ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тепловое расширение полимерных композиционных материалов Холлидей, Дж. Робинсон из "Промышленные полимерные композиционные материалы " Установлено, что для изготовления подшипников насосов, работающих в воде, можно использовать асбопластики, состав которых был приведен в предыдущем разделе. Пластики, в которых в качестве наполнителя используется асбестовая или хлопчатобумажная ткань, а в качестве связующего — феноло- или крезоло-формальдегпдпые и полиэфирные смолы, обладают хорошими антифрикционными свойствами при трении в водной среде. Такие матерпалы характеризуются низким коэффициентом трения, что объясняется, по-видимому, тем, что микроструктура этих материалов способствует образованию тонкой пленки воды на поверхности подшипника даже тогда, когда не может происходить образование гидродинамической пленки. [c.235] Если условия работы таковы, что возможно образование гидродинамической пленки, то поведение любых подшипников улучшается при введении жидких смазок. Преимущество подшипников из полимерных материалов по сравнению с металлическими подшипниками наиболее очевидно тогда, когда при использовании жидких смазок гидродинамическая пленка не образуется или образуется только частично. [c.235] Антифрикционные свойства ряда полимерных материалов, используемых для изготовления подшипников, значительно улучшаются при введении в зону трения небольшого количества масла или смазки. При этом фрикционные свойства улучшаются значительно в большей степени, чем при смазывании таким же количеством смазки металлических подшипников. [c.235] Это привело к разработке антифрикционных полимерных композиционных материалов для получения подшипников, которые смазываются только 1 раз при сборке и не требуют дальнейшей смазки. Использование полимерных композиционных ]материалов вместо ненаполыенных полимеров обусловлено низким сопротивлением их ползучести. Применением смазок можно повысить ресурс работы подшипников на основе наполненных полимеров даже при жестких условиях эксплуатации, тогда как низкая несущая способность ненаполненных полимеров ограничивает их применение даже при хороших антифрикционных свойствах. Так, подшипники, изготовленные из полиамидов и сополимеров формальдегида и работающие со смазкой, обладают хорошими эксплуатационными свойствами, но вследствие низкого сопротивления ползучести предельно допустимая нагрузка не превышает 2—5 Ш/м . Поэтому при эксплуатации подшипников из ненаполненных полимеров велика опасность аварийной ситуации вследствие их разрушения при ползучести. Высокие коэффициенты термического расширения ограничивают возможности применения подшипников из ненаполненных полимеров при жестких режимах работы. [c.236] Несколько более высокая несущая способность подшипников обеспечивается при использовании наполненных полимерных материалов. Однако значительно более резкое увеличение несущей способности и стабильности размеров можно достичь при изготовлении подшипников из стали с тонким полимерным антифрикционным покрытием, прочно связанным с подложкой. Поскольку прямым путем достичь высокой прочности сцепления подложки и покрытия очень трудно, были разработаны и освоены промышленностью материалы с промежуточным слоем из пористой бронзы, который наносится на стальную подложку напылением с последующим спеканием порошка из бронзы и механически закрепляет полимерное покрытие на поверхности стальной подложки. Такие материалы выпускаются в виде узких лент, которые используются при изготовлении подшипников тем же методом, что и при использовании стальных полос с покрытием из металлических сплавов. [c.236] При скоростях трения ниже 1,0 м/с ресурс работы подшипников, смазанных при сборке консистентной смазкой, является очень высоким. Так, при значениях показателя PV 1,6 и 0,3 iMH/м м/ ресурс работы подшипников из материалов с антифрикционным покрытием на основе сополимеров формальдегида составляет 1000 и 10 000 ч соответственно. Ресурс работы таких подшипников может быть неограничено расширен периодическим смазыванием через промежутки времени, не превышающие половины ресурса работы подшипников, смазываемых только во время сборки. Большинство смазочных материалов способствует улучшению эксплуатационных свойств подшипников, и часто их ресурс работы определяется только стабильностью смазок. Наилучшими свойствами обладают смазки на основе лития, содержащие антиоскиданты. Можно также использовать консистентные смазки, наполненные небольшим количеством графита или M0S2, однако такие наполненные смазки не имеют каких-либо преимуществ при эксплуатации перед ненаполненными смазками. Вполне удовлетворительными свойствами обладают силиконовые смазки, содержащие литий. Им отдается предпочтение перед смазками на основе минеральных масел при рабочих температурах выше 80 °С. [c.237] Применение этих материалов в подшипниках с рециркуляцией смазочных масел ограничено при повышенных температурах возможностью окисления масла. Окисленное масло вызывает увеличение хрупкости сополимеров формальдегида. Температура, при которой начинает проявляться этот эффект, зависит от устойчивости масла к окислению равна примерно 70°С для неингибиро-ванных масел и около 110°С для масел, содержащих эффективные антиоксиданты. [c.238] Использование антифрикционных покрытий на основе полнфе-ниленсульфида (ПФС) позволяет избежать ряд недостатков, присущих покрытиям на основе сополимеров формальдегида. Покрытия из ПФС, являющегося термостойким полимером, обеспечивают высокие эксплуатационные свойства подшипников, работающих со смазкой. Они устойчивы к действию окисленного масла, что дает возможность использовать подшипники с такими покрытиями при температурах, которые выдерживают сами смазки. [c.238] Подшипники на основе материалов с покрытием из ПФС, работающие в режиме периодического смазывания, обладают хорошими эксплуатационными свойствами. На рис. 5.5 показано влияние условий эксплуатации на ресурс работы подшипников с углублениями на поверхности антифрикционных покрытий из ПФС и сополимеров формальдегида. Из приведенных данных видно, что ресурс работы подшипников с покрытием из ПФС, работающих в режиме периодического смазывания при скорости 0,6 м/с и PV 2,0 MH/м м/ более чем в 20 раз превосходит ресурс работы подшипников с покрытием на основе сополимеров формальдегида. Покрытия из ПФС обычно наносят на стальную подложку в сочетании с промежуточным слоем из пористой бронзы, а на подложку из алюминиевого сплава — непосредственно, без промежуточного слоя. Первый вариант покрытий обычно используется для подшипников, работающих в жестких условиях, второй вариант имеет более низкую стоимость. Введение ПТФЭ в ПФС улучшает антифрикционные свойства покрытий, которые могут быть рекомендованы для работы и в режиме сухого трения. [c.238] ДОадг = Срм — (OpL + ( Lm) где арм, OpL, Olm—поверхностная энергия на границе раздела полимер—металл, полимер — смазка и смазка—металл. [c.239] В инженерной практике наблюдается тенденция постепенной замены металлов и других традиционных конструкционных материалов полимерными материалами. Низкая стоимость, малая плотность, более высокие эксплуатационные показатели и широкие возможности для конструирования выгодно отличают полимерные композиционные материалы от традиционных конструкционных материалов. Однако правильный выбор полимерного материала для каждого конкретного случая часто является чрезвычайно трудной задачей для конструктора, обусловленной отличием показателей свойств этих материалов на несколько десятичных порядков от показателей свойств традиционных материалов. Так, термическое расширение полимерных материалов при изменении температуры значительно превышает расширение большинства материалов, что наглядно показано на рис. 6.1. Инженеры-строители должны иметь дело при этом с материалами, которые расширяются при нагревании в десять раз больше бетона химики-технологи— с материалами для трубопроводов, такими как АБС-пласти-ки (сополимеры бутадиена, акрилонитрила и стирола), расширение которых достигает 80 мм на 30 м при переходе от зимы к лету. [c.242] В процессе изготовления изделий, особенно методом литья под давлением, большие и неравномерные усадки при охлал дении отформованных изделий обусловливают трудности в получении деталей с точностью размеров на уровне точности деталей из металлов. Более того, различие в усадке приводит к короблению отформованных изделий, особенно с малой жесткостью, а также к возникновению в них других типов остаточных деформаций. Поэтому условия формования и конструкция литьевой формы оказывают решающее влияние на качество изделий. Точные допуски можно получать при изготовлении изделий из полимерных материалов механической обработкой, например зубчатых колес, но даже в этом случае вследствие большого термического расширения при-мененне деталей с малыми допусками ограничивается небольшим интервалом температур. Тем не менее, широкое применение полиамидов и сополимеров формальдегида в производстве зубчатых колес, шестерен, подшипников скольжения, втулок, кулачков и т. п. показывает большие возможности использования полимеров для изготовления деталей с высокой точностью размеров. [c.243] Примером решения проблемы теплового расширения полимерных материалов правильным конструированием является производство листовых пластиков, используемых в качестве материалов для крыш, в которых двойные зигзагообразные изгибы (рис. 6.2) эффективно компенсируют тепловое расширение и сжатие. [c.243] До сих пор рассматривались простые случаи самостоятельного использования полимерных материалов. При использовании их в сочетании с другими материалами, например металлами, бетоном, возникают еще большие осложнения. Тепловое расширение играет также важную роль при использовании полимеров в качестве клеев. Рассмотрим некоторые области применения полимерных материалов, в которых особенно необходимо учитывать их повышенное тепловое расширение. [c.243] Техника. В технике наполнение полимеров для уменьшения их термического расширения используется очень давно. В настоящее время фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы, наполненные минеральными наполнителями, являются одними из самых стабильных по размерам материалами, находящимися в распоряжении инженеров-конструкторов. Получение материалов на основе полиамидов и сополимеров формальдегида, наполненных стеклянными волокнами, позволило расширить ассортимент и области их применения для изготовления изделии высокой точности. Термический коэффициент расширения этих материалов близок к коэффициентам расширения сплавов легких металлов. Материалы на основе наполненных поликарбоната и политетрафторэтилена (ПТФЭ) нашли широкое применение для изготовления деталей муфт, подшипников и кулачков. [c.244] Приведенные выше примеры показывают, что создание композиционных материалов позволяет регулировать показатель термического расширения. Для создания композиционных материалов специального назначения необходимо перейти от метода проб и ошибок к выявлению основных факторов, определяющих их термическое расширение, и к установлению удовлетворительных теоретических зависимостей. [c.245] В настоящей главе рассмотрены основные теоретические представления о термическом расширении монолитных материалов. Обсуждаются методы определения термического коэффициента расширения и сравниваются рассчитанные по формулам, выведенным с различными допущениями, и экспериментальные данные о термическом расширении композиционных материалов. Анализ имеющихся данных показывает, что существующий уровень знаний в этой области еще недостаточен. [c.245] Вернуться к основной статье