Введение к работе
Актуальность темы. Одним из путей выхода страны из экономического кризиса является создание конкурентно-способных образцов новой техники с использованием новых материалов. Особое место занимают в этом композиционные материалы (КМ) с полимерными матрицами. Постоянно увеличивается количество образцов новой техники, где в узлах трения взамен традиционных антифрикциогашк бронз, баббитов и композиций на металлической основе появляются антифрикционные самосмазывающиеся КМ с полимерной матрицей, использование которых увеличивает не только долговечность узла трения, а соответственно и механизма в целом, но и резко повышает его надежность.
Во многих случаях решение задач внедрения самосмазьшающихся КМ с полимерной матрицей в узлы трения машин и механизмов связано с проблемой обеспечения их герметичности с помощью специальных герметизирующих устройств (ГУ). Одним из наиболее важных вопросов является повышение работоспособности и долговечности ГУ вращающихся валов, а именно, наиболее распрЬстраненных в технике уплотнений манжетного типа Основным герметизирующим элементом в конструкциях ГУ является уплотнения из резины, поскольку этот материал сочетает в себе такие свойства, как высокая эластичность и технологичность. В то же время износо-, морозо- и теплостойкость резин сравнительно низка, что, в конечном итоге, резко снижает эффективность их использования. Поэтому проведение исследований, направленных на создшше новых материалов, работоспособных в широком интервале температур, сочетающих высокую износостойкость, низкие коэффициенты трения, химическую стойкость и эластичность для ГУ манжетного типа является актуальной технической задачей.
Исследования выполнялись в соответствии с темой: "Исследования по созданию экологически чистых биологически стойких самосмазьшающихся материалов, создающих в зоне трйбосопряжений диссипативные саморегулирующиеся системы, работоспособные в экстремальных условиях эксплуатации", выполненной согласно Решения Госкомиссии РФ № 58 от 24.04.91 г. и Федеральной целевой программой "Развитие Северо-Кавказского региона на период до 2005 г".(протокол от 14.04.99 г. конкурсной комиссии Министерства национальной политики РФ).
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка композиционного материала для герметизирующих устройств подвижных соединений, работоспособных в химически-активных средах
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Проведение анализа литературных и патентных источников с целью обоснования возможности использования полиамидных смол, твердых смазочных материалов, пластификаторов различного типа для создания КМ ГУ вращающихся валов.
-
Структурно-кинетические исследования полиамидов (ПА)и их биологических аналогов - полипептидов (ПП) для объяснения механизма их антифрикционности.
-
Проведение исследований надмолекулярных структур ПА и способов их регулирования с помощью пластификаторов различного типа.
-
Разработка и оптимизация состава нового самосмазывающегося КМ "Масля-нит-У" для уплотнений ГУ, работоспособных в химически-активных средах;
-
Разработка технологической схемы изготовления и оптимизация параметров переработки КМ "Маслянит-У".
-
Исследование физико-механических, термодинамических, релаксационных и триботехнических характеристик КМ "Маслянит-У";
-
Разработка рекомендаций по промышленному внедрению КМ "Маслянита-У".
Научная новизна. Впервые методом структурно-кинетического моделирования обоснован механизм трения и износа ПА, в основе которого лежат полиморфные превращения, осуществляемые за счет синхронных поворотов циклических фрагментов полимерных цепей и представляющие собой процесс непрерывных конформационных переходов.
Установлено снижение усталостного вида износа КМ с полиамидной матрицей за счет введения в них фенольных пластификаторов, активизирующих релаксационные процессы, приводящие к установлению нового равновесного состояния
Установлено повышение триботехнических характеристик КМ с полиамидной матрицей за счет введения в них внутрипачечных пластификаторов фенольного типа, улучшающих эластичность КМ, и межпачечных пластификаторов типа пластичных смазочных материалов, улучшающих аетифршашошпле характеристики КМ.
Практическая ценность. Создан новый самосмазывающийся КМ "Маслянит-У" для использования в качестве уплотнительных элементов ГУ узлов трения машин и механизмов, эксплуатируемых в химически-активных средах.;
разработаны методики и установки для исследования термодинамических и релаксационных характеристик КМ на полимерной основе с использованием тепловизора;
разработана технология и оптимизированы параметры изготовления КМ "Маслянит-У". Проведена поставка опьгаю-промьішлеішой партии материала для изготовления ушіошешій ГУ оборудовании по добыче лечебных грязей Тамбуканского озера (г.Пятигорск) и транспортеров литейного цеха завода "Красный котельщик" (г.Таганрог).
Основные положения, выносимые на защиту. Метод химического конструирования КМ с полиамидной матрицей путем введения в них твердого смазочного материала, меж- и внутрипачечных пластификаторов, позволяющих повысить трибологические характеристики и эластичность КМ.
Теоретические предпосылки структурно-кинетического моделирования ПА и ПП, обосновывающие механизм их самосмазываемости.
Совокупность теоретических и экспериментальные исследований термодинамических, релаксационных и триботехнических характеристик КМ "Маслянит-У", объясняющих причины снижения усталостного вида износа композита.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на: ГУ-й и Y-й научно-технических конференциях "Транспорт, экология - устойчивое развитие", г.Варна (Болгария), май 1998 г. и май 1999; 5-ом международном симпозиуме DMSY-CONT98 "Энергетические и экологические проблемы трибологии", г.Краков (Польша), сентябрь, 1998 г.; научно-технической конференции "Материалы и изделия под воздействием различных видов энергии", Москва, апрель 1999 г.; 19-й международной конференции-выставке "Композиционные материалы в промышленности" (Славполиком-99), Киев, май 1999 г; 2-й международной научно-технической конференции "Новые технологии управления движением технических объектов", г .Новочеркасск, ноябрь, 1999 г.;
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6-ти глав, общих выводов, списка литературных источников из 153 наименований. Содержит 131 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 27 таблиц.