Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о влиянии структуры и технологии получения на физико-механические свойства терморасширенного графита и композиционных материалов на его основе 10
1.1 Физико-механические свойства терморасширенного графита 10
1.1.1 Структура и физико-механические свойства графита 10
1.1.2 Способы получения и физико-механические свойства терморасширенного графита 11
1.2 Связующие материалы для термостойких композиционных материалов 14
1.2.1 Фосфатные связующие 14
1.2.2 Полиорганосилоксановые связующие
1.3 Области применения, технологии получения и физико-механические свойства композиционных материалов на основе терморасширенного графита 16
1.4 Методы исследования физико-механических свойств
композиционных материалов на полимерной основе 27
Выводы по главе 1 28
1.5 Цель работы и постановка задачи исследований 30
Глава 2. Характеристика исходных материалов и методики исследования 31
2.1 Характеристика исходных материалов 31
2.2 Методики исследований
2.2.1 Методики исследования прочностных и упругих характеристик композиционных материалов 32
2.2.2 Методика определения твердости композиционных материалов 37
2.2.3 Метод царапания 38
2.2.4 Методики определения коэффициента трения и износостойкости композиционных материалов 41
2.2.5 Методика исследования структуры композиционных материалов и определения их мультифрактальных характеристик .
2.2.6 Методы статистической обработки результатов измерений 47
Глава 3. Влияние степени измельчения ТРГ на его технологические свойства 53
3.1 Строение, структура и морфология терморасширенного графита 53
3.2 Оптимизация параметров измельчения ТРГ 61
Выводы по главе 3 72
Глава 4. Влияние структурных особенностей ТРГ и технологических параметров его измельчения на физико-механические свойства композиционных материалов ТРГ - модифицированная силиконовая смола 74
4.1 Определения прочностных и упругих характеристик композиционных материалов на основе ТРГ 77
4.1.1 Исследование механических свойств композиционных материалов при растяжении (200С) 77
4.1.2 Исследование механических свойств композиционных материалов при сжатии в диапазоне температур 20-5000С
4.2 Определение твердости исследуемых композиционных материалов 97
4.3 Исследование анизотропии механических свойств композиционных материалов ТРГ-силиконовая смола 99
4.4 Определение коэффициента трения и износостойкости композиционных материалов ТРГ-силиконовая смола 106
4.5 Исследование структуры композиционных материалов на основе ТРГ и их мультифрактальных характеристик 118
4.5.1 Влияние оптического увеличения съемки цифровых фотографий на мультифрактальные параметры микроструктуры композиционных материалов на основе ТРГ 118
4.5.2 Взаимосвязь коэффициентов трения и мультифрактальных параметров композиционных материалов на основе ТРГ 122
Выводы по главе 4 128
Глава 5. Практическое применение композиционных материалов на основе терморасширенного графита 131
Выводы по главе 5 135
Основные выводы 136
Список литературы
- Способы получения и физико-механические свойства терморасширенного графита
- Методики исследования прочностных и упругих характеристик композиционных материалов
- Оптимизация параметров измельчения ТРГ
- Исследование механических свойств композиционных материалов при сжатии в диапазоне температур 20-5000С
Способы получения и физико-механические свойства терморасширенного графита
В работе [34] представлены результаты определения механических свойств при динамических испытаниях и релаксационные свойства КМ ПЭ/ТРГ с содержанием ТРГ от 0 до 1 объемной доли.
В работе [35] приведены результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств, а также представлены исследования тепловых эффектов, наблюдаемых при адиабатическом расширении образцов композиционных материалов. Были исследованы образцы КМ с содержанием ТРГ в ПЭ матрице от 0 до 0,31 об. долей (массовое содержание 0-50%). Прочность и модуль упругости при растяжении КМ с содержанием ТРГ в ПЭ матрице 20 и 50 % приведены в таблице 1.1.
В работе [36] ПЭ высокой плотности (ПЭВП) был усилен (армирован) ТРГ и натуральным графитом в процессе расплава-компаундирования. При добавлении графитовой фазы вязкость увеличивалась, при этом КМ с ТРГ показывает более резкий рост вязкости, чем с натуральным графитом. Увеличение вязкости ПЭВП с ТРГ объясняется увеличением отношения площади поверхности к объему. Порог перколяции КМ с ТРГ ниже по сравнению с таковым в КМ с натуральным графитом. Результаты показали, что наполнители выступали в качестве агента зародышеобразования в инициировании кристаллизации в ПЭВП композитах. Однако общая степень кристалличности и температуры плавления
ПЭВП снизилась с добавлением ТРГ и натурального графита. Механические свойства улучшались в зависимости от содержания наполнителя, но общее увеличение небольшое. Были исследованы образцы КМ с содержанием ТРГ в матрице ПЭВП от 0 до 10 масс. %. Механические свойства КМ ПЭВП97/ТРГ3 приведены в таблице 1.1.
В работе [37] исследовали электрические и механические свойства нанокомпозитов графен/ПЭ. Графен был получен измельчением ТРГ. Из смеси графена с линейным полиэтиленом низкой плотности (ЛПЭНП) и его функционализированными аналогами (амин, нитрилы, изоцианат), полученной радикальной полимеризацией с раскрытием цикла, изготавливали композиционные пленки с содержанием графена от 0 до 5 % по массе. В работе сравнивали физико-механические свойства нанокомпозитов на основе полиэстера (ПЭТ) с графитовыми пластиками (0 - 20 масс. %) и с функциональными слоями ТРГ (0 - 4 масс. %). Определены механические свойства КМ: модуль упругости при растяжении и коэффициент термического расширения (КТР). Модуль упругости при растяжении КМ ПЭТ96/ТРГ4 приведен в таблице 1.1.
В работе [38] исследовано влияние технологических условий совмещения ТРГ с изопреновым каучуком, пластизолем ПВХ на проводимость КМ на основе ТРГ. Методика изготовления КМ на основе ТРГ и каучука СКМ-3 заключалась в следующем. Раствор каучука в бензине «калоша» смешивали с пероксидом дикумила и с ТРГ. Растворитель полностью удаляли на роторном испарителе при температуре 50 С до образования сыпучего порошка. Образцы изготавливали прессованием в течении 30 мин в пресс-форме при температуре 143 С и давлении 20 МПа. Содержание ТРГ в КМ изменялось от 20 до 60 масс%. Методика получения КМ на основе ПВХ и ТРГ включала следующие стадии. Порошок ПВХ (марки ЕП-66) тщательно перемешивали с диоктилфталатом, полученную смесь пластифицировали на водяной бане в течение 45 мин. при температуре 90 С. В пластифицированный ПВХ при тщательном перемешивании добавляли 3 масс% стеарата кальция для уменьшения процесса дегидрохлорирования. Затем вводили ТРГ, после чего смесь перемешивали до однородной консистенции. Образцы композитов готовили прессованием в форме под давлением 0.2-0.5 МПа. Прессованный образец прокатывали на вальцах при температуре вальцов 120 -140 С и медленном изменении зазора между валками.
В работе [39] исследовали электропроводящие свойства композиций: пластифицированный ПВХ с чешуйчатым графитом марки ГСМ-1 (33-55 масс %), пластифицированный ПВХ с интеркалированным графитом (ИГ) (4-30 масс %), пластифицированный ПВХ с ТРГ (2.4-20 масс%), пластифицированный ПВХ, ТРГ и ИГ (4-25 масс %). Образцы композита готовили путем механического смешивания ПВХ-пластизоля и графитовых частиц, прессованием в форме под давлением 0.2-0.5 МПа и отверждением при температуре 160-170 С. Для образцов с ТРГ проводилось смешивание с ПВХ-пластизольной пастой с последующей прокаткой на вальцах и отверждением. В работе применен новый технологический подход расширения ИГ в полимерной матрице с последующим вальцеванием, прессованием и прогревом. Прочность и модуль упругости при растяжении КМ ПВХ80/ТРГ20 приведены в таблице 1.1.
В работе [40] представлены результаты исследований электросопротивления композиционных материалов на основе ТРГ при сжатии. Для получения КМ в качестве полимерной матрицы использовали эпоксидную смолу ЭД20, в качестве наполнителей – ТРГ, полученный путем термохимической обработки природного дисперсного графита (50-100 мкм) Завальского месторождения и ТРГ, полученный путем повторной термохимической обработки. Порошки ТРГ состоят из высокопористых (пористость до 99 %) частиц червеобразного типа. «Червячки» порошка ТРГ после повторной термохимической обработки более короткие, и есть большое количество частиц в виде фрагментов «червячков». Образцы из КМ ТРГ-ЭД20 изготавливали методом холодного прессования, а также путем выливания жидкой смеси ТРГ-ЭД20 (уже с отвердителем и пластификатором) в соответствующую форму с дальнейшим высушиванием. Содержание ТРГ в получаемых образцах от 5 до 50 масс. %.
Авторами работы [41] были изготовлены и исследованы нанокомпозиты, состоящие из эпоксидной полимерной матрицы, отвержденной ангидридом, с содержанием ТРГ1-2 масc. %. Компоненты при изготовлении нанокомпозитов смешивали способами: прямым, ультразвуком, со сдвигом и комбинированным (смешивание ультразвуком и со сдвигом).
Авторы статей [42, 43] получили и исследовали термическую стабильность нанокомпозиционных материалов графит/кобальт при использовании двух типов графитов: природного дисперсного графита (размер чешуек 50 мкм) и ТРГ.
В работе [44] ПУ и ТРГ смешивали при 200 С в течение 5 мин при 100 об/мин, изменяя концентрацию ТРГ от 0 до 10 масc.%. В этих условиях получали нить диаметром около 1,5-2,5 мм, которую потом нарезали и изготавливали образец сжатием при температуре 200 С под давлением 100кН в течение 2 минут, определяли порог перколяции, термические и механические свойства. Прочность и модуль упругости при растяжении КМ с содержанием ТРГ 2 и 10 % приведены в таблице 1.1.
Методики исследования прочностных и упругих характеристик композиционных материалов
Статистическая обработка полученных значений насыпной плотности показала, что дисперсия параллельных опытов не превышала S2 0.089. Для определения возможности регрессионного анализа рассчитали однородность дисперсий параллельных опытов по критерию Кохрена [85]. Так как расчетное значение критерия Кохрена Gp=0.331 меньше табличного Gтабл=0.7679 [83], при уровне значимости =0.05, то гипотеза об однородности дисперсий параллельных опытов принимается, и, следовательно, возможно проведение регрессионного анализа. Рассчитав коэффициенты в уравнении (2.32), получили уравнение регрессии, отражающее зависимость насыпной плотности от скорости вращения гладких элементов измельчителя и времени цикла у = 13.1 + 1.2 ! - 0.5 2 + 0.5 i (3.1) Проверку статистической значимости коэффициентов проводили с помощью ґ-критерия Стьюдента. Все коэффициенты уравнения (3.1) статистически значимы при уровне значимости 0,05 и имеют доверительный интервал ± 0.172.
Для проверки гипотезы об адекватности уравнения регрессии (модели) по F-критерию Фишера необходимо, чтобы число независимых опытов было больше числа значимых коэффициентов уравнения, включая свободный член. Поэтому дополнительно провели опыт на основном уровне варьирования факторов, то есть при и=600 мин"1 и ґц=10 с, который повторили 3 раза. Результаты внесли в таблицу 3.3 в строку № 5 . Так как расчетный критерий Фишера Fр=0.335 меньше 1, то уравнение (3.1) адекватно [85].
Для приведения уравнения (3.1) к виду с натуральными значениями факторов использовали формулу кодирования (2.28), подставляя в уравнение (3.1) вместо кодовых натуральные значения факторов [85]. ри = 13.5 + 10 3n - 0.4ґц + 5 х 10-Зпіц (3.2)
Таким образом, увеличение времени измельчения более 90 секунд не влияет на насыпную плотность порошка терморасширенного графита. Максимальная насыпная плотность в рассматриваемом измельчителе превышает исходную более чем в 4 раза и составляет 14.3±0.3 кг/м3. В результате измельчения размеры червячков уменьшаются до 0.5-2.5 мм. Распределение размеров частиц порошка ТРГ после измельчения в бункере с гладкими измельчителями показано на рисунке 3.19 Рисунок 3.19 – Диаграмма распределения размеров частиц порошка ТРГ после измельчения гладкими измельчителями (I стадия)
Вторая стадия измельчения ТРГ-пуха проводилась двумя двойными лезвиями с острыми режущими кромками, вращающимися на одной оси со скоростью от 700 до 1400 об/мин. Двойные лезвия образуют четыре режущие поверхности, что увеличивает скорость измельчения.
Исследования также проводили в соответствии с методикой планирования экспериментов, описанной для измельчения гладкими измельчителями.
Значения выбранных уровней варьируемых факторов представлены в таблице 3.4. Таблица 3.4 – Уровни варьирования факторов № п/п Уровеньварьируемыхфакторов Обозначение кодовое n, мин-1 tц, с X1 x2 1. Основной 0 1050 10 2. Интервал варьирования x 350 5 3. Нижний -1 700 5 4. Верхний +1 1400 15 Матрица планирования для экспериментального плана 22 аналогична представленной в таблице 3.2. На рисунке 3.20 показаны зависимости, иллюстрирующие дальнейшее увеличение насыпной плотности предварительно измельченного ТРГ в результате воздействия на него элементов измельчителя с режущими кромками (рисунок 3.16).
При скорости вращения элементов измельчителя с режущими кромками 700 мин-1 максимальное значение насыпной плотности ТРГ составляет 53±2 кг/м3 , дальнейшее увеличение времени измельчения не влияет на величину насыпной плотности ТРГ, т.к. порошок ТРГ в камере размола находится ниже уровня элементов с режущими кромками (ножей). При скорости вращения 1400 мин-1 по сравнению со скоростью 700 мин-1 насыпная плотность увеличивается при одном и том же времени измельчения в 1.5 раза. Очевидно, что при одной и той же скорости вращения элементов измельчителя с режущими кромками продолжительность цикла измельчения в исследуемых пределах не оказывает существенного влияния на эффективность измельчения. В то же время при увеличении скорости вращения элементов измельчителя с режущими кромками в 2 раза измельчение до заданной насыпной плотности производится почти в 2 раза быстрее.
Значения насыпной плотности ТРГ, измельченного в течение 60 с. элементами с режущими кромками, сведены в таблицу 3.5. При длительности измельчения, превышающей 60 с., и скорости вращения элементов измельчителя 1400 мин-1 уровень порошка становится ниже уровня элементов измельчителя. Насыпная плотность ТРГ, измельченного на II стадии, составляет 200±10 кг/м3. Таблица 3.5 – Результаты определения насыпной плотности ТРГ, измельченного элементами с режущими кромками (n = 700 мин-1, tизм=60 сек) № опыта Уиі Уи2 УиЗ Уи S5,2 03,8 1,7 4Д % S-3,0 02,2 1,02,3 У(=0.95) % 1 40,9 32,5 31,5 35,0 14,8 12,8 ЪА,1 2 52,9 52,9 52,9 52,9 0 0 51,5 3 32,5 39,1 32,5 34,7 11,0 9,5 34,7 4 49,9 49,9 52,9 50,9 3,4 4,3 51,5 5 42,8 39,1 47,2 43,0 9,4 10,1 43,1
Статистическая обработка данных, представленных в таблице 3.5 показала, что дисперсия параллельных опытов не превышала S2 26,7. Для определения возможности регрессионного анализа рассчитали однородность дисперсий параллельных опытов по критерию Кохрена [85]. Так как расчетное значение критерия Кохрена Gp=0.634 меньше табличного Gтабл=0.7679 [83] при уровне значимости =0.05, то гипотеза об однородности дисперсий параллельных опытов принимается, и, значит, возможно проведение регрессионного анализа. Рассчитав коэффициенты уравнения (2.32), получили уравнение регрессии, отражающее зависимость насыпной плотности от скорости вращения режущих элементов измельчителя и времени цикла у = 43.4 + 8.5 ! - 0.6 2 - 0ЛХгХ2 (3.3)
Проверку статистической значимости коэффициентов проводили с помощью ґ-критерия Стьюдента. Все коэффициенты уравнения (3.6), кроме Ъх и Ь12, статистически значимы при уровне значимости 0,05 и имеют доверительный интервал ± 2.2.
Дополнительно провели опыт на основном уровне варьирования факторов, то есть при «=1050 мин"1 и ґц=10 с, который повторили 3 раза. Результаты опыта внесли в таблицу 3.5 в строку 5 . Так как расчетный критерий Фишера Fр=0.592 меньше 1, то уравнение (3.6) адекватно [85].
Для приведения уравнения (3.6) к виду с натуральными значениями факторов использовали формулу кодирования (2.28), подставляя в уравнение (3.6) вместо кодовых натуральные значения факторов [85]. рн = 17.9 + 0.024П (3.4) Из уравнения следует, что при одинаковом времени измельчения ТРГ насыпная плотность увеличивается с увеличением скорости вращения измельчающих элементов с режущими кромками. Распределение размеров частиц порошка ТРГ после измельчения на II стадии показано на рисунке 3.21.
Оптимизация параметров измельчения ТРГ
Статистическая обработка значений коэффициентов трения образцов композиционного материала КМ-1 показала, что дисперсия параллельных опытов не превышала S1 1,2810-4. Так как расчетные значение критерия Кохрена Gp=0,234 меньше табличного Gтабл=0,7679 [83] при уровне значимости =0.05, то гипотеза об однородности дисперсий параллельных опытов принимается, и, следовательно, возможно проведение регрессионного анализа. Рассчитав коэффициенты уравнения (2.32), получили уравнение регрессии для коэффициентов трения композиционного материала КМ-1: у = 0,207 + 0,015 1 - 0,03 2 - 0,079 3 - 2,7 X Ю-3 ! , - 3,2 X (4.12) X Ю-ЗВД + 1,6 X 10-3 2 з + 3,2 X 10-4 1 2 з 109 Проверка статистической значимости коэффициентов уравнения регрессии (4.12) для коэффициентов трения материала КМ-1 показала, что все коэффициенты кроме Ьі2 Ьіз Ь2з и Ьі2з статистически значимы при уровне значимости 0,05 и имеют доверительный интервал ±3,4 10 3. Окончательное уравнение регрессии (4.7) принимает вид: у = 0,207 + 0,015 ! - 0,03 2 - 0,079 3 (4.13) Полученное уравнение (4.8) проверяли на адекватность по критерию Фишера. Уравнение (4.13) адекватно [85], т.к. расчетное значение критерия Фишера Fр=1,82 меньше табличного значения Fтабл=3,01 [83]
Для приведения уравнений (4.13) к виду с натуральными значениями факторов использовали формулу кодирования (2.28), подставляя в уравнения (4.13) вместо кодовых натуральные значения факторов: / = 0,285 + 1,52 х 10-3п - 1,48 х 10 2Р - 3,17 х W 2V (4.14) где f - коэффициент трения; п - содержание связующего, %; Р - удельная нагрузка, МПа; V - скорость скольжения, м/с. КМ-1 показали наименьшие значения среднего коэффициент трения (на первом цикле Кск=0,01 м/с, Р=\ МПа) и величины износа при содержании ТРГ 80 и 70 масс. % соответственно. Эти результаты показывают потенциал использования композиционного материала КМ-1 на основе молотого ТРГ в виде прессованных частиц с содержанием ТРГ 70 масс. %. Дополнительные исследования коэффициента трения композиционных материалов КМ-1 были проведены в водной среде и масле марки И-40. Результаты статистической обработки испытаний полученных на машине трения по схеме «палец-диск» данных приведены в таблице 4.23 Ошибка! Источник ссылки не найден.[71]. 110 Таблица 4.23 – Данные статистической обработки экспериментальных значений коэффициентов трения пары КМ-1 (60% ТРГ) – сталь 20Х13 (Ra = 0.84) при Vск=0,01м/с и P=1 МПа Смазочная среда Измерение У S w, % S- (=0,95) 2 3 вода 0,015 0,012 0,010 0,012 0,003 21,20 0,001 0,006 масло И-40 0,067 0,067 0,066 0,067 0,001 1,42 0,001 0,002 Результаты испытаний показали, что коэффициент трения образцов, работающих в масле, почти в четыре раза ниже, чем при сухом трении и составляет 0,067±0,002. Коэффициент трения в воде в среднем составляет 0,012±0,006, что почти на порядок ниже, чем при сухом трении.
Композиционные материалы КМ-2 и КМ-3 КМ с содержанием ТРГ менее 50 и более 90 масс. % имеют триботехнические характеристики, отклоняющиеся от линейного закона, поэтому они исключены из плана дальнейших экспериментов. Значения выбранных уровней варьируемых факторов представлены в таблице 4.24.
Уровни варьирования факторов, влияющих на триботехнические характеристики композиционных материалов КМ-1,КМ- № п/п1 2 3 4 Уровень варьируемых факторов Обозначение кодовое н,кг/м3 n, % P, МПа V, м/с Xi x2 x3 x4 Основной 0 107 70 3 2.505 Интервал варьирования x 93 10 2 2.495 Нижний -1 14 60 1 0.01 Верхний +1 200 80 5 5 Результаты экспериментальных исследований и расчетных значений определяемых параметров представлены в таблицах 4.25, 4.26. Ill Таблица 4.25 – Результаты экспериментальных исследований по определению коэффициентов трения композиционных материалов КМ-2 и КМ- Натуральные значения факторов Результаты эксперимента Среднее значениеУи Доверительный интервалУ=0,95 Расчетное значениеУи н,кг/м3 и,% P, МПа V, м/с Уиі Уи2 УиЗ 1 14 60 1 0,01 0,308 0,321 0,338 0,322 0,038 0,322
Результаты экспериментальных исследований по определению износа композиционных материалов КМ-2 и КМ- 12 3 4 5 6 7 8 Натуральные значения факторов Износ, мг Среднее значениеЯ. Доверии-тельный интервалу=0,95 Расчетное значениеУи н,кг/м3 И,% P, МПа V , м/с Уи1 Уи2 УиЗ 14 60 1 5 0,12 0,10 0,14 0,12 0,05 0,12 1 0,08 0,10 0,14 0,11 0,08 0,11 5 0,32 0,24 0,36 0,31 0,15 0,31 5 0,20 0,20 0,10 0,17 0,14 0,17 200 60 1 5 0,22 0,20 0,18 0,20 0,05 0,20 1 0,08 0,10 0,16 0,11 0,10 0,11 5 0,60 0,72 0,60 0,64 0,17 0,64 5 0,28 0,20 0,16 0,21 0,15 0,21 В связи с тем, что при скорости скольжения 0,01 м/с величина износа исследуемых материалов составила менее 0,1 мг, этот фактор был исключен из регрессионного анализа.
Статистическая обработка данных по коэффициенту трения и по износу показала при уровне значимости а=0.05, что возможно проведение регрессионного анализа. Рассчитав коэффициенты уравнения (2.32) и исключив статистически не значимые, получили уравнение регрессии для коэффициентов трения (4.15) и для износа (4.16): у = 0,213 + 5,5 X КГ3 ! - 7,8 X 1(Г3Х, - 0,027Х3 - 0,083Х4 + (4.15) +2,6 х 1 Г3ад - 3,5 х 1 Г3ВД - 3,4 х 1(Г3ВД у = 0,233 + 0,058Xi - 0,083Х2 + 0,098Х3 + 0,045ВД + 0,014ХіХ3 (4.16) -0,058Х2Х3 - 0,027 2 з Проверка полученных уравнений (4.15) и (4.16) по критерию Фишера показала их адекватность. Для приведения данных уравнений к виду с натуральными значениями факторов использовали формулу кодирования, подставляя в уравнения вместо кодовых натуральные значения факторов [85].
Исследование механических свойств композиционных материалов при сжатии в диапазоне температур 20-5000С
При увеличениях х50, х100, х200 и х600 наблюдаются канонические спектры, а при увеличении х400 - псевдоспектры (инверсированный вариант канонических спектров) [99].
Сравнивая результаты расчета мультифрактальных функций микроструктуры /(а) и D(q), можно констатировать неизменность общего вида и взаимного расположения кривых для увеличений х50 и х100. Кривые, характеризующие мультифрактальные функции, при увеличениях х200, х400 и х600 срываются с инвариантной последовательности, поэтому для дальнейших исследований использовали увеличение х100.
Взаимосвязь коэффициентов трения и мультифрактальных параметров композиционных материалов на основе ТРГ Взаимосвязь между коэффициентами трения композиционных материалов КМ-1, КМ-2, КМ-3 с концентрациями 60, 70, 80% ТРГ и мультифрактальными параметрами их микроструктуры устанавливали на образцах-пальцах, испытанных на машине трения по схеме «палец-диск» по 3 образца каждого состава. Мультифрактальные параметры рассчитывались для диапазона значений q от - 60 до 60. Результаты расчета спектров размерностей Ренье D(q) и функции мультифрактального спектра /(а) представлены на 4.21-4.26.
Установлена взаимосвязь между коэффициентами трения исследуемых КМ и функциями мультифрактального спектра их микроструктуры f{a). В наибольшей степени зависимость между коэффициентами трения исследуемых КМ и значениями /(а) проявляется при q=0, равными размерностям Хаусдорфа -Безиковича, о чем свидетельствуют значения коэффициентов корреляции Пирсона 0.99 и более.
Расчет коэффициента корреляции Пирсона производится по формуле (2.26), при этом за x были приняты средние значения /(а) при q=0 (таблица 4.28), а за у средние значения коэффициентов трения исследуемых КМ, определенные на машине трения по схеме «палец-диск» при V=5 м/с и P=1 МПа.
Оценку статистической значимости коэффициентов корреляции rw проводили при помощи ґ-критерия Стьюдента (2.27). Коэффициенты корреляции rw для КМ-1, КМ-2 и КМ-3 составили более 0.99 и статистически значимы при уровне значимости 0.9, следовательно, зависимости между коэффициентами трения исследуемых КМ и значениями /(a) при q=0 линейны. Коэффициенты линейных зависимостей найдены методом наименьших квадратов:
Таким образом, установленная взаимосвязь между коэффициентом трения и функциями мультифрактального спектра микроструктуры КМ позволяет оценивать трибологические характеристики исследуемых материалов без проведения испытаний.
Проведено комплексное исследование механических и триботехнических свойств серии лабораторных и промышленных образцов уплотнительных материалов на основе ТРГ (таблица 4.29). Физико-механические и триботехнические свойства КМ на основе ТРГ № п/п 1 3 5 7 Наименование характеристик при различных направлениях приложения силы по отношению к ориентированным слоям графита Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии (МПа) при температуре 20 С: перпендикулярно параллельно Модуль упругости при сжатии (МПа) перпендикулярно параллельно Предел прочности при сжатии (МПа) при температуре 500 С: перпендикулярно параллельно Предел прочности при растяжении (МПа) параллельно Твердость (МПа) по ГОСТ 4670–91: перпендикулярно параллельно Твердость (МПа) по методу царапания: перпендикулярно параллельно Коэффициенты трения на воздухе: перпендикулярно параллельно Средняя скорость изнашивания (м/ч) Материал КМ-1 КМ-2 КМ-3 3 4 5 1.67 1.65 1.6 16.3 12.3 40.5 20.1 21.9 17.5 394.3 800.6 228.5 405.4 169.2 355.6 17.7 14.5 9.9 8.3 28.4 18.2 6.9 9.6 11.9 36.3 35.9 50.8 49.2 70.4 68.6 28.2 23.7 44.2 34.3 70.4 56.6 0.203 0.327 0.188 0.314 0.179 0.305 9.7х10"6 І 1.7х10"6 І 1.5х10"5 2. Установлено, что максимальной прочностью обладает КМ на основе ТРГ, измельченного до насыпной плотности 14±1 кг/м3. Так, получены КМ на основе порошка ТРГ и МКОС-600 с прочностью при сжатии 40.5 МПа, выдерживающие эксплуатационные температуры до 500 С. Прочность при сжатии новых термостойких КМ на основе измельченного червеобразного ТРГ с кремнийорганической смолой превышает в 2 и более раз прочность композиционного материала КМ-3.