикцшних зносостшких композищ матер1алш на основ! ароматичного полам щу феншон С-2. Виявлено наявшеть фоико-xiM взаемодц пол1мерно'1 матрищ та наповнювач^в на меж! подшу фаз в гетерогеннш систем! вплив на ocHOBiii сксплуатацшш характеристики i структуру композита. Визначено оптик ний режим переробки феншону та композит на його осшда. Встановлено пщвищення лофвичних показниюв та знососпйкосп композит вщповщно в 2-4 та 6-21 раз, зниженн ефццента тертя в 2-2,5 та коефвдента демпф1рування в 2,3 рази. Внзначеш критерц праце ноет! PV вуглепластиив при експлуатацй в режимi сухого тертя - не бшьше за 5,2 МПа • при змащуванш водою та мастилом - 10 МПа • м/с. Виявлено, що при використанш пбрнд наповнювача летал! b композит можуть уешшно експлуатуватись в умовах сухого терт* значенш критерцо PV < 8МПа'м/с. Показана доцшьшеть застосування композита на oi феншону у вузлах тертя пос1вних машин.

Ключов! слова: композит, феншон, ультрадисперсн! наповнювач!, вуглецев! вол сушка, переробка, властивосп, в'язкють, структура, теплопровщшеть, штенсившсть лшгё зносу, коефвдент тертя, критерй працездатпост!, довгов!чн!сть.

ANNOTATION

Arlamova N.T. Elaboration and investigation of composites based on phenilon for fri knots of sowing machines. - Manuscript.

Thesis for a Candidate of Sciences' degree by speciality 05.17.06 - Technology of polymeri composition materials. - The Ukrainian State Chemical Tecnology University, Dnepropetrovsk, 20

The disertation is devoted to the development of new antifriction wear-resistance composites based on aromatic polyamide phenilon C-2. The presence of physical-chemical interaction of polymeric matrix and fillers on phases dale scopes in heterogeneous system and its influence on basic exploitation characteristics and structure of composites have been founded. The optimal regim treatment of phenilon and composites of its based are established. There has been set a rise of heat-physical properties, coefficient of damper and wear-resistance of composites accordingly by 2-4; 2,3 and 6-21 times; decrease of friction coefficient by 2-2,5 times. The criteria efficiency PV of elaborated composites at exploitation in dry friction regime are no more than 5,2 MPa-m/sec and at water and oil lubrications - 10 MPa-m/sec. Is established, that at use hybrid filler of a detail from composites can successfully be maintained in conditions of dry friction at PV < 8MPa" m/sec. Application expediency of composites on the base of phenilon in friction knots of sowing machines has been shown.

Key words: composite, phenilon, ultra dispersive fillers, carbon fibers, drying, treatment, properties, density, structure, heat conductivity, the intensity of linear wear, coefficient of friction, efficiency criterion, longevity.

АННОТАЦИЯ

Арламова H.T. Разработка и исследование свойств композитов на основе феннлона для узлов трения посевных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.06 - Технология полимерных и композиционных материалов - Украинский Государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2000.

Диссертация посвящена разработке новых антифрикционных износостойких композици-01шых материалов на основе ароматического полиамида фенилон С-2. Показано влияние режима сушки пресс-материала фенилон С-2 на его физико-механические свойства. В результате исследований найден оптимальный режим сушки. Установлены закономерности изменения молекулярной массы, термостойкости, энергии активации, физико-механических и триботех-нических характеристик фенилона С-2 в зависимости от технологических параметров переработки. Определен оптимальний режим переработки (загрузка- 513К, выдержка без давления при температуре 587-588К - 5минут, выдержка под давлением при температуре - Юминут, рас-прессовка при температуре 51ЗК).

Вследствие комплексного исследования влияния ультрадисперных нитридокремниевых соединений на фпзико-механические и триботехнические характеристики феннлона обнаруже-

но, что введение наполнителей в количестве 1 мас.% приводит к увеличению предела те1 ста при сжатии до 25МПа, модуля упругости до 143МПа; износостойкости в 2 раза.

Установлено, что введение в фенилом углеродных волокон с поверхностью, модифиц ванной амино- и хлор-группами оказывает влияние как на молекулярную, так и надмолек; ную структуру полимерной матрицы. Физико-химическое взаимодействие компонентов ос ствляется, главным образом, за счет возникновения межмолекулярных водородных связе! жду волокном и связующим. При этом введение 17 мас.% модифицированного углерод волокна повышает теплофизические показатели на 20-32,5%; прочностные - на 63-831 Критерий работоспособности PV разработанных углепластиков достигает 5,2 МПам/с в ; виях сухого трения и ЮМПам/с при смазке маслом и водой.

По основным математическим моделям твердофазных процессов определены кипе-ские параметры термодеструкции фенилона и композиционных материалов на его основе наружено, что введение ультрадисперсных соединений и модифицированных углеродны локон увеличивает энергию активации термолиза на 7 и 10-13 % соответственно.

Определено, что введение гибридного наполнителя состава: 1мас.% ОКН+17мас.% ь фицированного углеродного волокна увеличивает прочность на 75-85, модуль упругости 258-343, твердость на 23-35 МПа, абразивную износостойкость - на 22-26%. Коэффш демпфирования снижается в 2,3 раза, что свидетельствует о хорошей адгезии на грг раздела волокно-связующее; модуль Юнга при этом увеличивается в 1,2 раза. Предельное чение критерия PV в условиях сухого трения достигает 8 МПам/с. Показано,что приме! композитов на основе фенилона в качестве подшипников скольжения узла трения дискс сошника зернотуковой сеялки С3-3,6, а также вентилятора овощной сеялки СУЛО повышает долговечность узлов трения не менее чем 2 раза. Предложены конструкции п форм для изготовления деталей из разработанных композитов.

Ключевые слова: композит, фенилон, ультрадисперные наполнители, углерс волокна, сушка, переработка, свойства, вязкость, структура, теплопроводность, интенсив: линейного износа, коэффициент трения, критерий работоспособности, долговечность.