автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Создание и исследование армированных композитов на основе фенолформальдегидных смол для узлов трения машин и механизмов

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ Л\ЕХАНИКИ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

Специальность 05.02.01 — Материаловедение в машиностроении (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

НЮТИН Владимир Иванович

Гомель 1993

Работа выполнена в Белорусском институте инженеров железнодорожного транспорта и Институте механики металлоиолнмер-ных систем АН Беларуси.

Научные руководители: — доктор технических наук,

профессор Щербаков С. В.,

— кандидат технических паук, старший научный сотрудник Близнец М. М.

Официальные оппоненты: — доктор технических наук,

профессор Родченко Д. А.,

— кандидат технических наук, доцент Коршунов А. И.

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта.

.защита диссертации состоится « »-¿¿я^&я. 1993 г. в час. на заседании специади'зираваиного совета Д 006.28.01 в Институте хмеханики метадлополимерных систем АН Беларуси по адресу: 246652, г. Гомель, ул. Кирова, 32а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института механики металле полимерных систем АН Беларуси.

Автореферат разослан « » 9. . 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, //Г")

к. ф.-м. и.

7И. Б. Росташша

общая характеристика работы

Актуальность темы. Повышение нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации машин и механизмов приводит к увеличению энергонаг-руженности узлов трения, которая интенсифицирует теплоЕой износ сопряженных поверхностей. В этих условиях одним из способов снижения износа деталей узлов трения является разработка самосмазывающихся антифрикционных материалов на основе теплостойких полимеров. В сравнении с другими термореактивными полимерами в значительной мере этим требованиям удовлетворил обязующие на основе фенолформ альдегидных смол (ФЕС). В ряде работ изучей механизм отверждения ФЕС, исследовано влияние на их физико-мехаЬические свойства и износ природы отвердителей, антифрикционное добавок, дисперсных минеральных и металлических наполнителей. Анализ результатов исследований показывает, что материалы на основе немо-дифипированных ФЕС имеют кесткур трехмерную сетчатую структуру и обладают малоцикловой фрикпионной усталостью. В связи с этим предложено повышать эластичность и стойкость к усталостному изнашиванию путем модифицирования связующего линейными полимерами п олигпмерЕми. Однако, недостаточно полные сведения о влиянии Таких модификаторов, вводимых в связутацее в сочетании с антифрик-нионкнми добавками, армирующими волокнистыми наполнителями и минеральными структурирующимися веществами, на износ и теплофизиче-ские свойства материалов на основе 2Ж затрудняет их применение в узлах трения машин и механизмов.

Целью работы является исследование особенностей влияния линейных полимеров молекулярной дисперсности, и несшиваодихся олигомеров, волокнистых наполнителей и минеральных структурирующихся веществ на процесс изнашивания фенолформальдегидных полимеров и разработка на основе полученных результатов машиностроительных материалов с повшеннши трибогехническими и теплофизи-ческими характеристиками для узлов трения машин и механизмов.

Научная новизна работы; Предложены методы повышения эксплуатационных характеристик $ФС путем их модифицирования линейными полимерами • молекулярной дисперсности . и несшивающимися олигоме-рами. Установлен синергический эффект, заключающийся в существенном повышении износостойкости и физико-механических свойств композиционных материалов при введении в фенолфор* альдегидные полимеры минеральных структурирующихся веществ (мапшйшнковый окси-хлорид, оксиштрат алшиния) в сочетании с сухими смазками и руб-

леными органическими волокнами.

Разработан метод снижении износа стального конгр*цла при трении в коррозионных средах, например, в воде, путем введения в фенол-форм альдегидные полимеры оксидов металлов, способствующих повыие-нип щелочности смазочной среды, что повышает ее способность связывать свободные ионы водорода.

Впервые использованы в качестве модификаторов фенолформальдегидных полимеров ненасыщенные полиэфирные смолы, позволяющие повышать эластичность и износостойкость композиционных материалов.

Получены математические модели *еплофизических свойств многокомпонентных фенолфоры альдегидных композиций» позволяющие прогнозировать при различных температурах испытаний раздельное и совместное влияние ингредиентов на теплоемкость и теплопроводность материалов.

Новизна разработок защищена 10 авторскими свидетельствами СССР на изобретения.

На защиту выносятся следующие основные положения: составы композиционных материалов на основе ФФС, способы повышения эластичности термореактибных смол путем модифицирования связующего линейными полимерами молекулярной дисперсности и несшиващимися олиго-мераыи, результаты экспериментальных исследований триботехничес-ких, физико-механических и теплофязических свойств композиционных материалов на основе метод прогнозирования работоспособности фенолформальдегвдных композитов по температурной зависимости их коэффициента теплопроводности.

Практическое значение и реализация результатов работы. На основе проведенных исследований разработаны новые машиностроительные материалы, обладающие повышенными триботехническими, физико-меха-нескими и теплофизическгаш характеристиками в сравнении с отечественными и зарубежными материалами аналогичного назначения и предназначенные для эксплуатации в узлах- трения машин и механизмов. Разработан метод прогнозированип нвгрузочмо-скоростных и температурных режимов эксплуатации термореактивных материалов по температурной зависимости теплофизических характеристик многокомпонентных фенолформальдегидных композиций. Предложенные машиностроительные материалы прошли лабораторную и опытно-промышленную проверку на РЯД» предприятий Беларуси.

Общий экономический эффект от внедрения результатов работы в узла* трения машин и механизмов за период 1988 - 1991 гг. составил

с вше 46 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доло» кеш и обсуждены на следующих конференциях и совещаниях: всесовз-ном семинаре "Выбор полимерных материалов дли изделий с заданными свойствами" (Москва, 1990 г.); "Новое в производстве и применении фено- и аминопластов" (Москва, 1989 г.); первой региональной научно-технической конференции "Повшение надежности и долговечности узлов в строительстве,транспорт.р и путевых машинах" (Ростов-на-Дону, 1989 г.); республиканской научно-технической конференции "Пути технического перевооружения и модернизации железнодорожного транспорта" (Гомель, 1989 г.); республиканских научно-технических конференциях "Исследования, переработка и применение полимерных материалов" (Ижевск, 1982 г.); "Структурнаг модификация полимерных материалов" (}{г>евск, 1985 г.); республиканской научно-технической конференции "Экономия материальна рсуреоп и улучшение качества изделий и ко-нструкгий на осног.^ применения новнх полимерных материалов" (Виноградов, 1985 г.); республиканской научно-технической конференции "Ксмпозирно'-'ние ««"•"риалы на основе полимеров" (Гомель, 1984 г.); республиканской научно-технической конференции "Повшение эффективности использования ресурсов на железнодорожном транспорте" (Ярославль, 1983 г.); XI и научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов "$гаика и механика композиционных материален на основе полимеров" (Гомель, 1982, 1987 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликована 21 печатная работа, получено 10 авторских свидетельств на изооретения.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из введение, 5-ти глав, основных выводов и приложения, изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 55 иллюстраций, 10 таблиц и библиографический список, "вминающий 223 наименований.

СОДЕИДОШ РАБОТЫ

Во введении дан краткий анализ работ по применению модифицированных фенолформальдегидных полимеров п узлах трения машин и механизмов. Обоснована актуальность теин и еннотнрованн основные результаты работы.

В первой главе представлен обзор научно-технических данных по теме диссертационной работы и обоснованы задачи исследований. Срок службы деталей узлов трений, изготовленных из ФФС, определяется

комплексом триоотехничеиких, физико-механических и теплофизичес-ких свойств композиционных магериалов. Однако недостаточно полная информация, имеющаяся в отечественной и зарубежной литературе, о влиянии линейных полимеров молекулярной дисперсности и несшиваицихся олигомеров в сочетании с минеральными структрури-руицимися веществами, антифрикционными и волокнистыми наполнителями на указанные свойства композиционных материалов ограничивает их применение в народном хозяйстве.

В результате проведенного анализа сформулированы следующие задачи исследования:

1. Изучить особенности влияния минеральных структурирующихся веществ, линейных полимеров молекулярной дисперсности и не-сшиващихся олигомеров на процесс отверждения ФЖ с целью направленного регулирования физико-ыеханинзских и триботехнических характеристик композиционных магериалов.

2. Исследовать влияние органических модификаторов, минеральных структурирующихся веществ и волокнистых наполнителей на теплоемкость и теплопроводность 5ФС с цель» получения композиционных материалов с улучшенными теплофизическши свойствами.

3. Создать новые износостойкие композиционные материалы на основе модифицированных ФФС, наполненных минеральными структурирующимися веществами, для работы в условиях повышенных нагрузок и температур, оптимизировать их состав, осуществить испытания и опытно-промышленную проверку.

Вторая глава содержит описание методик экспериментальных исследований. Исходя из поставленных задач для проведения исследований в качестве связующего была выбрана Ж резального типа марок ЛБС-1 и ЛВС-3 (ГОСТ 901-78). В качестве модификаторов ФФС использовали эпоксидао-диановую смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-76), по-ливинилбутираль марки ГШ (ГОСТ 9439-73) и ненасыщенную полиэфирную смолу марки ПН-1 и ПН-З (МРГУ 05-1982-67) и метазин (МИГУ <э-09-38?2-67). В качестве отвердителя применяли гексаметилентет-рамин (ТУ б-09-Зб-ТО), ускорителем отверждении служил диаминофе-Нолдигидрохлорид (ТУ МХП'2668-57).Армирущши наполнителями служили отходы вискозных волокон (ТУ 6-06-442-79), хлопчатобумажных тканей (ГОСТ 1230-78) и полиакрилонитрильных (Г1АН) волокон (ОСТ 17-136-72). Для улучшения антифрикционных и физико-механических свойств фенолформ альдегидных полимеров (ФШ) в евязущее вводили дисперсные наполнители: фосфогипс СГУ 6-08-418-78), магний-цинковый оксйхлорид, полученный при взаимодействии хлористого

ь

магния (ГОСТ 4340-76) с окисью гинка (ГОСТ 10262-74), окстшурат алюминия (ТУ 6-09-4342-77) и графит (ГОСТ 5420-74).

Фрикиионнне характеристики фенолформальдегидных композиций оценивали на машинах трении СМЦ-2 и МИ-ЬД по методу "вал-частичний вкладыш". Температуру в зоне тренил измеряли хромелькопелесой термопарой, установленной в образце на расстоянии 0,5 мм от поверхности трения. Параметры микрогеочетрии поверхности контртела измеряли с помощь» профилографа-профилометра "Калибр-ВЭИ".

Физико-механические свойства материалов определили нн машинах Р-20 и 2 Д.1-2-91, маятником копре Е Д-4, твердомере ХП-250 по стандартны»» методикам.

Изучение фипико-хичических процессов при формировании композиций и изменений б поверхностных слокх металлического контртела осуществляли методами дифференциально-термического (деривятограф 0Д-ТО2) и рентгеноструктурного (установка ДРОН-2) анализов, оптической микроскопии. Тепл«физические свойства фенолфорчапьдегидннх компояипий рассчитывали по величине тепловых потоков, необходимых для сочданир заданных температур на торцевых поверхностях образца (приборы гам:-«), иг-Л-400). . .

При оптимизации состава разрабатываемых материалов исиольгш-валось центральное композиционное ротатабельное планирование второго порядка. Обработку экспериментальных данных проводили с применением методов математической статистики.

В третьей главе представлена результаты окспериментальных исследований триботехнических свойств разработанных композиционных мaTispиaлoв на основе Ф5ЕС. При исследовании .влиянии эпоксидно-диеновой смолы .(ЭД)) и фосфогипса (ЗГ) на процесс полимеризации ФЗС методом термографии установлено, что введение ЗГ приводит к сдви-17 в область более низких температур максимума экзотермического эффекта отверждении 23С'.(рикЛ, кривая 2). Модификация ФФС эпоксидной смолой приводит-к повышении температуры отверждения полимерной матрицы иг 108°С до 215°С. При дополнительном введении 5Г в модифицированную наблюдается синергический эффект, заключающиеся в снижении энергии активации взаимодействия 3*£С и ¡эпоксидной смолы от 138,44 кДк/моль до 76,44 кД«/моль (см.таблицу), обусловленный каталитическим влиянием наполнителя на процесс отверждения модифицированного связующего'. Ото способствует, по-видимому, при одной я той же продолжительности.термообработки фор-

Рис. I. Термограммы отверждения полимерных композиций: I - фенолфор^альдегиднар смола; 2 - фенолф.ориальдегиднар смола + фосфогипс; 3 - фенол-форм альдегидная смола + эпоксидная смола; Л - феиолформаль-дегиднаг смола, опоксиднвг смола -( фосфогипс

мированию в объеме полимерной матргаш сетчатой структуры с большей ■тпшныо сшивки в сравнении с ненаполненншл смолами, что приводит к повышению физико-механических свойств и к снижению интенсивности нлношивалир композиционного материала.

Энергия активации взашодействип (Е) компонентов в композицнрх

на основе КС

Связующее 5® 53С + ЭДС <ис + «Г

Е, кДж/моль 118,44 83,16 51,84 '/0,44

•г*, ' С 188 ' 215 Ш 218

"Теипература максимума ¡экзотермического пика на кривой ДГ/.

С цель» оптимизации состава материала методом рентабельного планировании второго порядка исследовали совместное влипние ЭДС (Ср, 9Т (С2) и вискозного волокна (Сд) на. интенсивность изнпгаи-дшнич I и его удельную ударную вязкость а, кДк/м^:

М0°= 15,68 - 0,0'72С1 - 0,294С2 - 0,205С3 - О.ОООХ^ + V 0,0130^3 + 0,0016С2С3 - 0,001«^ 0,0088С| + 0,0007С§

!3;

а = - 107,6251 + 1,612«1 2,725ЭС2 + 1,9574С3 - 0,00140^ -- О,ООвС^з - 0,0215С2С3 - 0,022?с| - 0,029х| - 0,00бЭС§. (2 )

В результате машинной обработки уравнения (I) установили, что минимальную расчетную интенсивность изнашивания I = 1,557.1СГ8 шеет композиционный материал, содержащий 10 мас.ч. эпоксидной смолы, б мас.ч. фосфо гипса и 124 мас.ч. вискозного волокна. На основе фенолформальдегидной композиции оптимального состава разработан армированный материал, который получали путем дополнительного введения в связующее 10 мас.ч. графита (а.с. СССР 980422, 1021667), В результате проведенных исследований установлено, что армированный материал мокно характеризовать следующими показатели-ми: разрушающее напрякение при сжатии - 183,85 МПа; разрушающее напряжение при изгибе - 64,95 МП в; твердость НВ - 430,4 ИПа; водопо-глощение за 24 часа - 0,5 %; маслопоглощение за 24 часа - 0,05 %\ интенсивность изнашивании - 4,17»10"^ и коэффициент трения - 0,0250,04 при смазке маслом.

Перспективном методом повышения износостойкости ФК является их модифицирование линейными полимерами • молекулярной дисперсности' . например, поливинилбугиралем (ПВБ), которые при формировании материала находятся в твердом агрегатном состоянии, а при трении способны генерировать пластичные смазочные пленки из продуктов трибохшических превращений модификатора. Между тем в литературе мало внимания уделено исследованию взаимного влияния линейных полимеров, армирующих наполнителей и оксихлоридов металлов ив трибогехнические характеристики отвервденных ИС. Показано, что при увеличении концентрации ПВБ кривые интенсивности изнашивания проходит через минимум. При этом с увеличением содержания ускорителя отверкдения-диаминофенолдигидрохлорида (ДАВДГХ) наблюдается смещение минимума на кривых интенсивности изнашивания материала и область более высоких концентраций ПВБ в связующем и повышение вели-чини его износа. Это обусловлено, по-видимому, более высокими значениями коэффициенте трения у ФШ, содержащих большее количество ДАФДГХ, Кривые интенсивности изнашивания фенолформальдегидной ком-

позиции проходят через минимум при возрастании концентрации маг-нийцинкового оксихлорида (МЦО) и вискозных волокон. Это можно объяснить влиянием критической концентрации наполнителей на повышение физико-механических свойств материала.

В результате оптимизации состава композиции установлено, что минимальной интенсивностью изнашивания I = 3,078.10"® обладает композиционный материал, содержащий 4 мас.ч. ПВВ; 0,4 мас.ч. ДА5ДГХ; 14 мас.ч. МЦО; б мас.ч. гексаметилентетрамина (ГМТА) и 90 мас.ч. вискозных волокон. На основе фенолфориальдегиднчй композиции оптимального состава разработан армированный антифрикционный пресс-материал (а.с. СССР 1171480), который получен путем дополнительного введения в связуадее 10 мйс.ч. сухой смазки. Исследованиями установлено, что армированный самосмазывалцийся антифрикционный материал ооладает следующими показателями: разрушающее напряжение при изгибе - 54,5 МПа; твердость НВ - 354 МПа; удельная ударная вязкость - 27,5 кДк/м**; интенсивность изнашивания - 2,1*10 и коэффициент трения 0,175 - 0,22 при скольжении без смазочного материала.

Адгезионная способность и сопротивление сдвигу пленок переноса, образующихся на поверхности стального контртела при трении по само-смазывающшся фенолфорд альдегидным материалам, в значительной мере определяют износостойкость металлополжерных пар трения. Повышения адгезионной способности пяенок переноса к поверхности контртела осуществляли как активированием и локализацией в зоне фрикционного контакта процессов трибохимического окисления оксинотра-том алюминия сухих смазок, например, графита, и продуктов трибо-. деструкции полиакрилонитрильных волокон, так и модификацией связующего высокополярными веществами, например, полиэфирной смолой и метаэином. Установлено, что при увеличении концентрации ненасыщенной полиэфирной смолы кривая интенсивности изнашивания фенол-форм альдегидных композиций проходит через минимум, который с увеличением содержания графита сдвигается в область больших концентраций модификатора. Снижение износостойкости материала в этом случае можно объяснить увеличением образующихся пленок переноса и уменьшением их сопротивления усталостному изнашиванию. Аналогичный характер изменения интенсивности.изнашивания фенолформальде-гидных композиций наблюдается и при повышении концентрации окси-нитрата алюминия в связующем. При возрастании концентрации армирующего наполнителя интенсивность изнашивания композиционного мате-

риала достигает минимальных: значений при содержании 30 мвс.ч. полиакрилонитрильнмх волокон (рис. 2). При этом оксиниграг алюминия необходимо вводить в композицию в концентрации более 20 мап.ч.

1-Ю9

12

мас.ц.

Рис. 2. Зависи»ость интенсивности изнашивания фенолформаль-дегидного полимера, содержащего 0 нас.ч. ненасыщенной полиэфирной смолы, 25 мдс.ч. гряфитя и 7 мас.ч. метазина, от концентрации ПАН-вол окон СЦ: 1-20 час.ч., 2-ТО мас.ч. оксини-трата плюминиг.

Проведенные исследования триботехнических свойств композиционных материалов показывает, что наибольшее влияние на снижение интенсивности изнашивания оказывает содержание в связующем ненасыщенной полиэфирной смолы и графита, а также оксинитра- ■ та ялпминия и метязина, представляющего собой смесь метиловых пфиров оксиметильных производных меламина. Это можно объяснить тем, что кпк ненасыщенная полиэфирная смола и метазин, гак и продукты их взаимодействии с графитом и оксинитратом алюминия способствуют формированию на сопряженных поверхностях адгезион-носпособннх пленок переноса, обладающих низким сопротивлением сдвигу.

Дтя узлов трения, эксплуатирующихся в специфических услови-

их, созданы антифрикционные фенолформальдегидные композиции со специальными свойствами. Гак, например, разработаны композиционные материалы, реализующие принцип формирования разделительных слоев из полиэтилена, модифицированного графитом и холестерило-вым эфиром пеларгоновой кислоты (а.с. СССР 1420001, 1650663, 1643567). При трении молекулы холестериловчго эфира пеларгоно-вой кислоты способствует образованию нематических смазочных пленок на поверхности контртела, обладающих низким сопротивлением сдвигу, что способствует повышению износостойкости композиционных материалов.

Композиционные материалы на основе Ф5С, армированные полиамидными волокнами, обладают повышенной износостойкостью при воздействии абразивных сред ( а.с. СССР 1162839, 1162827). Установлено, что наиболее высокой абразив-стойкостью обладает фенолфор-мальдегидная композиция включающая графит, измельченную резину, ПВБ, комплекс формиата меди (а.с. СССР 1162827). Исследование топографии поверхностей тренип с помощь» оптической микроскопии показало, что в этом случае борозды микрорезания имеют малую протяженность и оканчиваются, как правило, у частиц вулкаиизата. Это способствует снижению износа композиционного материала вслед-сявие создания закрепленными частицами механических препятствий дая развития процессов микрорезания и пластического оттоснеиин.

При динамическом взаимодействии полимерных композитов с металлическим контртелом в коррозионных средах, например, в воде, непосредственно в зоне тренип образуется значительное количество водорода, интенсифицирующего водородный износ металлического контртела. Одним из перспективных направлений по борьбе о водородным износом металлов является создание новых композиционных материалов, содержащих в своем составе компоненты, способствующие при смазке водой созданию в зоне Тренин «елочной среды, химически связывающей диффузионноспособный водород. Трибометрическими и электрохимическими исследованиями установлено, что при трении в воде фенолфо^мальдегидных композиций, модифицированных окисью кальпия, наблюдается повышение щелочности смазочной среды, способствующей снижению концентрации свободного водорода в зоне фрикционного контакта и повышению водородной износостойкости стального контртела. О превалируицем влиянии водорода на износ металлического контртела свидетельствуют, в частности, более низкие значения коррозионных токов образцов армко-железа, работав-

ших' в контакте с фенолформальдегидтми композициями, модифицированных дополнительно окисью кальция, в сравнении с величинами коррозионных токов образцов врмко-железа, электролитически наво-дорожешшх или работавших в контакте с модельными фенолформаль-дегидными композициями.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния модификаторов и армирующих наполнителей на физико-механическйе свойства композиционных материалов на основе ФЗС. Установлено, что в исследованном диапазоне концентраций модификаторов влияние ЭДС и на физико-механические свойства ФЗП менее заметно в сравнении с влиянием вискозных волокон. При этом наилучшим сочетанием высоких значений разрушающего напряжения при сжатии и твердости обладает композиционный материал, содержащий 140 мас.ч. вискозного волокна. Максимальные значения разрушающего напряжения при изгибе достигаются у образцов, наполненных 140 мас.ч. вискозного волокна, при значительно меньшем содержании фосфогипса в связующем, чем в случае их твердости.

В ряде работ показано, что модификация эпоксидных и эпокси-фенольных смол растворами линейных полимеров позволила улучшить физико-механические свойства полимерной матрицы и повысить ее ударную вязкость. Значительно меньше внимания уделено исследованию взаимного влияния линейных полимеров молекулярной дисперсности, армирующих наполнителей и оксихлоридов металлов на прочностные характеристики ФЗП. При исследовании методом математического планирования экспериментов установлено, что наибольшее влияние на повышение разрушакщего нр рпкения при сжатии материала оказывают содержание в связующем вискозных волокон и взаимное влияние концентрации ПВБ и соответственно ДАВДГХ и МЦО. Это. связано, по-видимому, с каталитическим влиянием ДА.ФД'Х и МЦО на процесс 'взаимодействия ПВБ с и на кинетику .отверждения связующего, что способствует повышению физико-механических'свойств полимерной мптриш и ее адгезии к вискозным волокнам и к поверхности частиц МЦО. При увеличении концентрации вискозних волокон кривые удельной ударной вязкости, разрушающего .напряжения при изгибе и твердости монотонно возрастают. Кривая разрушакщего напряжения при сжатии проходит через максимум при содержании 130 мае. ч. вискозных ¿юлокон, что можно объяснить уменьшением концентрации свяяущего в композиции при увеличении содержания в нем наполнителя.'Установлено, что максимальным разрушающим нанряжени-

wf при сжатии - 223,9 Mlla характеризуется композиционный материал дополнительно содержащий 4 мас.ч. ПВБ; 0,53 мас.ч. ДА2ДГХ; б мас.ч. МЦО и 6 мас.ч. ГМТА. Более высокое значение разрушающего напряжения при изгибе в сравнении с описанным выше имеет композиционный материал, содержащий в качестве армирующего наполнители {убленые отходы хлопчатобумажных тканей.

Исследовано влияние ненасыщенной полиэфирной смолы, сухих смазок, оксинитрата алюминия и lLAH-волокон на физико-механические характеристики ФШ. При проведении исследований методом математического планирования экспериментов установлено, что наибольшее влияние на повышение разрушающего напряжения при сжатии оказывают эффекты взаимодействия оксинитрата алюминия с ненасыщенной полиофирной смолой и нетазином, а такке эффект взаимодействия графита и метазина. Это обусловлено, по-видимому, повышением степени сшивки связующего путем образования дополнительных физических узлов между полярными группами модификаторов и адсорСционно-актнвнычи центрами на поверхности частип оксинитрата алюминия и гранита. МаксиМальньм разрушающим напряжением при сжатии обладает композиционный, материал, содержащий С мас.ч. ненасыщенной полиэфирной. смолы ПИ—I, 20 мас.ч. оксинитрата алюминия, 3 мас.ч. метазина, 34,7 мас.ч. графита и 40 мас.ч. ПАН-волокон.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств разработанных фенолформальдегид-ных композиций. При исследов' :ии теплофизических свойств полимерных композиций рядом авто, п показано, что процесс переноса теплого^ энергии в них существенно .зависит как от природы и агрегатного состояния наполнителей и модификаторов, так и от свойств связующего на поверхности частиц наполнителя. Однако прогнозирование теплофизических свойств многокомпонентных полимерных композиций затруднено отсутствием в литературе аналитических выражений, связывающих характеристики процесса переноса тепловой энергии в композиционных материалах с концентрацией и свойствами модификаторов и наполнителей. Б связи с этим методом матечйтического планирования экспериментов исследовали влияние концентрации сухих смазок, высокомолекулярных модификаторов, минеральных и волокнистых наполнителей на теплофизические свойства фенолформальдегидных композиций при различных температурах испытания. В результате анализа полученных уравнений установлено, что с увеличением температуры испнтанир изменяется вклад в тепло-

физические характеристики фенолформаль'дегидных композиций как отдельных компонентов, так и эффектов их взаимодействия. Установлено , что при введении эпоксидной смолы наличие плато в области температур 50-70°С на кривой коэффициента теплопроводности связано с плавлением неотвержденной части сополимера ФФС с ЭДЗ (рис. 3). Появление второго плато на кривой коэффициента теплопроводности в области температур 125-175°С можно объяснить переходом эпоксифенольиого блок-сополимера в высокоэластическое состояние.

4Ьт

4ооо

2000

-1 С,

*гК

то

2000 {000

20 60

Рис. 3. Зависимость удельной теплоемкости (I) и коэффициента теплопроводности (2) фенолформальдет щного полимера, содержащего 20 мас.ч. эпоксидной смолы и 10 мас.ч. фосфогипса, от температуры испытаний.

При введении ПВБ наличие первого плато в области температур 50-75°С связано с переходом модификатора в высокоэластическое состояние. Наличие второго плато в области температур 130-175°С обусловлено как переходом в высокояластическое состояние продукта взаимодействия ПВБ с МС, так и частичным разложением модификатора. Аналогичный характер имепт кривые коэффициента теплопроводности ФШ, модифицированных ненасыщенной полиэфирной смолой. Анализ зависимости Л = \ С Т ) показывает, что композиционные материалы, модифицированные эпоксидной смолой, наиболее целесообразно эксплуатировать в области температуры фрикционного кон-

такта 50-75°С, когда неотвервдзннан часть эпоксифенольного блок-сополимера находится в состоянии расплава и может способствовать формированию пластичных смазочных пленок, снижающих сопротивление: сдвигу мегаллополимерной пары трения. Применение метода математического планирования экспериментов позволило установить, что в сравнении с другими болае высокий коэффициент теплопроводности

Л = 0,627 Вт/мгК имеет фенолформальдегидная композиция, содержащая 5 мас.ч. ненасыщенной полиэфирной смолы, 10 мас.ч. оксинитрата алюминия и 30 мас.ч. графита. Разработанные компози ционные материалы на основе ФЗС использованы в узлах трения машин и механизмов, что позволило за период 1908 - 1991 гг. получить экономический эффект в размере свыше 46 тыс. руб.

В приложении приведены результаты опытно-промышленной проверки и технико-экономический эффект от применения разработанных композиционных материалов на основе ФФС на предприятиях Беларуси..

' основные вывода

1. Исследовано влияние фосфогипс.а, эпоксидной смолы и вискозных волокон на износостойкость и физико-механические свойства фенолфорнальдегидных полимеров. Показано, что низкий износ

1 таких композиций обусловлен образованием в объеме полимерной матрицы эпоксифенольного блоь ополимера, обладающего высокой адгезией к поверхности напал!, гелей, что повышает работу разрушения поверхности материала при трении. Установлено, что. наиболее высокой износостойкостью при трении без смазки обладает композиционный материал, содержащий 10 мас.ч. эпоксидной смолы, б мас.ч. фосфогипса и 124 мас.ч. вискозных волокон.

2. Разработан метод получения .полимерных матриц о топологической структурой типа полу-ВПС, путем модифицирования ФЮ на-сшивающимися высокомолекулярными соединениями, позволяющими формировать на поверхности контргела пластичные пленки переноса и повышать износостойкость'термореактивного полимера в 1,5-2 раза в сравнении с немодифицированным связующим.

3. Изучен характер влияния водорода, образующегося при грибохимичесной деструкции связующего, на кинетику изнашивания металлического контргела при смазке водой. Предложен способ снижения водородного износа металличяского конгртела при трении

р роде путем введения в ФЗН оксидов металлов, способствующих созданию в зоне трения щелочной среди, химически связывающей диффузионноспособннй водород.

4. Изучены закономерности изнашивания Ш1, модифицированных пслишшилбутиралем, полиэфирной смолой и наполненных оксинитра-топ алюминия, вискозным и ПАН-волокном при трении без смазочного материала. Покалено, что наиболее высокой износостойкостью ооладает фенолформальдегмдная композиция, содержащая б чяс.ч. ненасыщенной полиэфирной смолы; 18,56 мас.ч. оксинитрата алюминия; 7 мас.ч. метазина; 25 мас.ч. графита и 28,12 мас.ч. ПАН-волокон.

5. Исследовано при различных температурах испытания влияние вис оком олекулпрных соединений, сухих смазок, минеральных структурирующихся веществ и волокнистых наполнителей на теплопроводность и теплоемкость фенолформальдегидных композиций. Обоснована целесообразность проведения таких испытаний для прогнозирования температурной зависимости геплофиэических сеойстп многокомпонентных полимерных композиций, позволяющих значительно сократить объем эксперимент влышх работ. Предложено осуществлять выбор оптимальной температуры эксплуатации фенолформальдегидннг композиций п интервале температур, в котором появляется первое плато if а кривой температурной зависимости теплопроводности материала, свидетельствующий о возможности перехода модификаторов

в состояния расплава или высокоэластического состояния при попадании во фрикционный контакт.

6. На основании проведенных исследований созданы и защищены авторскими свидетельствами на изоб( ,тения композиционные материалы на основе ФФС. Осуществлена оптимизация составов фенол-форюльдегидтле кечгюлишй, опытно-промышленная проверка их работоспособности и внедрение в узлах трения малин и механизмов. Общий экономический эффект от использования разработок пп пприод 1988 - 199,1 гг. составил свыше 46 тыс.руб.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В ОЩУПЦИХ РАБОТАХ

1. Инютин В.И., Матвецов В.П., Близнец М.М. Физико-чеханичес-кио характеристики пршровпнных композитов, модифицированных по- , ливинилбутиралем и окоихлоридом металла// Проблемы прочности. -1909.-F7.-С.114-116.

2. Инютин В.И., Матвецов В.И., Близнец М.М. Износостойкость фанолформальдегидных композиционных материалов, армированных вискозными волокнами// Надежность и долговечность машин и сооружений . -1989. -Мб. -С .89-93.

3. Инютин В.И., Магвецов В.И., Близнец М.М. Влияние оксихлори-дов металлов и вискозных волокон на износостойкость композиционных фенолформальдегидных материалов// Проблемы трения и изнашивания .- 1989 . -№36 . -С . 9 4-97 .

4. Инютин В.И., Магвецов В.И., Близнец U.M. Армированные фенопласты для рельсовых скреплений// Новое в производстве и применении фено- и аминопластов.-1989.-С.95-98.

5. Инютин. В.И., Близнец М.М. Разработка армированных волокнами фенопластов// Выбор полимерных материалов д»я изделий с заданными свойствами.-1990.-С.52-56.

6. Инютин В.И., Афанасьев В.Ф., Близнец М.М., Ыагвецов В.И. Новая торцевая изоляция// Путь и путевое хозяйство.-1989.-№П.~ С.24.

7. Инютин В.И., Матвецов В.И., Близнец М.М. Влияние модификаторов на трибогехнические характеристики фенопластов, рук.деа. в ВИНИТИ, № 3953-B89.-I989.

8. Инютин В.И., Матвецов В.И. О повышении коэффициента трения кордонитовых прокладок. ГУк.деп. в 11НИИ13И № 4098.-1988.

9. Сысоев П.В., Близнец М.Ы., Инютин В.И., Магвецов В.И. Влияние вискозных волокон и $ «сфогипса на физико-механические свойства фенолформальдегидног пластика. Рук.деп. в ВИНИТИ

V 5I4D-03.-I986.

10. Инютин В.И. Органопластик для изоляции рельсовых цепей// Строительство и эксплуатация железнодорожного пути и сооружений: Меж.вуз.сб.науч.трудов. Гомель, 1992.-С.79-81.

11. Инютин В.И. Исследование процессов отверждения композиционных материалов методом термического анализа// Физика и механика композиционных материалов на основе полимеров: 'i'ea.докл. XI науч.-техн.-конф.-Гомель, апрель.-1982.-С.16.

12. Инютин В.И., Матвецов В.И., Абракей Э.И. Изучение композиционных материалов методом термического анализа// Исследование, переработка и применение'полимерных материалов: Тез.докл. ; науч.-тахн.-конф.- Ижевск, октябрь,- 1982.-С.35-36.

13. Инютин В.И.Матвецов В.И., Гришукевич Е.Г. Эффективность замены хлопчатобумажной ткани отходами для выпуска изолирующих втулок// Повышение эффективности использования материальных ре- '

еурсов на железнодорожном транспорте: Тез.докл.науч.-теш. -конф.-Н^ославль, нонбрь.-1983. -С.58-59.

14. Инютин Б.И., Магвецов В.И., Абражей Э.И. , Гришукчвич ЕЛ'. Использование отходов производств длн выпуска изолирующих втулок// Рациональное и эффективное использование материальных и топливно-энергетических ресурсов на предприятиях и в организациях области: Тез.докл.науч.-техн.-конф.-Гомель, июнь.-1984.-С.1-Ü.

15. Инютин В.П., Магвецов В.И., Близнец U.M. Композиционный материал для изготовления изолирующих деталей железнодорожного пути// Композиционные материалы на основе полимеров: Тез.докл. респ.науч.-техн.-конф.-Гомель, ноябрь. -1984, Линек.-1984.-С.2?.

16. Инютин В.Й., Магвецов Ь.И., Абражей Э.И. Полимерные детали рельсовых скреплений из отходов производства// Экономия материальных ресурсов и улучшение качества изделий и конструкций на основе применения новых полимерных материалов: Тез.докл.респ. науч.-техн.-конф.-Виноградов, октябрь.-1985.-Киев.-1985.Вып.3,- ' С. 42'.

17. Инютин В.И., Магвецов В.И., Близнец М.И. Влияние с тру к-турирущих наполнителей на свойства армированных фенопластов// Структурная модификация полимерных материалов: Тез.докл.науч.-техн.-конф. -Ижевск.-октябрь.-1985. -С.164-165.

18. Матвецов-В.И., Абражей Э.И., Инютин В.И. Детали изолирующего стыка из отходов производства// Экономное и рациональное использование природных, материальных и топливно-энергетических ресурсов в промышленности и строительстве: Тез.докл.второй обл. науч.-практ.-конф.-Гомель,ишь.-198Р -С.25.

19. Инютин В.И. Влияние армирущнго наполнителя на свойства композита на основе модифицированной фенольной смоли// Физика

и механика композиционных материалов на основе полимеров: Тез. докл. ХУ1 обл.науч.-техн.-конф.-Гомель,апрель.-1987.-С.22-23.

20. Инютин В.И. Оптимизация состава полимерной композиции торцевой изоляции// Пути технического перевооружения и модернизации железнодорожного транспорта. Тез.докл.науч.-техн.-конф. Доп. вып.Гомель.-ноябрь.-1989.-С.7-8.

21. Инютин В.И., Щербаков C.B., Близнец М.М.- А{Д»ированные фенопласты триботехнического назначения// Повышение надежности и долговечности узлов трения в строительстве, транспорте и путевых машинах// Тез. докл.Первой регион.науч.-техн.-конф.: Ростов-на-Дону.-декабрь.-3989. -С.40-41.

22. A.c. 694389, Древесная пресс-композиция// Купчинов Б.И., Баранов Ю.Д., Инютин В.И. (СССР).

23. Л.«. 980422, Полимерная пресс-композииил// Инютин B.W., Матвецов В.И., Абражей Э.И., Еыкенко М.М. (СССР).

24. A.c. I02I667. Композипия для изготовления строительных изделий// Инютин В.И., Баранов Ю.Д., Матвецов В.И. (СССР).

25.А.с. I162827. Антифрикционная полимерная композиция// Химченко D.H., Сысоев П.В., Чирков A.C., Богданович П.Н., Инютин В.И. (СССР).

26. A.c. 1162839. Полимерная пресс-композиция// Инютин В.И., Баранов Ю.Д., Бородуля И.В. и др. (СССР).

27. A.c. 1171486. Полимерная композиция// Инютин В.И., Матвецов В.И., Сысоев П.В., Близнец М.М., Аоракей Э.И. (СССР),

28. A.c. I420001. Полимерная композиция// Голубев В.А., Королик Т.К., Сысоев Г1.В., Матвецов В.И., Инютин В.И., Близнец М.М. (СССР).

29. A.c. I564I66. Полимерная композиция// Инютин В.И., Мпт-гепов В.И., Афанасьев В.Ф., Близнец М.М., Сысоев П.В., Кузьменкова Е.И. (СССР).

30. A.c. 1650663. Полимерная композипия для изготовления подцеркиввицих роликов транспортеров путевых снегоуборочных машин// Терешко Ю.Д., Королик Т.К., Близнец М.М., Инютин В.И. и др. (СССР).

31. A.c. 1643557. Поли»1 рнан композиция антифрикционного назначения// Голубев В.А., чтвецог В.И.. Королик Т.К., Снсоег П.В., Инютин'В.И., Близнец М.М., Трреихо Ю.Д. (СССР).