автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Создание и исследование композиционных материаловна основе реактопластов для узлов трения и систем электротеплотехнического назначения.

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМШ НАУК УКРА1НИ ФВИКО-МЕХАН1ЧНИЙ1НСТИТУТ т. Г.В.КАРПЕНКА

ОД

На правах рукопису СТУХЛЯК Петро Данилович

РОЗРОБКА ТА ДОСЛ1ДЖЕННЯ КОМПОЗИТНИХ МАТЕР1АЛ1В I ПОКРИТЬ НА ОСНОВ1 РЕАКТОПЛАСТ1В ДЛЯ ВУЗЛ1В ТЕРТЯ I МЕТАЛОКОНСТРУКЦ1Й

05. 02.01 - Матер1алознавство в маишнобудуванш

АВТОРЕФЕРАТ дисертацн на здобуття паукового ступени доктора техтчних наук

Льв1в -1996

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в Тернопшьському приладобуд1вному шститут1

iM. I. Пулюя

Офщшш опоненти : академж HAH Украши,

доктор техшчних наук, професор Кислий IIC.

доктор техшчних наук, професор Голубець В.М.

доктор xiMi4HHx наук, професор Суберляк О. В.

Провщна оргашзащя - 1нститут проблем матер¡алознавств ¡мЛ.М.Францевича HAH Украши, Кшв

Захист вщбудеться 1996 р. о ^ год, н

засщанш спещал1зовано1 ради Д 04.01.03. при Ф1зико-мехашчном шститут1 iM. Г.В. Карпенка'НАН Украши (290601, м.Льв1в, МСГ вул.Наукова, 5).

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ Ф1зико-мехатчног щституту iM. Г.В. Карпенка HAH Укра'ши (290601, м.Льв1в, МСГ вул.Наукова, 5)

Автореферат розкланий " ^j^v^ 1996 р.

Вчений секретар спещал1зовано1 ради, у

доктортехшчнихнаук Г.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальшсть. Одшею з тенденций розвитку сучасного матер ¡ало-знавства в машинобудуванш е створення композитних матер ¡ал ¡в (КМ), у тому числ1 й на основ! реактопласта, що модифшоваш та наповнен! термопластами, дисперсиями мшеральних добавок та волокном. Виз-начну роль у забезпеченн! покращення комплексу експлуатацшних характеристик композит триботехшчного та електротеплоф1зичного призначення вццграе структура матер!алу, головними параметрами яко!" е ступшь х!м!чного зшивання та ф1зична взаемод1я компонента на меж! под1лу фаз у гетерогеннШ систем!. Незважаючи на певш усшхи у вив-ченш впливу р1зного типу модифи<атор1в та наповнювач1в на структуру КМ на основ! реактопласта, залишаються ще не з'ясованими принципов! питания взаемодп з такою матрицею термопласта як пластиф!-кованими, так I у вигляд! розчин!в та ф1зичн01 взаемод!!' макромолекул основи з активними центрами на поверхш наповнювача. Анал!з результата досл!джень к!нетики взаемодп шгред!ент!в на меж! под!лу "реак-топласт-наповнювач" показуе, що одним з ефективних шлях!в цшеспря-мованого створення КМ ¡з заданими властивостями в умовах промисло-вих технолог!й е науково обгрунтоване введения структурно-активних модифкатор!в та наповнювач1в. Актуальним е також створення багато-шарових композитних покрить, шари яких мають м!цну адгезда до ме-талевоГ основи, зносостшк!, теплопровшж, електро- та тегокнзолююч!.

Мета роботы. Виявлення законом1рностей та мехашзму змши фазово-структурного стану реактопласта при введены! модиф!катор!в та наповнювач1в ! створення на IX основ! композитних матер!ал!в з керо-ваними триботехшчними, ф!зико-механ!чними, електроф!зичними властивостями для вузл!в тертя та металоконструкцга.

Для досягнення мети були поставлен! так! завдання:

1. Дослщити вплив параметр!в тополопчно! структури та ф!зично1 взаемодп шгред!ента у КМ на IX ф!зико-мехатчш, фрикцшш, електро-та теплоф1зичш властивост! при введенн! структурно-активних модифжатор!в та наповнювач1в. Визначити шляхи шдвищення експлуа-тац!йних характеристик термореактивних в'яжучих та композита на Ух основ!.

2. Встановити вплив. оргашчних ! м!неральних наповнювач!в та метод!в активацп поверхн! на мехашзми армування, зношування, зм!ни електро- та теплоф!зичних властивостей композита, щоб спрямовано регулювати IX експлуатац!йн! характеристики.

3. Дослщити вшив структури реактопласта на внутрншп напр; ження та адгезшну мщшсть при введены р1зних за актившстю до пол мерно'1 матриц! оргашчних та мшеральних наповнювач^в, у тому чис;п в умовах терлпчного циклювання при крюгенних температурах.

4. Пщвищити експлуатацшш характеристики вузл1в за рахунок В1 користання спещальних машинобуд1вних КМ та створити на '¿х осно: комплексы! багатошаров1 покриття р1зного функцшного призначенн. Розробити нов1 вузли тертя та обладнання для нанесення композитам покрить на поверхт складного профшю 1 здшснити 1х дослщш промислову перев1рку.

Наукова новизна. Дослщжено процес формування тополопчн< структури епоксидних 1 епоксифуранових в'яжучих при модифкуваш тшвшьювим спиртом (ПВС), пол1вшщхлоридом (ПВХ) з наступно] терлпчною обробкою (350-520К). Вперше встановлено, що введения в'яжуче ПВС 1 ПВХ створюе взаемопроникт системи з сокового 1 л шйного пол1мер!в. Керуючи параметрами структури системи, що ств< рюеться, природою 1 концентращею модифкатор1в, температурно-час< вим режимом обробки, можливо регулювати триботехшчш та ф1зик< мехашчш характеристики композитного матер!алу. Варповання стру! турних параметр1в епоксидних 1 епоксифуранових в'яжучих дозвош шдвищити IX зносостшюсть у 6-8 раз1в, а навантажувальну здатшсть 1,5-2 рази. Експериментально встановлено, що ошр фрикщйно-ко! тактнш втом1 модифжованих епоксидних 1 епоксифуранових композ! т1в корелюе з величиною молекулярноТ маси дшянки ланцюга м1ж ву: лами Ытки в'яжучого. Виявлена залежшсть дае можливють прогнозу вати IX поведшку пщ час фрикцшноУ взаемоди.

Вперше вивчено вплив мшеральних наповнювач1в з р13ною го верхневою енерпоо на мщшсш властивосп композита. Показано, ш полшшення ф1зико-мехашчних та антифрикшйних характеристик пов') зано з! зб'ыьшенням ступеня зшивання внаслщок утворення додаткови ф1зичних вузл1в м1ж в'яжучим 1 наповнювачем, змщнююча д]я яких ш; вищуеться з ростом поверхневоГ енергп.

На основ1 результата дослщжень ф'юичноТ, ф13ико-х1м1чно1 та хемс сорбцшноГ Езаемодп м1ж наповнювачем та в'яжучим встановлено мехг шзм I законом1рност1 тдвищення електротехшчних та теплоф1зични характеристик за рахунок формування на меж! фаз зон з новими власти востями. Константовано, що введения аеросилу, у-амшопропшаеросшг Сг20з, А1203 покращуе д!електричш показники у 3-6 раз1в, електрс техшчш - у 2-3 рази, теплоф1зичш - у 2-4 рази. Розроблеш композит

стшю до впливу атмосферного середовища [ у-опромшення. Досягнуто додаткового пщвищення фгзико-мехашчних та електротехшчних характеристик композита иопередньою обробкою поверхнево-активними ре-човинами та диспергуванням при крюгенних температурах. Запро-поновано метод вивчення структури 1 прогнозування електротехшчних властивостей КМ за допомогою лазерного ударного впливу.

Практична, ишшсть. На шдстав1 експериментальних даних створено знососпГш машинобу,швш матер1али з пщвищеними ф^зико-мехашчними, триботехшчними, електротехшчними та теплоф1зичними характеристиками пор1вняно ¡з заруб1жними матер1алами (США, Япошя) аналопчного призначення. Опрацьовано методи керування структурними, адгезшними, фрикцшними та електротеплоф)зичними характеристиками композитних матер1ал1в шляхом введения у в'яжуче комплексних модифжатор1в, вм]ст яких оптим1зовано математични.м моделюванням. Сконструйовано пристро'1 для нанесения композитов на довго\прн1 поверхш, внутршнп цшпндричш поверхш складного про-фшю вузл1в тертя та систем електрооб!гр1ву оболонкових конструкцш. Встановлено оптимальш навантажувально-швидюсш режими робота КМ в широкому д1апазош температур (300-460 К). Запропоноваш машинобуд1вш матер1али та вузли тертя пройшли дослщно-промислову перев1рку на лщприемствах Укра'ши. Економ1чний ефект в!д впровадження результате роботи у цшах до 1990 року становить 1млн. 158 тис. крб.

На захист виносяться таш основт положения.

1. Експериментально встановлеш законом!рност1 впливу тополопч-Н01 структури та ступеня ф1зичного зшивання на ф!зико-мехашчш й триботехшчш характеристики модифжованих термопластичними поль мерами реактопласт1в.

2. Методи направленого регулювання параметр!в структури шляхом обгрунтованого введения модифкатор1в та наповнювач1в оргашчного чи мшерального походження р!зно1 концентраци, що у комплека з термгчною обробкою дозволяе шдвищити експлуатацшш характеристики композитов.

3. Методи полшшення електро- та теплофвичних властивостей КМ направленим регулюванням структури в матер1ал1 через створення «¡жфазних зон з новими характеристиками за рахунок х]м1чно1, ф!зично1 та хемосорбщйно!' взаемоди дисперсш оксщпв р13но! природи.

4. Розроблеш КМ для вузл1в тертя з пщвищеною здатшстю до прояву "стоп-ефекту" в умовах реверсивного руху, мaтepiaли та ба-

гатошаров! покриття з шдвищеними електротехшчними характе ристиками для робота в нбсприятливих кшматичних умовах.

5. Методи активади поверхш мшеральних дисперсш 1 комплею методик вивчення структурних властивостей та механизму 1'х впливу н; електротехшчш характеристики КМ.

ПублшацИ По тем1 дисертащ'1 опублковано 112 робгг, у тому числ 1 монограф1я та 53 авторсью свщоцтва.

Структура та об'ем роботи. Дисертащя складаеться з! вступу семи роздшв, основних висновыв, лтератури й додатку, викладена н; 382 сторшках машинописного тексту, мютить 114 рисунюв, 21 таблицк та б1блюграф!чний список 350 джерел.

ЗМ1СТ РОБОТИ У встут показано су.часний техшчний р'тень досягнень у ство рент й дослщженш нових композицшних матер!алш 1 покрить на основ реактопласйв у вузлах р1зного функцшного призначення. Обгрунтова но актуальность теми, викладено головш положения, анотовано резуль тати роботи.

Перший роздт присвячений огляду лггератури та обгрунтуваннк напрямку дослщжень. Систематизовано дaнi про вплив структури ступеня и зшивання на процеси зношування, теплопереносу т; електричш властивот спкових шшмер1в. Проанал1зовано досвщ ви користання композитних матер1ашв 1 покригпв на основ! реакто пласпв у вузлах тертя та системах електротехшчного призначення. Опи сано вплив наповнювач1в антифрикцшного призначення на зносостш меть, електричну мщшсть, д1електричш характеристики та теплопро' вщшсть композита на основ! реактопластсв. На шдстав1 проведеногс анал1зу сформульовано першочергов1 завдння дослщження.

Другий роздал мостить опис експериментальних методик. Виходяч& з поставленних завдань дослщжено епоксидш, епоксифуранов1 та фе> нолформальдегщш смоли, як1 випускають багатотонажно й широкс використовують у промисловость Встановлено, що оптимальне поед-нання тpибoтexнiчниx, ф1зико-мехашчних та адгезШних властивостей мае епоксифуранова смола, що мютить 75 мас.ч. фурфуролацетоновогс мономера на 100 мае. ч. епоксидшн смоли ЕД-20. Як оргашчн наповнювач1 використовували порошки пол1етилену, пол1ам!цу-6, ПВС ПВХ 1 полпгетрафторитилену (ПТФЕ) дисперстшстю 50-100 мкм, с також 1х розчини. Мшеральними наповнювачами були оксиди метали А1203 , ZnO, Сг203, каолш з дисперсшстю 5, 10, 30, 100 мкм, аероси; марки А-175 1 у-амшопропшаеросил дисперсшстю до 5 мкм, сплав ПТ б

НА-01 (ТУ 48-1206-156-82) дисперсшстю до 63 мкм. Антифрикцшними наповнювачами 1 функцшними добавками слугували граф1т, дисульфщ мол1бдену, кобальтоштрат натрно, бензойнокислий диметиламонш.

Адгезшну мщшсть покрить ошнговали при нормальному вщрив! зосередженою силою (машини ЦД-4 1' ЦМ-10) за умов постшно! швид-косп навантаження - 500 Н/с (метод грибюв) та вщшаровування фольги вщ КМ. За вщповщними ДЕСТами дослщжували мехашчш характеристики покрить, зокрема мкротвердють (прилад ПМТ-3 та "КтеорЬо1") 1 внутршш напруження в них (консольний метод).

Модуль пружносп при температур! нижче 1 вище температури склування полимеру визначали за перемщенням шдентора при рЬних питомих навантаженнях, використовуючи розв'язок контактно!' задач! для впровадження круглого в план! штампа в пружний прошарок, що лежить на жорсткш основ!.

Фрикщйш характеристики дослщжували на машин! МММ ! при реверсивному рус! одта з поверхонь тертя на пристроях та по методиках, що розроблеш в 1ММС АН Бшарусь Вивчено роль температури, яка розвиваеться в поверхневому шар! пщ фрикцшним навантаженням зразка, у зменшенш його маси. Це дозволило збшьшити точн!сть виз-начення ¡нтенсивност1 вагового зношування зразк!в. Використовували спец!альний прилад по (а.с.№1166838).

Структурт параметри пол!мер!в ! композит!в на Гх основ! дослщжували методами скашвно!" електронно'1 мкроскопи (18М-50А). диферен-ц!ально-терм!чного анал!зу (ДТА) на дериватограф! р-1500, термомеха-н!чного (ТМА) анализу (анал!затор "Тегмойех"), електронного парамаг-штного резанансу (РЕ-1306), частотно!" релаксометр11 та ГЧ-спектроско-пп (Ш1-20). Тангенс кута д!електричних втрат матер!ал!в визначали на частотах 0,1, 1, 10 кГц (ДЕСТ 6433.4-71), електричну м!цн!сгь та тепло-провщнють - згщно ДЕСТ 6433.3-71 ! ТУ 25-11.1487-79. Зразки отриму-вали методом вшьноУ заливки та газотерм!чним напиленням епоксид-них матер1ал!в марок УП-3115,П-ЕП-91,П-ЕП-134,П-ЕП-185,П-ЕП-177.

Результата експериментальних випробувань, оброблен! методами математично'1 статистики та статистичними методами планування експе-римент!в, представлен! у вигляд! таблиць, графшв ! р!внянь регресй". МЫмальш концентрацп шгредгентсв в матер!алах на основ! епоксидних смол 1 технолопчш режими IX формування встановлювали по матема-тичним моделюванням за допомогою ЕОМ.

У третьему роздШ наведено результата дослщжень впливу приро-ди термопластиЧних пол!мерних дом!шок ! температурно-часових умов

тверднення на формування тополопчно} структури, триботехшчш 1 ф1зико-мехашчш властивост1 епоксидних композитов. Виявили, що за-лежност! штенсивност! лппйного зношування немодифжованого 1 моди-фкованого фурфуролацетоновим мономером (ФА) епоксидного гю;пме-ру вщ температури обробки (Г0) мають два м!шмуми в обласп температур Г0= 380-450 К \ Го=490-500 К (рис.1). Методом термомехашчного анал1зу показано, що перший мммум на кривш зношування спричине-ний збшьшенням ступеня зшивання у КМ (рис.1). Тополопчна структура пол1мерно1 матрищ, сформована в д1апазош Т0 =380-450 К, характеризуемся мшдмальною масою дшянки ланцюга м1ж вузлами с1тки (Мс) I тдвищеною стшкютю до фрикщйно-контактно!" втоми. Це приводить до зниження контактних деформацш та штенсивност1 лшшного зношування реактопласту, що обумовлено покращенням його ф1зико-мехашчних властивостей. Введения ФА в епоксидний ол!гомер формуе в об'е\и в'яжучого тополопчну структуру з бъльш низьким значениям параметра Мс пор1вняно з немодифкованим в'яжучим. Це сприяс по-дальшому зниженню контактних деформацш та штенсивносп зношування модифкованого полимеру. Таким чином, змшою тополопчно!' структури базового в'яжучого створено передумови для шдвищення зносостшкост1 композита.

Деяке збшьшення зносостшкост1 спостеркаеться й при 7о=490-500 К. Методами ДТА, ТМА 11Ч-спектроскопи встановлено, що це пов'язано з накопиченням у пол1мер1 при таких температурах терм1чно-1 обробки, продукпв термоокислювально'1 деструкцп макромолекул 1 низькомо-лекулярних речовин. Зокрема, за допомогою 1Ч-спектроскопп виявлено збшьшення в матер!аш кшькост1 ОН х С=С груп. Про розрив зв'язюв ос-новних ланцюпв макромолекул в'яжучого свщчить також збшьшення Мс при Г0= 490-500 К. Дан! продукта виконують роль пластифкатора та твердих мастил, шдвищуючи зносостшюсть епоксидних пол1мер1в.

Ненаповнеш в'яжуч1 мають високий коефкцент тертя 1 схильш до прояву "стоп-ефекту" (шдвищення коеф1шента тертя на початку робота пари тертя шсля витримки протягом певного часу пщ навантаженням), що заваджае 1х широкому використанню як антифрикцшних покрит-т1в. У зв'язку з цим дослщжено вплив розчишв, дисперсш термопласте та 1х пластифкацп на структуру, триботехшчш I ф^зико-мехашчш характерисики епоксидних пол1мер1в. Виб1р наповнювач1в продик-тований, з одного боку, р1зними 1х ф1зико-механ!Чними властивостями, а з другого - неоднозначним впливом на кшетику формування 1 характер тополопчних структур. Встановлено, що матер1али залежно вщ вм1сту в 8

них термопластичного наповнювача мають мипмальну штенсившсть зношуванш при наявност! у в'яжучому 3-5 мас.ч. ПВС 1 60-80 мас.ч. ПВХ. У раз! ПВС це зумовлено впливом модификатора на формування оптимально!' з точки зору. триботехшчних характеристик тополопчно!"

структури. За да-ними дослщжен-ня структури ма-тер1алу, крива,

Рис.1. Залежшсть вадносноТ змши параметра Мс (1, 2), коефвдента тертя /тр (3,4) та штенсив-ност! зношування I (5,6) пол1мер1в вщ Т„ епоксифурано-вого (/,5,5) та епок-сндного матер!ал!в

_и (2,4,6)-

313 353 393 433 493 К

котра апроксимуе залежшсть Мс вщ ступеня наповнення ПВС, мае мшмум у тих самих областях, що й крива залежносп штенсивносп зношування (рис.2). Термомехашчним анализом, частотною релаксоме-тр1ею та електронною растровою мкроскошею встановлено, що збш,-шення ступеня зшивання при введена! 3-5 мас.ч. ПВС на 100 мас.ч. в'яжучого пов'язане з утворенням взаемопроникних шшмерних аток 1 шдвшцуе отр зношуванню в 6-8 раз1в.

Невелика кшькють ПВХ у в'яжучому призводить до зниження зносостшкост! матер!алу, подальше збшьшення його вмюту в матриц! супроводжуеться монотонним зростанням Мс, що позначаеться на ф1зи-ко-мехашчних властивостях композита. Так, у д!апазош 10-100 мас.ч. ПВХ на 100 мас.ч. в'яжучого модуль пружност1 (Е) зменшуеться у 4 рази, а мжротвердшть (Н) - у 3 рази. Введения ж значноТ юлькостс наповнювача (бшя 30 мас.ч. на 100 мас.ч. в'яжучого) послаблюе отр зношуванню материалу. Оскшьки ПВХ е шшмером, що погано сумпдуеться ¡з в'яжучим, то при твердшш матриц! це спричиняе пщвищену гете-рогенн!сть композита 1 появу дефекта на гранищ фаз. Внаслщок цього

2,61

Чх

12 2,2

10 1,8

/0,4

8- 1,4

Ио,з

6«

^0,2 0,6

2

гид час фрикцшнсн взаемодп штенсифжуеться утворення мжротрвдин шо^знижуе зносостшюсть покрить. Методом електронно'1 растрово! мЬ 1^10 МсТ03 кроскопи встановлено, що

г/моль при наповненш понад 70 мае. ч. ПВХ на 100 мас.ч.

Рис.2. Залежшсть штенсив-носп зношування I (1,2), кое-фцпента тертя (3), параметра Мс (4) та модуля високо-еластичност! Еъ (5)епоксифу-ранових композите вщ кон-центраца полшшшового спирту (2,3,4,5) \ ПВС, пластифи кованого глщерином(7). Три-валкть термообробки 2 год.

4 С, мас.ч./100мас.ч. смоли

в'яжучого ПВХ утворюе власну неперервну фазу у матер'[ал1, здатщ

сприймати зовшшне навантаження при фpикцiйнiй взаемодп. Нижч; концентращя напружень на меж1 подшу фаз вщносно матриц! переш коджае розвитков! зеувних напружень 1 руйнуванню покритгя. Ц1 факто ри покращують триботехшчш характеристики композит, що мштят] ПВХ. Суггево понижують штенсившсть зношування також шпвки сформованш на поверхш контртша в процес! тертя, що забезпечуе мал< зусилля зеуву та високу швидысть релаксацп контактних напружень Крива температурно'1 залежност! триботехшчних характеристик мате р!ал1в, модифк-уваних ПВС 1 ПВХ, мае мшмум при Г0=3 80-450 К, тобт( в тих же областях, що й чистого в'яжучого. У цьому випадку домшую чий вплив на структуру пол1мерноТ матриц! вносять процеси, що вщбу ваються у в'яжучому. Наявшсть наповнювача I структурування шд ча( терм1чно1 обробки, вщграють другорядну роль 1 практично не змшю ють хщ триботехшчних кривих.

Таким чином, модифшування в'яжучого ПВС (бшьш шж 1 мас.ч.) ПВХ (понад 30 мас.ч.) призводить до утворення взаемоггроникни; систем, що дозволяе полшшити експлуатацшш властивост1 матср1ал1в Корелящя опору фрикщйно-контактно'1 втоми \ величини М шдтверджуе домшуючий вплив тополопчноТ структури на основн характеристики реактопласт1в.

Для встановлення у повному об'ем1 залежносп штенсивност1 зно шування [ мкротвердосп вщ складу композита був застосований мета

центрального ротатабельного планування другого порядку. Функцш вщгуку апроксимували полшомами Шеффе, що дае змогу побудувати математичну модель для багатокомпонентних систем при мшмальнш кшькосп експеримента. Параметрами оптим1заци були вибраш штенсившсть лппйного зношування (Г) 1 мжротвердють (Н) матер1алу, а факторами - вмют у в'яжучому ПВС {Х\ ), ПВХ (*>), температура Т0 (*3) I тривалкть термообробки (*4) матер1алу. В результат! статистичноТ обробки на ЕОМ отримали р1вняння регреси, яш вщображають вплив концентрацп шгред!ента 1 температурно-часових режим!в на штенсившсть зношування (7) ! мшротвердють (Н) матер1алу : а) з вмктом ПВС:

МО8 =2,477-1,48*1 +2,757*3 +0,274*4 +0,328*1*3+1,299*,*4 +

1,761ХзХ4+2,796Х1+2,б14Хз+0,056Х4; (1)

Н =230,9-9,937^+5,116Хз-9,314Х4-10,27ВД -8,917*,*4 +

+0,85*з*4-13,72*, +8,846*3+9,36*4; (2)

в) з вмятом ПВХ:

МО8 =2,797-0,438Х2+0,249Хз+0,826*4+0,842^,-0,267А"2+

+2,506*3+0,473*4; (3)

Н =125,8-32,42*2 + 1,731*3 +2,842*4 -3,25*2*3+1,08*2*4--1,03*3*4+4,171*2-10,34*з+1,325*4; (4)

Пор1вняння експериментальних 1 табличних значень критерй'в Фшера показуе, що р¿ваяния (1), (2)! (4) представляють адекватш мате-матичш модели а р1вняння (3) близьке до адекватно!' модел! вщповщних властивостей досл!джуваних. Отримаш математичн! модел! дозволяють прогнозувати властивосп композите залежно в!д складу шгред!ента ! технологи формування покрить. Огптшовано концентрацп модифка-тор!в, як1 забезпечують покриттям висок! мщнюш ! триботехшчш характеристики.

Таким чином, результата дослщжень дають п1дставу запропонувати методи пщвищення триботехн!чних характеристик базових в'яжучих для створення композита антифрикцшкого призначення.

Четвертый роздт присвячений вивченню поведшки матер1а.шв, щ мштять пол!етилен i пол1амщ, в умовах фрикщйноТ взаемодп при знач них навантаженнях, а також досл'щженню змшнюючоТ дп мшеральни наповшовач1в з високою поверхневою енерпею. Виб1р оргашчних на повнювач1в обумовлений р1зними температурами плавления, енерпеь когезп, полярнютю i ф!зико-мехашчними в ластив остями. Мшеральним] наповнювачами були оксиди метал ¡в. Для пор1вняння використовувал; полгтетрафторетилен з низькою поверхневою енерпею (в 20-30 разо меншою, шж у оксщцв).

Встановлено, що висока зносостшкость притаманна композитам, дисперсним пол!етиленом, попередньо сумщеним з мастилом. Збшь шення навантажувально1 здатност1 цих матер'1ал!в пояснюють утворен ням на поверхнях тертя ефективних захисних шнвок переносу, я» чинять слабкий onip зсувовь

Полшшення триботехшчних характеристик пор1вняно з компози том, що м1стить пол1амщ, досягаеться завдяки низькш енергн Kore3i пол!етиленових 1гавок переносу. Додаткове зменшення енерги Kore3i спричиняе пластифжащя пол1меру мшеральним мастилом. Пл1вки з ма Tepiaay наповнювача з дещо нижчою температурою плавления, нЬ матрищ, виникають на поверхнях тертя при незначних навантаженнях Константовано, що ефект фрикцшного роздшу компонента у cyMinii ре ал1зуеться вже при невеликих навантаженнях (Р=0,1-0,25 МПа), а темпе ратура в зон1 тертя при навантаженнях не перевищуе температури плав лення пол1етилену. Прояв ефекту фрикцшного роздшу компонента ; cyMiuii при низьких навантаженнях слщ пов'язувати 3i збшьшенням рух ливост1 макромолекул наповнювача, зумовленим, в першу чергу, плас тифжащею пол1етилену мшеральним мастилом.

Дослщжено поведшку композита, який мютить пол1етилен з масти лохм при фрикцшнш взаемодп в д1апазош навантажень Р=0,25-30 МП та залежшсть коефнйента тертя вщ тривалост! нерухомого контакту ni, навантаженням, тобто onipHicTb "стоп-ефекту" ("стоп-ефект"- це тимча сове збшыдення коефщента тертя внаслщок тривалоГ витримки napi тертя пщ навантаженням теля поновлення руху). Встановлено, що з по новленням ковзання при витримщ до 10,8-14,4-Ю3 с i навантаженнях да ,Р=15,5 МПа коефодент тертя покрить i3 дослщжуваного матер1ал; досить несуттево й на короткий час шдвищуеться (на 10-15%). Пр] витримщ пари тертя пщ навантаженням понад Р= 15,5 МПа на протяз 3,6-104 с в1н стрибкопод1бно зростае у 2-2,5 рази пор1вняно з вихщниг значениям. Причому коефвдент тертя не вщновлюеться до попередньо

го р1вня, а залишаеться високим, що призводить до швидкого виходу з ладу пари тертя.

В штервал1 температур 363-383 К "стоп-ефект" не проявляеться, а коефщент тертя мнпмальний. Армування матер1алу др1бнонарубаним волокном пщвшцуе стшкють проти "стоп-ефекту" до Р=35 МПа, а витримку пщ навантаженням доводить до 7-104 с (табл.1). Щоб пщви-щити навантажувальну здатшсть матер1алу й полшшити його фпико-мехашч! властивосп, у в'яжуче вводили високомодульш мшеральш добавки. Показано, що штенсившсть зношування \ коефйпент тертя з тдвшценням ступеня наповнення проходять через мш}мум при 3-10 мас.ч. оксиду алюмипю 1 15-20 мас.ч. цинку. Другий м!шмум на кривих триботехшчних характеристик виявлено при наповненш 80-120 мас.ч. оксиду алтомшпо 1 75-85 мас.ч. оксиду цинку. Саме в облает! цих кон-центрацш зб{льшуються твердють \ модуль пружностг, що зумовлено впливом деформашйно-мщшсних 1 антифрикщйних характеристик на-повнювач1в на аналопчш параметри композита.

Полшшенню ф1зико-мехашчних властивостей матер1алу сприяе та-кож перехщ в'яжучого в стан граничних прошаркт. При невеликому наповненш (5-15 мас.ч. оксщцв на 100 мас.ч. в'яжучого) зростають зно-состшкють 1 ф!зико-мехашчш характеристики матер1алу, що спричиняе змша ступеня зпшвання в'яжучого. Поверхня наповнювача утворюе з в'яжучим ф1зичш вузли, яю збер!гаються нижче температури склування пол1мерно1 матриц!. Змщення екстремуму триботехшчних 1 ф13ико-мехашчних характеристик при наповненш оксидом алюмшда гторшня-но з оксидом цинку в область нижних ступешв наповнення (5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. в'яжучого) пояснюеться р1зницею у величин! поверхневоГ енергП" домшюк (в 1,5 разу). Оксид алюмшю мае бшыпу поверхневу енерпю, ш'ж оксид цинку. При введен! наповнювача (ПТФЕ) з низькою поверхневою енерпею (18,5-10"3 Дж/м2) екстремальних змш як трибо-техн!чних, так ! ф!зико-механ!чних властивостей не спостер!гаеться. За даними ДТА плоил екзотерм!чних пшв зменшуються з! зб!льшенням юлькосп наповнювача у в'яжучому пщ час затвердшня. Цей факт св!дчить про вщсутшсть хвпчноТ взаемодп м^ж матрицею ! поверхнею наповнювача. Зниження реакцшно!" здатност! в'яжучого слщ пов'язувати ¿3 сповшьненням рухливост! макромолекул поблизу твердо!" поверхш наповнювача. У таких шарах молекулярна рухливють нижча, н!ж в об'ем! в'яжучого, що зумовлюе зменшення плопц екзотерм!чних п!к!в ДТА. Дослщження модуля пружност! при температурах вище температури склування пол!мерно!" матриц! виявило його монотонну зроста-

ючу залежнкть Б1Д ступеня наповнення оксидами алюмишо \ цинку. Методом ЕПР-спектроскопп зафжсовано р1зке зниження рухливст1 вве-деного в матер1ал парамагнитного зонда при наповненш композита оксидами метал1в вже при 1-2 мас.ч. на 100 мас.ч. в'яжучого, в области температур нижче температури склування по.шмерноТ матриц], при температур! ж вище температури склування рухливють практично не змшюеться.

Таблиця 1. Допустили режшш роботы покрыть при швидкостх

ковзання У=0,18 м/с

Матер1ал Допустима температура експлуатацп ОЛЮ Допустиме питоме на-вантаження Р (МПа) 1нтенсив-шсть зношування при ^ та Р Коефшент тертя при <2 та Р

Композит, що м ютить дисперсний пол1етилен з мастилом 390 15,5 3,5-10"7 0,12

Композит, ЩО М1СТИТЬ дисперсний пол!етилен з мастилом та волокнистий наповнювач 395 35 2,МО"7 0,11

Таким чином, дослщженнями ф1зико-мехашчних характеристик з використанням метод ¡в ДТА 1 ЕПР-спектроскопи встановлено, щс мшеральш домшки з високою поверхневою енерпею (оксиддв алюмь нпо I цинку) штенсифшують зшивання, утворюючи додатков1 вузли мга макромолекулами в'яжучого та активними центрами на поверхн! наповнювача. Це суттево пщвишуе зносостшкють 1 ф1зико-мехашчн: характеристики. Результата дослщжень дозволили нам1тити шляхи по-лишения фрикцшних властивостей розроблених матер!ал1в, як\ поляга-ють у регулюванш парам етр1в структури просторово-Ыткового пол1мер) за рахунок керування ступенем ф1зичного зшивання в матер1ал1.

На пщстав! експериментальних даних можна стверджувати, щс введения наповнювач1в з бшьшою поверхневою енерпао покращуе три-14

ботехшчш та ф1зико-мехашчш характеристики \iaxepiaiiB. Запропонова-но метод активацп наиовнювач1в диспергуванням шсля охолодження наиовнювача з наступним нагр1вом для створення активного стану, В процеЫ обробки середнш роз\«р частинок зменшуеться у 1,5-3 рази. Час активного збереження наиовнювача визначають за формулою

1.2-1

I < 10~'5 • е т , (5)

де Г - температура, при якШ збер]гають наповнювач.

Шдвищення поверхнево'1 активност! пояснюють так. Змша потен-цШноТ енерги пов'язана 31 змшою координата атома х:

ч 2(а2и\ 2 з п х2 Ьхъ

Тут введено позначення

4 (^иЛ , 1 (с!}иЛ

А> = - —г » ь= - . гксЫ2)' г{сьг

и и

де Z - число найближчих сусщв атома (координацщне число). Причому коефшент теплового розширення

Ьк 1

Д>

де к - постшна Больцмана; г0 - вщдаль м1ж атомами, що знаходяться у р!вновазь

Приходимо до висновку, що у першому наближенш коефпжнт теплового розширення твердих тш обернено-пропорцшний числу сусщшх агом!в 2. Отже коефшент теплового розширення поверхневих шар1в твердих тш повинен бути у 1,5-3 рази бшыгош, шж основного об'ему твердого тша. При змпп температури поверхневий шар твердого тша буде знаходитись у напруженому сташ, що значно пщвищить поверхневу енергио твердого тша. Експериментально встановлено, що час перебування наповнювача у активному стан! можна розрахувати за формулою (5).

В логариф\пчних координатах

Ш^-34,5. (8)

Г

Частота переходов /т кожного атома з положения р1вноваги в найближче м!жвузля кристально! гратки

= (9)

де Ъ - число найближчих м1жвузл!в (4 - для об'емноцентровано'1, 12 - для гранецентрованоУ реинток); к - енштейшвська частота коливань ато\ив (к=1013 Гц); £о - енерпя активацп дифузи (мп-рацп) ато\пв з вихщного положения в сусщне. Для твердих тш Е0 ^ 1 еВ.

Таким чином, час, на протяз1 якого кожний атом здшснюе стрибок,

?о=1 /л,. (10)

Якщо прийняти, що для зниження напруження достатньо навггь одного стрибка атома в положения з меншою енерпею, то за час ?о напружений стан повшстю зникне. При зниженш напруженого стану на 10% за час /< 0,1/0 (11)

додаткова енерпя не встигне зменшитись бшьше як на 10% , тобто

£

Г < 0,1/0 <ек' . (12)

Енерпя активацп метал1в та Их сполук змшюеться в д!апазош 20-60 ккал/моль. Приймаючи за нижню межу Е0-20 ккал/моль, отримуемо

10-.4 101

1<—— (13)

що близько до значения часу (5), визначеного експериментально.

Згщно з наведеним вище "безпечний" час зберкання наповнювача при температур! 300 К складае не бшыпе 2,52 кс, при температур! 290 К - 9,36 кс, а при 280 К - 41,04 кс з моменту роз!гр!ву. У випадку викорис-тання епоксидно!" та фенолформальдепдно!' смол даний метод дозволяс шдвищити механ1чну мщшсть на 10-15%, терм1чну стшмсть - на 1540% пор1вняно з вщомими способами обробки наповнювач1в.

На наступних етапах дослщжували триботехшчт характеристики пари "шшмерний композит - аморфне металеве плазмове покриття". Режими напилення плазмового покриття вибирали гак, щоб забезпечити аморфну структуру та порист! сть 15%, яю в подальшому заповняли мастилом. Встановлено, що при заповненш пор мастилом МС-20 на 30% коефпцент тертя/=0,1-0,12, а температура в зон! тертя становить 333336 К при штенсивност1 зношування /=1,4...1,6*10"8. Заповнення пор на 50 та 95% мастилом зменшуе коефщент тертя у 1,6 та 2 рази при цьому 1=1,6...1,8-Ю"10 та /=7...9*10"'2в!дповщно. Введения у в'яжуче оксщцв до-датково тдвищуе триботехшчш характеристики пари тертя. Коефодент тертя знижуеться на 20-25%, щтенсившстъ зношування - до /= 2,5*10"13, а верхня температурна межа стабшьно!' робота пари зростае до 433 К.

16

Таким чином, покращення триботехтчних характеристик досягали за рахунок армуючо!' дн дисперсш оксщцв метал!в. Застосування напов-нювач1в з високою поверхневою енерпею дозволяс бшып повно реаль зувати змшнюючу дно добавок, особливо при незначних наповненнях. Це дае можливкть створювати машинобуд1вш матер!али антифрикцш-ного призначення з високими зносостшкштю та фгзико-мехашчними характеристиками. Запропоноваш матер!али достатньо стшю до прояву "стоп-ефекту" в умовах реверсивного руху одше! з поверхонь тертя. Використання пористих аморфних покрить з металичних сплав1в \ заповнення пор мастилом для роботи в пар! з реактопластом е досить перспективний напрямок збшьшення ресурсу роботи металопол!мерних пар тертя.

П'ятий роздт присвячений експериментальному дослщженню за-коном!рностей зм!ни внутр!шн!х напружень ! адгезшно!' м!цност! покрить залежно вщ режим!в формування, природи наповнювача та умов експлуатацп. Показано, що адгезшна мщшсть (сга) 1 внутрнпш напру-ження (<твн) в покриттях при р!зних температурах терм!чно1 обробки (Т0) мають екстремальний характер. Максимум внутршшх напружень спостеркаеться при б!льших температурах терм!чно1 обробки (Го=470-480 К) на вщмшу вщ адгезшноУ мщност1 (Та =390-430 К).

Слщ вщзначити, що <та вище у епоксифуранового, н!ж у епоксидно-го в'яжучого, тобто адгезшна мщшсть епоксифуранових покритпв змн щуеться в область бшьш високих температур обробки порзвняно з еиок-сидними. Це пов'язано з формуванням дещо густшо!" пол1мерно'1 саки в матриц! при 7^=430 К. При температурах обробки Го>430 К прева-люючий вплив на сга мають значш внутртш напруження в покриттг й дефекти в матер!ал!, спричинен! терм!чною деструкщею в'яжучого.

Руйнуюче напруження при випробуваннях покрить на вщрив монотонно зростас з! збшьшенням ступеня наповнення (до 10 мас.ч. ПВС ! до 100 мас.ч. ПВХ на 100 мас.ч. в'яжучого) ¡з са=15 МПа до <та=22,5 МПа. При наповненн! ПВС це пояснюеться п!двищенням ефективно! густини структурно'1 с1тки в результат! додатково'1 взаемоди в'яжучого ! наповнювача внаслщок утворення взаемопроникних пол1мерних с!ток.

Модифкащя покрить ПВХ приводить до збшынення Мс! зниження модуля пружност! матер!алу. Це обумовлено з поганим сумщенням ПВХ 1 в'яжучого, в результат! чого утворюеться сумш пол\мер!в з ■пткими межами под!лу фаз. При руйнуванн! матер!алу менш жорстка фаза ПВХ запоби-ае поширенню трщин у бшьш жорсткш матриц!,

збшыпуючи таким чином сга. Встановлено, що максимум адгезшно! мщност! вихщного I наповненого ПВХ в'яжучого припадае на температури Го=390-430 К. Збшынення <та матер1алу при модифжуван-ш ПВХ в област1 цих температур пояснюеться утворенням власно! безперервно1 фази з наповнювача. Внутршпп напруження при введент наповнювач1в монотонно знижуються.

Пщвищення терм1чно'! стабшьност1 модифшованого епоксидного в'яжучого пор1внянно з ненаповненим матер1алом зумовлено тим, що продукта терм1чноГ деструкци термопластичних наповнювач1в вщ-грають роль акцептор1в вшьних радикал!в для епоксидних смол. Це пщтверджують дослщження методом ДТА. Площа пшв кривих ДТА при деструкци матер1алу, наповненого ПВС I ПВХ, менша вщ плоин пшв чистого в'яжучого.

Вщомо, що вплив концентраци дисперсних наповнювач1в з оксщпв метал1в на адгезшну мщшсть композит неоднозначна. Тому важливо оцшити оксидонаповнеш системи з точки зору адгезшно! мщносп. На приклад1 оксщцв алюмшно та цинку встановлено (рис.3), що вплив концентрацп наповнювач1в на адгезшну мщшсть системи "покриття-мета-

-/Уя Рис.3. Залежшсть вщнос-7У0 но! зшии адгезшноУ мщ-1 4ноеп з'еднань стан / <7ай

(1.2) "епоксифуранове покриття-алюмшш" та

1,2 К1ЛЬК0СТ1 власних пара-магштних центр!в ЛУЛ^ (3,4) у затвердлоиу в'я-190 жучому вщ концентрацп оксид1В алюмшш

(1.3) та цинку (2,4). 0,8 (®ао' стан - адгезшна

мщшсть ненаповнено-го та наповненого оксидами металле компози-

0 20 . 40 С,мас.ч./100г смоли тш)>

левий субстрат" вщносно адгезшно! мщност! ненаповненого матер1алу мае немонотонний характер. Невелик! добавки оксиду алюмшто ¿стотно шдвищують адгезшну мщшсть з'еднань, а оксиду цинку дещо и знижують. При наповненш бшьше 70 мае. ч. на 100 мае. ч. в'яжучого

адгезшна мщшсть з'еднань стабшзуеться. Пояснити характер змши ад-гезшно'1 мщносп змшото ф1зико-мехашчних властивостей композитних матер!ашв не можливо. Особливо важко штерпретувати законом1рносп, що спостершаються при концентрашях не менше 30 мас.ч. на 100 мас.ч. в'яжучого. Встановлено, що рухливють макромолекул в КМ, визначена методом ЕПР-спектроскопн за допомогою введеного в матер ¡ал ста-бшьного штроксильного радикала-зонда, р1зко знижуеться при нез-начному наповненш системи.

Пщ час тверднення у в'яжучому внаслщок розкриття епоксидних та фуранових груп створюються вшьш радикали - парамагштш центри. При великих наповненнях взаемод1я реакцшно-спроможних груп при формуванш покригпв ускладнюеться через блокування дшянок молекул активними центрами, що знаходяться на поверхнях наповнювача, так 1 субстрату. В даних системах е багато вшьних радикагив, час життя яких складае декшька роив. Тому дослщжували вплив наповнювач1в на кшькють власних парамагштних центр ¡в Мн в матер!'ал1 в'яжучого теля вщшарування фольгового субстрату (кшынсть парамагштних центр1в у вюадному в'яжучому - А'о)- Результата втирювання у вщносних величинах свдаать про суттево рпний модифжуючий вплив оксид1в алюмшпо та цинку в Д1апазош гх малих концентрацш у КМ (рис.3). Змщшоюча д1я оксиду алюмшпо з ростом чисельносп вшьних парамагштних центров у затвердлому в'яжучому 1 послаблююча оксиду цинку ¡з зменшенням активних центр1в практично сшвпадають. Додат-кову шформашю про характер взаемодп в'яжучого та наповнювача отримували використовуючи метод ДТА. Змгаа екзотерм1чного ефекту твердшня в ход1 динам1чного нагр1ву зразюв з однаковим вмютом в'яжучого свщчить про монотонне зменшення ступеня перетворення модифшованого олкомера в пол1мер включно до 25-50 мас.ч. наповнювача на 100 мас.ч. в'яжучого. Анал1зуючи отримаш результата, припускали, що для високонаповнених систем характеры незавер-шешсть процесу тверднення та можливий надлишок затверджувача. Х1м1чна взаемод1я в'яжучого 1 наповнювача не вщбуваеться. РеакцШна спроможшсть в'яжучого обмежуеться створенням ф5зичних вузл!в його молекул з поверхнею наповнювача. Незважаючи на суттеве зниження сга високонаповнених оксидом алюмшда матер1ал1в дощльним е формування двошарових покрить. Як адгезшно-активний шар викорис-товують матер ¡ал, що мае 5 мас.ч. оксиду алюмшпо. Для тонких покрить (товщиною до 200 мкм) такий пщшар краще наносити з розчину. Для покрить велико'1" товщини застосовують матер!ал без розчинника, теля

19

чого наносять шар ¡з високонаповнених матер ¡ал! в. Ефект взаемоди шар!в при 1'х загальнш товщиш 15-20 мкм реал!зуеться повною м1рою. Найбшьш ймов1рними причинами спостережуваних законом1рностей е р1зна адсорбцшна спроможшсть шгред!ент!в в'яжучого оксидами метал ¡в. Це призводить до неоднаково!" взаемоди молекул в'яжучого та поверхш наповнювача й харакризуе виникнення, у першому набли-женш, парамагштних центр1в, що мае мкце також 1 у випадку неста-цюнарноТ терм1чно'1 дп. Створення вироб1в з покриттями на основ! реактопласт1в р!зного функц!йного призначення, що працюють як в юпматичних умовах, так \ при крюгенних температурах, передбачае оцшку впливу вказаних фактор1в на адгезшш властивост! шшмерних композит!в.

Встановлено, що шсля термоциклювання зразк!в у д!апазош температур вщ 80 К до 373 К адгез!йна мщшстъ пщвищуеться пропорщйно к!лькост! цикл!в термостатування (табл.2). Це пояснюють тим, що при такш температур! руйнуються найбшьш напружен! зв'язки в матер!ал! покриття, в тому числ! й у приповерхневому шар! на лшИ" подогу "композит-основа", з! створенням реакцШно-спроможних рад икал ¡в. Рекомбшащя радикал!в на поверхн! металево'1 основи змщнюе адгез!йно ефективш зв'язки з активними центрами (обмшними юнам, вшьними електронами, ОН-групами та ш.), що в свою чергу зб!льшуе адгезш композите до металево'1 основи.

Методом 1Ч-спектроскопш встановлено, що п!сля термостабшзацп зразк^в протягом 1,8 кс при температур! 293-295 К кшьюсть реакцшно-спроможних груп не змшюеться, що спостеркали при низькотем-пературшй обробщ. Значить, IX рекомбшацш тривае менше одного циклу терм!чпоТ взаемод!!', а шсля термостабшзацп матер!ал зшиваеться за рахунок взаемоди радикал!в.

Охолодження до 80 К руйнуе зв'язки як в об'ем! матер!алу, так ! на меж! "композит-основа". Наступний нагр1в до 373 К викликае рекомбшаццо реакц!йно-спроможних груп ! збшьшення ступеня зшивання та адгезшно!' м!цност! КМ. При температурах »373 К рухливють макромолекул р!зко зростае внаслщок руйнування ф!зичних вузл!в, що й шдвищуе реакц!йну спроможн!сть радикал!в при IX рекомбшацп. У цьому випадку створюються передумови превалювання одного з процеив над !ншим. Термоциклювання у дтпазош Т=223-293 К зменшуе адгезшну мщшсть на 20-40% пор!вняно з мщшстю зразка, який не поддавали термоциклюванню. Таке зниження адгезшно!' мщ-носп спричинене перевагою руйнування адгезшних зв'язюв над реком-

бшащею радика-шв. Рекомбшашя активних труп обмежуеться слабкою рухливютю макромолекул в'яжучого при температурах «283 К, що подавляе цей процес. Вщм1чено шдвищення адгезШно!' мщност1 в д1а-пазош температур термоциклювання 80-373 К при збшыденш напов-нення оксидами метал!в, а також при армуванш материалу вугле- та

Таблиия 2. Вгдносна адгезшпа мщметъ композитов теля термгчного __циклювання при рхзиих температурах. _

Вщносна адгезшна мщшеть

композит шеля термоциклювання

(%) у дуапазот температур

№ Матер1ал 1 конструкщя

п/п покриття 80...373 К 223...283 К

Число циктв Число цикл ¡в

5 10 30 5 10 30 100

1. Епоксидна смола (100 мае. ч.)+

оксид алюмшпо (мас.ч.)

1.1 10 130 150 155 96 75 75 74

1.2 20 13 156 159 95 74 70 73

1.3 30 135 159 157 93 74 .71 70

1.4 60 140 162 180 93 70 64 63

1.5 100 142 167 169 90 68 65 64

2. Епоксидна смола (100 мае. ч.)+

оксид хрому зелений (мас.ч.)

2.1 5 132 161 161 96 78 76 72

2.2 10 133 163 162 94 75 69 70

2.3 15 137 164 161 92 75 65 67

2.4 30 138 162 162 91 73 64 65

2.5 60 138 165 164 90 69 64 63

2.6 100 141 168 167 91 69 63 64

3. Багатошаровь покриття:

3.1 Склотканина, просякнута компо- 145 170 168 87 70 60 60

зитом 1.1+вуглетканина, про-

сякнута композитом 2.4+ склотка-

нина, просякнута композитом 2.2.

3.2 Склотканина, просякнута компо- 147 170 173 89 71 61 62

зитом 2.3+вуглетканина, про-

сякнута композитом 1.2+склотка-

нина, просякнута композитом 2.2.

склотканиною. При охолодженш до 80 К утворюються реакщйно-спро-можш групи з IX наступною рекомбшащею при 373 К та утворенням адгезшних зв'язюв. При цих температурах ф1зичш зв'язки вщсутш, отже й не знижують адгезшно! мщност1 за рахунок рекомбшаци радикал1в.

Результата дослщжень дозволили розробити прийоми пщвищення адгезшно! мщност! та зниження внутршшх напружень багатокомпо-нентних композит на основ! реактопластсв, для вироб1в з довгом1рни-ми поверхнями складного профшю як антифрикцшних та електротепло-ф1зичних покрить вузл1в р1зного функщйного призначення.

У шестому роздш наведено результата дослщжень впливу ф!зи-ко-х1м1чно1 взаемодп на меж! под1лу фаз "в'яжуче-наповнювач" на електротехшчш характеристики епоксидних композит. Змши електро-техшчних параметр ¡в досягали шляхом керування властивостями струк-тури перехщних шар!в при введенш наповнювач1в з р!зною поверхне-вою актившстго вщносно матриц!.

Встановлено, що для епоксидних електро!золяцшних матер ¡ал ¡в на основ! компонента з р!зними електроф!зичними властивостями спос-тершаеться немонотонна залежшсть електротехшчних характеристик вщ концентрацп наповнювач1в у матриц!.

Досл!джено залежност! тангенса кута д!електричних втрат композита на основ! епоксидного в'яжучого, наповненого аеросилом та у -амшопропшаеросилом, А12СЬ дисперсшстю 30 ! 100 мкм, вщ температури [ частоти електричного поля. Показано, що характер зале-жностей визначаеться просторовою будовою пол!меру, властивостями матриц! та наповнювача, а також надмолекулярного структурою ! властивостями матер1алу на лт! под!лу "наповнювач - в'яжуче". Встановлено, що з1 збшыненням вм!сту наповнювача рухлив1сть парамагштно-го зонда, введеного у в'яжуче, знижуеться у 2 рази, тобто сповшьню-еться рухлив!сть макромолекул внаслщок ф!зичноГ та ф!зико-х!м!чноГ взаемодп м!ж матрицею та активними центрами на поверхш наповнювача. Введения неактивних по вщношенню до епоксидно! матриц! (А1203 з дисперсшстю 30 ! 100 мкм) добавок знижуе пор!вняно з ненаповне-ним в'яжучим при шдвищених температурах. Такий характер залежнос-т! спостерЬаеться до критично! меж1 наповнення, яка для А1203 дисперсшстю 30 мкм становить 30 мае. ч., а дисперсшстю 100 мкм - 60 мас.ч. Використання др1бнодисперсного наповнювача посилюе м!жфаз-ну взаемодш, зменшуючи на низьких частотах (0,1, 1 кГц). Наповнення епоксидного в'яжучого активними до матриц! аеросилом ! у -амь

нопропшаеросилом сприяе зниженню пор1вняно з ненаповненим в'яжучим при Г=293-393 К на вспх частотах [ будь-яких наповненнях. Встановлено, що зменшення зумовлене обмеженням дипольно-сег-ментно!' та дипольно-групово!' рухливосп. Послаблюеться штенсившть смуг поглинання, яю вщповщають коливанням С-С зв'язку в епок-сидному щшн та деформацШним коливанням групи -СН2-ОН. Вико-ристання у -амшопропшаеросилу актив1зуе цей процес. Така взаемод1я наповнювача х матриц! призводить до того, що при температурах в облает! температуря склувания вщеутнш головний максимум для композитов ¿з вм!стом аеросилу до 4 мае. ч., а для матер ¡ал! в на основ! у -амшопропшаеросилу максимум взагал! не спостеркаеться.

Введения в епоксидне в'яжуче Сг203 , який здатний утворювати з ним ф!зичш вузли, шдвищуе 1§б на вс!х частотах при вс1х ступенях наповнення пор!вняно з ненаповненим матер!алом. Разом з тим при кон-центрацп оксиду 10 мае. я. практично не змшюеться ! при 7- 313380 К в!н нижчий, н!ж у ненаповненому в'яжучому. Методом ЕПР-спектроскопп встановлено, що под1бна залежн!еть tg8 викликана б!льш ¡нтенсивним ф1зичним зшиванням та зростанням юлькосп ф!зичних вуз л ¡в в одинищ об'ему матер!алу. Такий матер!ал не схильний до теплового пробою I може використовуватись як ¡золятор при пщвшцених температурах.

Ф1зична ! ф'13ико-х!м'1чна взаемод!я, а також виб!ркова адсорбщя компонент!в в'яжучого на тверд!й поверхш наповнювача сприяють утворенню перех!дних зон лпж наповнювачем ! в'яжучим з покра-щеними електротехшчними властивост!. Це спричиняе екстремальний характер затежност! електричноГ мщност! ипр композит!в вщ вм!сту наповнювача х його активност! стосовно матрищ. Конкуруючий внесок вказаних процес!в призводить до утворення максимум!в £/пр для композит!в на основ! Сг20з при концентрац!ях 10 ! 30 мае. ч.

Наповнювач!, яким властива ф!зико-х!м!чна взаемод1я з матрицею, збшынують ип? композита при Тх вмюп до 3 мае. ч. Для матер!ашв на основ! аеросилу ! У -амшопропшаеросилу спостер!гаються два макси-муми и„р при 1 ! 3 мас.ч. Максимум С/пр матер!алу, що м!стить аеросил, припадае на концентрашю 3 мас.ч., а ¡з введеням у матрицю у -ам!-нопропшаеросилу спадае до 1 мас.ч. ! становить вщповщно 62 ! 55 кВ/мм. Електрична мщшеть невакуумованих композит!в аеросилу ! у -амшопропшаеросилу знижуеться. Наявшсть пов!тряних включень шве-

люе ефекти описаних механ!зм!в пщвищення £/пр (рис.4). Причому у раз! у -амшопропшаеросилу це зниження бшьш суттеве, що пояснюють штенсившшою адсорбщею повпря його модифкованою по верхнею. Вакуумування компози та перед отвердшням до пщвищення иар, особ-

кВ/мм

Рис. 4. Залежнкть електрнчно1 мщносп композит!в В1Д концен-трацп аеросилу (/, 2) 1 у -амшо-прошлаеросилу (3, 4) вакуумо-ваного (1, 3) I не вакуумованого (2, 4) перед затвердненням мате-р1ал1в.

ливо матер1ал1в, наповнених у -амшопрошлаеросилом. Необ-х1дно в1дм1тита, шо при концен-б 1 2 3 4 "С,мас.ч./100г смолитрапп наповнювача бшьше 3 мас.ч. переважае зниження £/пр, зумовлене наявшстю газових включень, видалення яких з модифковано!' поверхш у -амшопрошлаеросилу ускладено навпъ при вакуумуванш. Це тдтверджують ! дат оптично!' мкроскопи. Видалення газових включень з поверхш наповнювач!в досягали обробкою ацетоном, що розчиняе адсорбований газ. У цьому випадку спостеркаеться пщвищення С/пр композита у 2-2,5 разу при вс!х ступенях наповнення.

Отже, при концентращях до 3 мае. ч. дослщжеш аеросили виступають як модифкатори, що змшюють структуру в'яжучого 1 сприяють шдвищенню С/пр композита. Методом ЕПР-спектроскопи ви-явлено корелящю м!ж ктыастю парамагншшх центр1в! залежшетю ип? В1д концентрацп наповшовач1в у матер}ал1. Такий взаемозв'язок дозво-ляе прогнозувати електричну мщшеть композита.

Напруга пробою композита з використаними наповнювачами зале-жить вщ IX активност! що до пол!мерно1 матриц!. Вплив дисперсност! на електротехн!чн! властивост! оц!нювали на приклад! матер!ал!в на основ! А120з. Встановлено, що змша дисперсност! А1203 з 100 до ЗОмкм (рис.5), майже не впливае на характер кривих ! призводить до змодення ..координат ексгрел1ум!в по .концентращйнш ой. Вплив структури на електротехшчш показники композит!в оцшювали також змшою п'езоелектрично!" стало!', вважаючи, що збшьшення зшивання мате-р!алу шдвшцуе його електричну м!цн!сть. Макромолекула епоксидно!

матриш являе собою диполь. Лазерна ударна д!я на зразок викликае пе-peopieuxaniio диполей i п'езоелектричний сигнал. Введения наповню-вач1в pi3Ho'i модиф1куючо1 дГ1 на епоксидну матрицю 3Mimoc рухлив!сть макромолекул i п'езоефект. 1нтенсившсть п'сзоефекту в композит виз-

ипр KB/mm ВС»

—J-----------------------------Рис.5. Залежшсть електрично1 мщ-

Hocri в'т концентрацп okcfuüb алю-\iiniio (1,2) i хрому (3,4) вакуумова-ного (1,3) i не вакуумованого (2,4) матер1ал1в перед затвердненням (1, 2 - дисперсшсть 100 мкм, 3,4 - дисперсшсть до 10 мкм, 5-дисперс-HicTb 30 мкм).

начали параметром q, який е

комплексним фактором i врахо-

» а ->п --- вуе змшу. Встановлено, що за-

0 10 20 30 40с.мас чЛООг смоли • т, ■ ■

лежносп ипр 1 q вгд вмюту

наповнювача в матриц! корелюють .чиж собою.

Таким чином, збыьшення Unp досягали, вводячи наповшовач у по-Л1мерну матрицю в концентрациях, як! забезпечують м ¡шмальну юлъ-KicTb парамагштних центр1в i мнимальну величину q. Максимальш значения Unр спостернаються при тих же концентрацшних координатах, що й мш!муми на кривих залежностей к!лъкост1 парамагштних uempiß NH. Зменшення Аг„ ¡з збьтьшенням кшькосп ударив свщчить про здат-HicTb матер1алу в'яжучого структуруватися.

Виявлено ефект структурування в'яжучого композита пщ д'юо електричного поля, нижчого за пробивне. Витримка зразклв пщ напру-гою 0,6 U,ip шдвищуе и межу, що покращуе експлуатацшш властивост! матер ¿алу, Якщо розглянутий мехашзм змши електрично!" мщносп композита, пов'язаний 3i структуруючим впливом наповнювач^в, спра-ведливий, то введения невелико! кшькосп навпъ електропровщного наповнювача, але сильно? модифгкуючо!' ди вщносно епоксидного в'яжучого спричинить Unp епоксидно-! матрищ. Порошок NiAI марки ПТ-НА-01 (ТУ 48-12-06-156-82) у концентрашях до 10 мас.ч. збшыцуе U„р епоксидного композита в 2,5-3 рази пор!вняно з Unp ненаповнено!' епоксидно!' матриц!. Слщ вщзначити, що введения дисперсних матер ia-л!в з високими електро!золяцшними показниками i слабкою модифжую-

чою д1ею вщносно матриц!, наприклад слюди, призводить до зниження 1/п р пол1мерно1 матриц!.

Вивчено вплив ступеня зшивання матер1ал1в, що наносились методом газотерм1чного напилення, на !х електричну мщшсть. Стушнь зшивання матер1алу покриття ощнювали методом ДТА. Для газотермгчних покрить, нанесених р!зними способами, на кривих ДТА спостериаються гики, що вказуе на незавершешсть процесу твердшня. Ступень зшивання покрить залежить вщ температурно-часових режилпв нанесения I становить 12,6% - 84%. Збыыпення ступеня затвердшня епоксидних покрить пщ час газотерм1чного напилення корелюе з шдвшценням !х електро!золяцшних характеристик (табл.3). Встановлено зниження (в 1,1-5,5 разу) ипр плазмонапиленого пол1мерного покриття в умовах шдвшцено! вологостк Це пов'язано з незавершенштю процес1в пол!меризацп 1 дефектами структури в об'ем1 полимеру, що сприяе виникненню пор. Термообробка емалей при температур! Г0=453 К протятом 2 годин шсля да пщвищено! вологост! знижуе дефектшсть структури! пщвищуе ¿7пр.

Газотерм!чне напилення е перспективною технолопею отримання матер!ал!в ! покрить на основ! епоксидних в'яжучих 13 спешальними електротехн!чними властивостями. Електрична мщшсть таких матер!а-л!в залежить в!д ступеня зшивання шшмерно! матриц!. Константовано, що Цпр композит на основ! ЕД-20, яы пщдавали впливу навколишньо-го середовища (атмосферн! опади, перепад температур тощо)! випробу-ваних через 380 д!б, практично не зм!нюеться! лежить в межах похибки експерименту. Електрична мщшсть матер!а?пв, наповнених А^Оз ! зЬ старених гад Д1ею у -випром!нювання в середовищ! води, знижуеться на 15-25%. Значения £/пр опром!неного матер!алу корелюе !з значениями иар неопром!неного. Тобто, характер механ!зм!в, що сприяють пщви-щенню електрично! м!цност! вщносно пол!мерно! матриц! не змшюеть-ся при опромщенш. Це дозволить забезпечити стабшьну роботу матерЬ алу в реальних експлуатац!йних умовах протягом тривалого часу. Наяв-н!сть в об'ем! композита навггь невелико! кшькост! епоксидних груп. що не прореагували, перешкоджае м!грацЙ електричних заряд!в. "У цьому випадку епоксидн! групи, як! не прореагували, а також ф!зичн: вузли, що руйнуються п!д д!ею електричного поля, виконують роль "вловлювач!в" носив заряд!в. Це упов!льнюе процес електростаршш матер!алу ! пщвшцуе ипр. Розроблеш матер!али характеризуються висо-кими значениями £/пр (35 - 62 кВ/мм), технолопчшстю при переробц! :

формуванш ¡з них вироб1в. Слщ шдкреслити, що обробка наповнювача ацетоном додатково шдвищуе Цф у 2-2,5 рази.

Оскшьки експлуатацшна здатшсть КМ великою ,\прою залежить В1Д теплофЬичних характеристик, був дослщжений вплив окси;ив мегал1в з резною активгистю вщносно епоксидно!" матриц! на теплопровщшсть

Таблиия 3.Електрична мщтстъ (кВ/мм) епоксидних композитов, отримштх газотерлачним напипенняы / выъною заливкою

Газотерм!чне напилення Вольна заливка

Композит Електрична мщшеть п!сля формування Композит* Електрична м!цн!сть п!сля формування

П-ЭП-91 50,2 ЭД-20+15А1А 33,9

П-ЭП-134 42,6 ЭД-20+1 ОСгА 53,1

П-ЭП-185 30,0 ЭД-20+1 А 60,0

П-ЭП-177 64,7 ЭД-20+1 Ам 62,5

* Влист наповнювача вказаний в мае. ч. на 100 мае. ч. в 'яжучого.

матер1алтв. Показано, що наповнювача яким властива х!м!чна 1 хемо-сорбцшна взаемод!я з епоксидною матрицею, збшьшують теплопровщшсть X при малих наповненнях (композита на основ! аеросилу 1' у -амь нопрошлаеросилу вщповщно 1 I 3 мас.ч.). Де пов'язано з хг\пчного взаемод!ею на меж) под!лу фаз, що п1дтверджують результати 14-спектроскошчного анал1зу (поява смуги поглинання, яка характерна для полюрганосштоксашв). Така взашо,шя наповнювача 1 в'яжучого значно знижуе дефектшеть граничних шар!в ! тепловий оп!р меж! фаз. Встанов-лено, що додаткова активаш я поверхт наповнювача супроводжуегься збшьшенням х композита. На приклад! у -амшопрошлаеросшгу показано, що з посилення м!жфазно! взаемодп на лши под!лу "матриця-наповнювач" пщвищуеться теплопров!дн!сть композита.

3 ростом вмюту аеросилу (>3 мае. ч.) спостеркаеться зниження 1 матер!алу головним чином через р!зке видовження меж! подшу ! послабления ф!зично!' взаемодп м!ж наповнювачем ! в'яжучим, що, в свою чергу, збшьшуе дефектн!сть граничного шару. Разом з там пщвшцення х!м!чно1 активност! наповнювача стаб!л!зуе значения >. матер!алу при б!льшому вмютг у -амшопропшаеросилу в композит! пор!вняно з менш

активним, стосовно матрищ, аеросилом. Введения неактивних наповню-вачав у в'яжуче (оксщцв алюмшпо дисперсшстю 30 1 100 мкм) збшьшуе I композита переважно завдяки теплопровщност! самого наповнювача. В таких композитах вщсутшй Х1м1чний зв'язок м^ж матрицею 1 напов-нювачем, а ф1зичний виражений досить слабо. При цьому менш дис-персний наповнювач збшьшуе Я. матер1алу. Це пов'язано з видовжен-ням лшн подшу фаз I покращенням питомого мехатчного контакту по-верхш наповнювача з матрицею. Встановлено, що з пщвищенням тем-ператури цей контакт порушуеться й супроводжуеться р1зким змен-шенням А, композита. Порушення ф1зико-мехашчно1 взаемодп фаз спричинене великою розницею у коефвдентах температурного розши-рення матриц! [ наповнювача. Де сприяе зростанню розтягуючих напру-жень як наслщок, збшьшенню теплового опору меж1 подшу, що пряз-водить до зменшення теплопровщност! матер!алу та и циюпчно'! змши.

Введения в матрицю наповнювач}в, здатних створювати ф1зичш вузли, зумовлюе немонотонну залежшсть теплопровщност! температу-ри. Для композита, наповненого Сг203, характерний прояв мехашзм!в, властивих як х!м1чно активним (у -амшопропшаеросилу, аеросилу), так ! неактивним (А120з) наповнювачам. Для цього типу наповнювач1в теплопровщшсть визначаеться конкуренцию описаних мехашзм1в и змши. Утворення ф1зичних вузл1в м1ж матрицею ! активними центрами на поверхш частинок наповнювача збшьшуе X композита при низьких температурах (173 - 248 К) завдяки змщненню зв'язмв на меж! фаз. При Г=248-273 К, Г=298-328 К вона знижуеться через зростання дефектносп граничного шару ! терм!чного опору. В той же час збшьшення вмюту наповнювача пщвищуе теплопровщшсть матриц! в основному за рахунок наповнювача.

Слщ в!дзначити, що цикл!чн!сть зм!ни теплопровщност! з! змшою температури для композита, наповненого Сг203, менш ч!тка н!ж для композита, що м!стить А120з. Встановлено, що к!нетика теплопереносу в гетерогенн!й систем! композита залежить вщ виду ! ступеня взаемодп компонента на меж! подшу "наповнювач-в'яжуче".

Съомий уоздт присвячений розробц! на баз! виконаних дослщжень машинобуд!вних матер!ал!в антифрикц!йного призначення для вузл!в тертя з реверсивним рухом одше'! з поверхонь. Запропоновано вузли тертя з композита на основ! реактопласта для експлуатаци в р1зних температурних! навантажувально-швидк!сних режимах.

При створенш зносостшких матер!ал!в, кр1м антифрикщйних домппок (графпг, дисульфщ мо.'пбдену, мшеральне мастило, полйетра-фторетилен), використовували оксиди мета;пв, каолш, диметиламонш, бензойнокислий натрщкобальтоштрат. Введения волокнистого напов-нювача, попередньо обробленого мол!вшщовим спиртом, дозволило збшьшити максимальш навантаження прояву "стоп-ефекту" у 1,8-2 рази (а.с.№1419127). Стрибюв коеф1щента тертя у вузл1 з реверсивним характером руху при навантаженнях 5-35 МПа I температурах 290-410 К не спостеркали.

Показано (а.с.№№ 1603724, 1515660, 1314645, 173966, 1584426, 1479479), що розроблеш композита пор^вняно з матер!алами аналопч-ного призначення ( патент США № 1411851 { патент Япони № 48-9847) мають вшц! зносостшюсть (у 2-2,5 разу), адгезшну мщшсть (на 30-40%) та мщшстш показники на (10-15%). Встановлено, що в результат! три-бо-х1м1чно1 взаемоди сухих мастил з диметиламошем бензойнокислим \ натршкобальтоштратом в присутност! оксиду магшю 1 каолшу на спря-жених поверхнях формуються адгезшно-спроможш шпвки переносу, як! захищають в!д корозшного зношування у присутност1 вологи як анти-фрикшйне покриггя, так 1 контртшо (ТУ-88 БРСР 120-86).

Сконструйовано пристро'1 для нанесения покритпв (а.с.№№1235552, 1353621, 1426815, 1519901, 1622146) з композит на робоч1 поверхш вуз;п'в складного профшю. Пор1вняно з аналопчними юнуючими прис-троями запропогтоваш дозволяють скоротити час нанесення покритпв, зменшити IX дефектшсть та покривати гнучы оболонки. Розроблено конструкцн вузл1в тертя з пол!мерними покриттями (а.с.№№ 1046563, 1254330, 1166838, 1574968, 1252588, 1515660, 1314645), в яких передба-чеш компенсашя зазору М1ж поверхнями, що труться, експлуатащя при шдвищеному вмкт! абразивних частинок (а.с. №987244), умови пращ антифрикшйного покриття у режим! "сл!дкування" за валом (а.с.№1013677) при швидкост! ковзання до 50 м/с, навантаженнях до 4 МПа та змащуванш.

Запропоновано багатошарове покриття електротехшчного та тепло-ф!зичного призначення з низькими внутр!шн!ми напруженнями. Засто-сування даного покриття 1 способу його отримання дозволяе створити ефективш поверхнево-розпод!лен! нагр!вн! елементи, що здатш прапю-вати при температурах 223-323 К в умовах обледеншня. Зниження вну-тр!шн!х напружень у вироб1 п!д час формування покриття ! його експлу-атац!!' при нестацюнарному терм!чному вплив! досягали нанесениям компенсацшного шару. Випробування покриття, отриманого цим спосо-

бом 1 сформованого на секторах оболонки зеркально? системи парабо-л1чно? антенн д1аметром 12 м, продемонстрували його ефектившсть при температур! оточуючого середовища 223 К 1 товщин! льоду 20-30 мм на поверхш вщбиття. Повшстю розмерзала поверхня через 18-20 хвилин шсля початку об!гр!ву, що становить 60-70% вщ часу аналопчних систем.

ОСНОВШ висновки

Дослщжено процеси формування структури у матер1алах на основ! реактопласт!в, модиф!кованих термопластичними пол!мерами з метою створення триботехшчних композитних матер!ал!в з п!двищеними експлуатацшними характеристиками триботехн!чного, ф!зико-мехашч-ного, електро- та теплоф1зичного призначення для вузл!в тертя \ систем електрообй'рЬу оболонкових конструкций. В ход! виконання дисерта-цшноТ роботи отримано так! основш результата.

1. Вперше показано (методами частотно? релаксометр!?, ТМА, ДТА, електронно? растрово? м!кроскоп!?) взаемозв'язок структурного стану КМ та триботехн!чних характеристик при введенш ПВС 1 ПВХ. Моди-ф!кування ПВС реактопласту пщвищуе зносостшшсть у 6-8 раз ¡в за рахунок виникнення взаемопроникних пол1мерних с!ток, що збшьшуе ступ!нь зшивання матриц!. Введения ПВХ покращуе триботехшчш властивост! завдяки утворенню його неперервно? фази в об'ем! в'яжучого 1 пл!вок переносу на поверхнях тертя.

2, Вперше зафжсовано ефект фрикцшного розд!лу компонента при навантаженнях 0,1-0,2. МПа та температурах 323-353 К при введенш дисперсного пол!етилену попередньо сумщеного з мшеральним масти-лом з наступною терм1чною обробкою. Формування пл!вок переносу при даних режимах роботи пари тертя пщвищуе навантажувальну здатшсть у 1,5-2. рази ! суттево пщвищуе порогов! значения навантаження прояву "стоп-ефекту".

3. Досл!дженнями впливу природи ! дисперсност! мшеральних добавок на ф!зико-мехашчш характеристики КМ встановлено (метох ЕПР-спектроскоп!?, ТМА, ДТА), що введения наповнювач!в з високок поверхневою енерпею пщвищуе експлуатащйш показники внасл!до1 утворення додаткових ф!зичних вузл1в м!ж макромолекулами в'яжучогс та активними центрами на поверхш наповнювач!в.

4. Констатовано, що мпймальне значения !нтенсивност! зношення ! коефвдента тертя в облает! температур обробки 380-450 В пов'язан! з! змшою тополог!чно? структури (зменшенням молекулярно

маси вццмзка ланцюга Mix вузлами сшш), а в облает! температур 490500 К - з накопиченням продукт!в термодеструкцп макромолекул.

5. Встановлено пщвищення електроф1зичних характеристик КМ в результат! ф!зичжн, ф13ико-Х1\ично'1 та хемосорбцшно'1 взаемоди м!ж наповнювачем та в'яжучим (С„р=50-65 кВ/мм). Розробленим КМ влас-THBi стабыьш значения Uup при експлуатаци в умовах кд]матичного впливу та деяке зниження (на 15-25%) шеля у-опромшення дозою 30 Мрад (середовище - вода). Активащя поверхт наповнювач!в тдзшцуе електричну мщшеть у 2-2,5 разу.

6. Показано, що введения аеросилу та у-амшопропшаеросилу збшыпуе теплопровщшеть КМ у 2-3 рази за рахунок ф1зико-Х1м'1чно'! взаемоди з матрицею, а наповнення оксидами А1203 та Сг203 шдвищуе його тепло-пров!дшсть у 3-4 рази, в основному завдяки посиленш ф1зичшй взаемоди.

7. Вперше встановлено зростання адгезшних характеристик досл)'джуваних оксидом ¡стких систем при терм1чному циклюванш в умовах крюгенних температур, яке пов'язане з конкуруючими проце-сами, що вщбуваються в у матриц!, а саме:

- руйнуванням адгезшних зв'язюв внаслщок виникнення термгчних напружень на меж! "основа-покриття", що знижуе сга ;

- рекомбшащею реакцшно-спроможних груп (радикал!в), що ство-рюються у в'яжучому при розширенш температурного д1апазону тер-MÎ4Horo циклювання в об'ем! KM i на лшн под!лу "основа-покриття", що спричиняе збшьшення аа.

8. На основ i проведених дослщжень розроблено зносостйш матер1али для вузл1в тертя з гадвищеним опором проявов! "стоп-ефекту" в умовах реверсу, hobî вузли тертя, що дозволяють компенсувати рад1альний зазор у napi, пристро'1 для формування покриптв на складних поверхнях, багатошаров! композита! покриття, в тому числ! для поверхнево-розподщених нагр!вних елемент!в та здшенено дослщно-промислову nepeoipKy результат!в досл!джень з економ!чним ефектом 1 млн. 158 тис. крб. у цшахна 1985 рк.

Злист дисертаци викладений в 112роботах, основными з якюс е:

1. Стухляк П.Д. Эпоксидные композиты для защитных покрытий. Тернополь: Збруч, 1994.178 с.

2. Металлопомшерные газотермические покрытия: получение и свойства/ Ю.С.Борисов, Н.С.Свиридова, А.3.Скороход, В.Н.Коржик,

П.Д.Стухляк, А.П.Мурашов, Н.М.Мытник.-Киев, 1995, - 46 е.- (Препр. / HAH Украины. Ин-т электросварки им. Е.О.Патона; ИЭС-95-1).

3. Стухляк П.Д. Антифрикционные и адгезионные свойства пок-ритий из реактопластов, модифицированных термопластичными полимерами //Трение и износ,- 1986.-.УП, № 1.- С. 173-177.

4. Клочихин В.И., Стухляк П.Д., Злотников ИМ. О работоспособности некоторых полимерных покрытий в тяжелонагруженном цилиндрическом шарнире//Вестник машиностроения.-1987.- №4.-С.14-16.

5. Электроизоляционные свойства композиционных материалов и покрытий на основе эпоксидных связующих и проблемы их создания / П.Д.Стухляк, Н.М.Мытник, О.К.Шкодзинский, В.Н.Коржик, Ю.С.Борисов, Н.С.Свиридова. - Киев, 1995.- 40 с. - (Препр. / HAH Украины. Ин-т электросварки им. Е.О.Патона; ИЭС-95-2).

6. Стухляк П.Д., Близнец М.М. Износостойкость эпоксифурановых композитов, модифицированных поливиниловым спиртом//Трение и износ.-1987.-.УШ.-С.133-136.

7. Стухляк П.Д., Ростанина КБ. Определение модулей упругости реактопластов.//Изв. АН БССР. -1987.- №3.- С.39-42.

8. Стухляк П.Д., Коржик В.Н., Шкодзшский O.K. Триботехничес-кие исследования пар эпоксидный композит - плазменное аморфное покрытие//Трение и износ.-1990. -.XI, №3.- С.556-559.

9. Стухляк П.Д., Шкодзшский O.K., Мылык И.М. Экспериментально-теоретические аспекты разработки епоксидных композитов для антифрикционных покрытий/Ant. symp. triboloqical problems in contakt INSYCONT.- Krakow, 1990. -P.l96-206.

10. Клочихин B.H., Стухляк П.Д. Некоторые особенности трения v изнашивания покрытий на основе эпоксидного композита в условия? цилиндрического шарнира//Трение и износ. -1988,- IX, №5.- С.897-902.

11 .Близнец М.М., Стухляк П.Д. О влиянии оксидов металлов т износостойкость модифицированных эпоксидных смол// Трение i износ. 1989. -X, №3,- С.473-478.

12. Близнец М.М., Богданович П.Н., Стухляк П.Д. Особенност) изнашивания эпоксидных полимеров//Трение и износ.-1988.-X, №3 С.549-553.

13. Гута Б.В., Стухляк П.Д, Шкодзшский O.K. Машина трения дл триботехнических испытаний материалов и смазок//Зав. лаб.-1993.-Ж -С.71-73.

14. Стухляк П.Д, Скороход A3., Юркевич О.Р. Влияние оксидов металлов на адгезию епоксифурановых покрытий//Физ.-хим. механика материалов. -1989. -№4.- С.52-55.

15. Стухляк П.Д., Близнец М.М., Сысоев П.В. Износостойкость реактопластов, модифицированных оксидами металлов и ПТФЭ.//Проб. трения и изнашивания. -1988.- №33.- С.94-98.

16. Стухляк П.Д. Особенности влияния циклического низкотемпературного воздействия на адгезионную прочность епоксидных покры-тий//Физ.-хим. механика материалов.-1991.- № 2,- С.67-70

17.A.c. 1788457. МКИ G01 N3/56. Способ исследования процессов трения/ Б.И.Костецкий, Б.В.Гупка, П.Д.Стухляк и др. - Б.И. -1993.- №2.

18. А .с.1761769. МКИ G09 С /04. Способ обработки минеральных наполнителей для полимерных материалов/И.И.Злотников, П.Д.Стухляк, О.К.Шкодзинский и др. -Б.И.- 1992.-№34.

19.A.c. 1610398. МКИ G 01 N 3/56. Машина трения/ Б.В.Гупка, П.Д.Стухляк. - Б.И.- 1990.- №44..

20. A.c. 1733966. МКИ G 01 N 3/56. Машина трения/ Б.В.Гупка, П.Д.Стухляк. - Б.И.- 1992. -№18.

21 .A.c. 1795588 (ДСП). Способ получения покрытия /П.Д.Стухляк, О.К.Шкодзинский, В.Н.Коржик и др. - Б.И.-1990.

22. Близнец М.М., Стухляк П.Д., Сысоев П.В. Оптимизация состава эпоксидных компаундов для антифрикционных покрытий// Изв.АН БССР. -1988 - №2.- С.33-35.

23. Сысоев П.В., Близнец М.М., Стухляк П.Д. Адгезионные свойства наполненных эпоксидных покрытий// Изв.АН БССР. -1986.- №2. -С.118.

24. Сысоев П.В., Близнец М.М., Стухляк П.Д. Влияние добавок полиэтилена на износостойкость модифицированых эпоксидных покрытий// Изв.АН БССР.- 1985.- №2.- С.119

25. A.c. 1410927ЩСП). Способ получения антифрикционного материала/ П.Д.Стухляк, М.М.Близнец, П.В.Сысоев. - Б.И.-1986.

26. A.c. 1479479. МКИ С 09 D 3/58. Состав для пропитки пористых покрытий/ В.Н.Коржик, П.Д.Стухляк, И.И.Злотников и др.- Б.И.-1989. -№18.

27. A.c. 1603724 (ДСП). Композиция для антифрикционного покрытия/ П.Д.Стухляк, И.И.Злотников, И.А.Бондаренко. - Б.И.-1988.

28.А.с.1515660 (ДСП). Полимерная композиция/ М.М.Близнец, П.Д.Стухляк, П.р.Сысоев и др.- Б.И.-1988.

29. A.c. 1314645 (ДСП). Антифрикционная композиция/ М.М.Близ-нец, Н.Ф.Хахалина, П.Д.Стухляк и др. - Б.И.-1987.

30. Tewio<pÍ3U4HÍ властивост! епоксидних композшчв/П.Д.Стухляк, М.М.МиникДТ.Злотшков.-Тернопшь, 1996.- 46 е.- (Препр./ МО Украши. Терношльський приладобуд!вний íh-t ím. Шулюя; ТП1-96-1).

Аннотация

Стухляк П.Д. Создание и исследование композиционных материалов на основе реактопластов для узлов трения и систем электротеплотехнического назначения.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.01,- материаловедение в машиностроении (рукопись).

Физико-механический институт HAH Украины, Львов, 1996.

Сформулированы принципы управления структурой реактопластов путем физико-химического модифицирования связующего за счет создания взаимопроникающих систем "полимер-полимер", физического и хемосорбционного взаимодействия в системах "полимер-дисперсный минеральный наполнитель". Установлено повышение стойкости к изнашиванию на три порядка, снижение коэффициента трения до 0,10,12 и увеличение нагрузки проявления "стоп-эффекта" до 35 МПа.

Разработаны материалы с повышенными в 2-6 раз электро- и тепло-физическими характеристиками для систем электрообогрева оболочеч-ных конструкций. Предложены новые конструкции узлов трения, созданы устройства для формирования покрытий на сложных длинномерных поверхностях. Разработана методика изучения структуры композитов при помощи лазерного ударного воздействия.

Annotation

P.D. Stuchlyak. The forming and exploring of the compositiona materials which are rectoplasm based for unit of friction and electro' heattechnical designated systems.

The dissertation for the Doctorate of technical stadie degree is th< specialization 05.02.01 " Materials Knowledge in Mashine-Building' (manuskript).

The Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Science о Ukraine, Lviv, Ukraine, 1996.

The principles of governing a rectoplasm structure by phisical-chemical modifications including the forming of an interlocking system "polymerpolymer", the physical and the chemosorbtional interacting in the "polymer dispersional mineral buildup" system were developed. Higher qualities are established to wear out on three levels, there is a decreasement of the coefficient of friction to 0.1- 0.12 and there is an increasement of exhibition of the "stop-effect" load to 35 MPa.

The materials which have 2-6 times the electro- and heat-physical characteristics for were developed. New construction is unit of friction were presented, devices for forming a cover for advanced longlasting surfaces were developed. A method of studying structural composites with the aid of laser-striking acto was developed.

Ключов1 слова: композита, в'яжуче, стушнь зшивання, штенсив-nicTb зношення, наповнювач1, структура, адгезшна мщшсть, внутршш напруження, електрична мщшсть, теплопровщшсть, актив ащ я.

Шдписано до друку i2.05.96.Формат 60*84/16. Обсяг 2 друк.арк.Зам. 97.Тир.IOO. Безплатно. Ввдавн. компл. ТП1 1м. 1вана Пулзоя, 282001, ТврнопШь, Руська 58