Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния вопроса применения антифрикционных самосмазывающихся композитных материалов для изготовления подшипников скольжения 7
1.1 Обзор существующих композиционных материалов в узлах трения подшипников скольжения 7
1.2 Антифрикционные материалы на основе фторсодержащих материалов 14
1.3 Антифрикционные тканые материалы с волокнами ПТФЭ 16
1.4 Методики расчета надежности и долговечности узлов трения и критериев их работоспособности 21
Глава 2 Разработка системы расчетных моделей подшипника скольжения сухого трения с комбинированным двухслойным вкладышем 35
2.1 Определение напряженно-деформированного состояния в упругом двухслойном покрытии под действием жесткого штампа 35
2.1.1 Постановка задачи 37
2.1.2 Решение интегрального уравнения 39
2.1.3 Числовые расчеты и выводы 41
2.2 Термоупругая контактная задача для цилиндрического подшипника скольжения сухого трения с двухслойным вкладышем 46
2.2.1 Физико-механическая постановка задачи 46
2.2.2 Математическая постановка задачи 49
2.2.3 Построение вырожденного решения задачи 50
2.2.4 Термомеханический расчет подшипника... 58
2.3 Исследование кинетики изнашивания подшипника скольжения сухого трения с двухслойным вкладышем 62
2.3.1 Постановка термоупругой контактной задачи для двухслойного вкладыша подшипника скольжения с учетом изнашивания 62
2.3.2 Решение тепловой задачи для сопряжения 66
2.3.3 Износ подшипника скольжения с учетом тепловыделения от трения.. 69
Глава 3 Экспериментальное исследование основных закономерностей трения и изнашивания шарнирных подшипников с тонкостенными вкладышами из антифрикционных полимерных композитов 74
3.1 Проведение трибологических испытаний 74
3.1.1 Образцы и методика проведения испытаний 74
3.1.2 Машины трения для проведения лабораторных трибологических испытаний 78
3.1.3 Измерительная и регистрирующая аппаратура 83
3.1.4 Программное обеспечение УРМТ-5 87
3.2 Результаты трибологических испытаний двухслойных подшипников 95
Глава 4 Методы повышения трибологических характеристик подшипников скольжения сухого трения с двухслойным вкладышем 100
4.1 Повышение долговечности рассматриваемых подшипников путем модификации поверхности технической ткани 101
4.1.1 Модификация ПТФЭ 101
4.1.2 Методика проведения спектральных исследований 107
4.1.3 Исследование степени активации ПТФЭ низкотемпературной плазмой тлеющего разряда 114
4.1.4 Результаты исследования степени активации модифицированного в тлеющем разряде ПТФЭ 116
4.1.5 Результаты трибологических испытаний двухслойных втулок на основе модифицированной технической ткани «Даклен» 119
4.2 Повышение антикоррозионных свойств контртела путем нанесения коррозионностойкого покрытия 124
4.2.1 Методика нанесения антикоррозионного покрытия вала 125
4.2.2 Методика проведения испытаний на коррозионную стойкость 128
4.2.3 Трибологические испытания образцов АСК, изготовленных из модифированной в плазме тлеющего разряда технической ткани «Даклен» с контртелом, содержащим многослойное покрытие 132
4.3 Методика оптимального проектирования комбинированных подшипников скольжения сухого трения 138
4.3.1 Постановка задачи оптимального проектирования 138
Глава 5 Внедрение результатов исследования 145
Основные выводы 148
Литература 150
- Антифрикционные материалы на основе фторсодержащих материалов
- Термоупругая контактная задача для цилиндрического подшипника скольжения сухого трения с двухслойным вкладышем
- Машины трения для проведения лабораторных трибологических испытаний
- Методика проведения спектральных исследований
Введение к работе
Современные проблемы развития систем железнодорожных коммуникаций в сформировавшихся рыночных условиях указывают на необходимость разработки совершенно новых, более требовательных, стандартов качества эксплуатируемых машин, механизмов и оборудования железнодорожного транспорта. Качество машин в значительной мере определяется ресурсом их работы и отказоустойчивостью. Недостаточный ресурс машин и механизмов железнодорожного транспорта является причиной огромных затрат энергии, материалов, рабочей силы, и как следствие - понижения уровня ресурсосбережения, увеличения себестоимости оказываемых услуг, значительного понижения конкурентоспособности железнодорожной отрасли.
Статистически доказано, что узлами, берущими на себя наибольший процент износа - являются узлы трения. Поэтому вопросы повышения их надежности, долговечности и экономичности относятся к важным и первоочередным. Эффективное решение задач по повышению ресурса работы узлов трения возможно только на базе достижений фундаментальной науки. В современном представлении фрикционное взаимодействие - это сложный многофункциональный процесс взаимодействия тонких поверхностных слоев на локальных микроплощадках контакта, сопровождающийся изменением структуры поверхности и ее механических свойств, возникновением физико-химических, электрических и других явлений под воздействием температуры, нагрузки, поверхностно-активных веществ и многих других факторов. В этой связи выяснение особенностей поведения поверхностных слоев металло-полимерного трибокон-такта - одна из центральных задач в триботехнике. Поэтому для исследования процессов на контакте необходима разработка не только методов диагностики, но и более полные теоретические модели, специфическое назначение которых, с одной стороны, учитывать изменения, происходящие в объеме и в пограничном слое, а с другой - приводить к простым инженерным расчетам.
Важнейшую роль в решении вопроса повышения износостойкости узлов трения играет создание новых полимерных композитов с заданными свойствами. Благодаря своим высоким антифрикционным и демпфирующим свойствам полимеры нашли широкое применение при разработке различных конструкций узлов трения.
Исследования трения полимерных материалов отражены в работах Г.М. Бартенева, Ф. Боудена, В.А. Белого, Г.А. Гороховского, Ю.А. Евдокимова, Д. Ланкастера, А.А. Кутькова, В.И. Колесникова, А.И. Свириденка, Д. Плея, Р. Штейна, А.В. Чичинадзе и многих других.
Не смотря на достигнутые успехи в вопросе использования композиционных материалов на основе полимеров, проблема управления фрикционно-контактным взаимодействием элементов подвижных металлополимерных соединений, как подчеркивается в решениях многих конференций, симпозиумов, семинаров, остается острой и не решенной.
Причины такого положения объясняются рядом обстоятельств. Это прежде всего, обусловлено тем, что сейчас наметилось определенное отставание в области моделирования процессов изнашивания на основе механики контактного разрушения от уровня, достигнутого, например, в области физики твердого тела, где имеются значительные успехи - сложились современные представления квантово-полевой теории атомного упорядочивания, сформулированы положения теории дислокации, получили значительное развитие экспериментальные методы - рентгеноструктурный, рнтгеноспектральный, электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСХА) и др.
Другой причиной является то, что низкая нагрузочная способность и невысокая теплопроводность ряда полимеров приводят к тому, что основным способом их применения являются комбинированные материалы на их основе или композиционные конструкции, сочетающие в себе жесткость и прочность формообразующей основы с несущей способностью, низким трением и высокой износостойкостью полимерного композиционного материала.
Вышеуказанные обстоятельства определили выбор темы исследования, постановку его цели и конкретных задач.
В результате поставлена следующая цель - установление аналитических и экспериментальных закономерностей влияния нагрузочно-скоростных и температурных параметров трибосопряжения на интенсивность изнашивания двухслойных втулок и разработка на этой основе рекомендаций по повышению долговечности тяжелонагруженных узлов трения, работающих в различных эксплуатационных условиях.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Разработать математические модели для расчета двухслойных втулок подшипников скольжения на прочность и долговечность с учетом термоупругих и трибологических характеристик.
2) Определить значения параметров физического модифицирования антифрикционного слоя втулки, в пределах которых процесс трения характеризуется минимальной величиной его интенсивности изнашивания.
3) Установить основные закономерности трения и изнашивания антифрикционного слоя втулок и определить влияние нагрузочно скоростных и температурных параметров узла трения на интенсивность изнашивания.
4) Осуществить выбор антикоррозионного покрытия тяжелонагруженных валов ПС в условиях повышенной влажности, обеспечивающего высокие антифрикционные характеристики с используемым АСК.
5) Разработать методику оптимального проектирования ПС на основе двухслойных втулок.
Антифрикционные материалы на основе фторсодержащих материалов
Среди всех известных антифрикционных термопластичных материалов политетрафторэтилен, выпускается в России под маркой «Фторопласт-4» (в качестве официального торгового названия применяется термин «фторлон»), занимает особое место. За рубежом чистый ПТФЭ выпускается под следующими торговыми названиями: тефлон (США), флюон (Англия), алгофлон (Италия), хостафлон (Германия), сорефлон или нафлон (Франция), полифлон или тайоф-лон (Япония).
ПТФЭ отличается высокой теплостойкостью, стабильностью свойств при высоких температурах и прекрасными антифрикционными характеристиками [28,97,87,88,120,91]. Нужно отметить, что это справедливо в диапазоне невысоких скоростей. При увеличении скорости скольжения от нескольких мм в секунду до 0,5-2 м/с и выше коэффициент трения ПТФЭ без смазки по стали, и особенно по ПТФЭ повышается и может достигать 0,2-0,25 и даже 0,37. ПТФЭ обладает недостатками: низкая механическая прочность и теплопроводность, высокий коэффициент термического расширения и т.д.
ПТФЭ служит основой для целой гаммы антифрикционных композиционных материалов, успешно работающих без смазки. Один путь преодоления недостатков ПТФЭ - введение в ПТФЭ различных наполнителей, комплексно улучшающих свойства. Другой путь улучшения свойств ПТФЭ - применение его в виде высокоориентированных волокон, а также введение в пористую металлическую подложку.
В связи с отсутствием научно обоснованных рекомендаций и перспективностью ПТФЭ как основы для создания антифрикционных композиционных материалов предпринимались попытки использовать в качестве наполнителя фторопластов любой материал, существующий в виде мелких, частиц или волокон, способный выдержать температуру спекания фторопласта. Чаще всего используют: графит, кокс, дисульфид молибдена, нитрид бора, асбест, сернокислый барий, кремнезем, окись алюминия, ситалл, стекло, различные металлы и сплавы, стекловолокно и т.д.
Обычный ПТФЭ имеет предел текучести при сжатии порядка 7,0 МПа и введение наполнителей в не очень больших пределах влияет на хладотекучесть ПТФЭ, а АСК на основе ткани с волокном ПТФЭ с фенолформальдегидным связующим выдерживает статическую нагрузку 560,0 МПа, без проявления тенденций к холодному течению. Обычно для создания антифрикционных материалов фторопластовые нити (волокна) ткутся совместно с другими нитями (полимерными, стеклянными, металлическими, хлопчатобумажными) таким образом, что с одной стороны ткани выступают в основном нити из ПТФЭ, с другой - из другого материала.
Эффективным способом устранения отрицательных свойств фторопласта (низкая механическая прочность, хладотекучесть, низкая теплопроводность и т.д.) считается введение его в металлическую основу, имеющую сообщающиеся поры. Металлический каркас обеспечивает механическую прочность и интенсивный отвод тепла. Поры между сферическими частицами фтористой бронзы, нанесенными на поверхность малоуглеродистой стальной ленты, на всю глубину заполняются фторопластом-4. Из этого же материала сформирован тонкий поверхностный слой, закрывающий выступающие вершины наружных сферических частиц бронзы. При нарушении этого слоя с сопряженной металлической поверхностью начинает контактировать материал каркаса. Сила трения на этом участке резко увеличивается, что приводит к повышению температуры. Введу более высокого, чем у металлов температурного коэффициента линейного расширения фторопласта, он выступает из пор и размешивается по поверхности трения, что вновь приводит к снижению коэффициента трения на этом участке. Таким образом, нарушенный слой ПТФЭ может восстанавливаться. Механические свойства таких материалов достаточно высоки. Ленточные ме-таллофторопластовые материалы и технология их изготовления у нас в стране разработаны коллективом специалистов при участии А.П. Семенова и P.M. Матвиевского.
Проведенные испытания металлофторопластового материала при постепенно повышающейся температуре показали, что он работоспособен почти до 300С и успешно работает в жидком азоте. Особенно эффективно применение этого материала для устранения фреттинг-коррозии и ложного бринеллирова-ния в механизмах с возвратно-поступательными и вращательными движениями и в машинах при большом уровне вибрации. Материалы подобного типа получили широкое применение за рубежом. Фирмой Тласир" Англия выпускается металлофторопластовые материалы ДР и ДУ, представляющие собой биметаллическую ленту из стали, на которую нанесен пористый слой высокооловяни-стой бронзы, замененной в материале ДР чистым ПТФЭ, а в материале ДУ смесью ПТФЭ со свинцом. По данным фирмы, коэффициент трения подшипников ДУ при низких скоростях скольжения (от 0,05 до 0,1 м/с) и высоких удельных нагрузках (до 284 МПа) имеет минимальное значение, изменяясь от 0,05 до 0,10. При нагрузках от 0,07 МПа до 10,6 МПа и скоростях скольжения от 0,2 м/с до 5 м/с коэффициент трения может изменяться от 0,1 до 0,2.
Термоупругая контактная задача для цилиндрического подшипника скольжения сухого трения с двухслойным вкладышем
Антифрикционные материалы на основе полимеров нашли широкое применение в машиностроении, транспорте, в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Их использование в узлах трения подвижного состава позволяет сократить или полностью исключить смазку, что приводит к существенной экономии смазочных материалов, причем малораспространенных и дефицитных сортов. Кроме того, повышается качество выпускаемого продукта, уменьшается поверхность теплообменной аппаратуры, предотвращается загрязнение окружающей среды, снижается шум, увеличивается межремонтный цикл, снижаются трудозатраты на ремонт подвижного состава.
Выбор оптимального антифрикционного материала зависит от условий его эксплуатации. Основными требованиями к антифрикционным материалам являются способность нести нагрузку без проявления текучести или ползучести при температурах развиваемых в процессе фрикционного взаимодействия, стойкость к средам, в которых эксплуатируется материал, способность обеспечивать нормальный режим работы при неравномерной подаче смазки.
В связи с революционным по своему значению появлением органических полимерных антифрикционных материалов появилась возможность существенного увеличения надежности и долговечности узлов трения машин и механизмов. Но у серийно выпускаемых "чистых" полимерных антифрикционных материалов есть существенные недостатки, связанные с их природой. К наиболее существенным из них можно отнести сравнительно невысокую жесткость, теплостойкость, теплопроводность, модуль упругости, стабильность размеров, высокую гигроскопичность и коэффициент линейного расширения. По этой причине чистые полимерные материалы весьма ограниченно используются в качестве антифрикционных, несмотря на то, что некоторые из них обладают довольно высокими фрикционными характеристиками (например: ПТФЭ, ПЭНД и т.д.). С момента широкого использования полимеров вначале как антифрикционных, а затем и как антифрикционных материалов актуальной задачей стало улучшение их физико-механических характеристик. Одним из путей решения этой сложной проблемы - регулирование межмолекулярной и надмолекулярной структуры (кристаллизация, сшивание, введение в молекулярную цепь атомов металлов, ароматических ядер, использование поперечных связей и т.д.). Не умаляя больших достижений в этом направлении можно, отметить высокую эффективность и перспективность значительного улучшения как конструкционных, так и антифрикционных характеристик пластмасс путем создания композиционных материалов на их основе. Можно с уверенностью констатировать, что в настоящее время полимерные антифрикционные материалы представляют собой композиты с широкой гаммой наполнителей. За последнее время почти четверть всех публикаций по трибологии посвящена изучению процесса трения и механизма изнашивания композиционных материалов на основе полимеров. Один лишь перечень антифрикционных самосмазывающихся материалов насчитывает тысячи композиций [138,139,71,87,98,99,74] и их число непрерывно увеличивается. Но следует сразу отметить, что не существует антифрикционного материала, способного удовлетворить всем условиям эксплуатации различных трибосопряжений.
Использование того или иного полимера в узле трения оправдано только в том случае, если технология его переработки и применения обеспечивает экономические преимущества [94,98,99]. Так, в средне- и крупносерийном производстве экономически выгодно использование материалов, переработка которых в изделия осуществляется высокопроизводительными методами литья под давлением, прессования, выдувания и экструзии [87,99,102]. В таблице 1.1 приведены сравнительные данные по основным эксплуатационным характеристикам и методам переработки наиболее распространенных антифрикционных полимерных материалов. Наименее дорогим из них является полиэтилен. Однако он уступает поликапроамиду (капрону Б) по двум важным эксплуатационным показателям - предельной рабочей температуре Тпр. и пределу прочности при сжатии s сж, определяющих работоспособность материала в узле трения. Поэтому полиэтилен не получил достаточно широкого применения в качестве антифрикционного материала. Это тем более относится к тяжело нагруженным узлам трения, к которым относятся узлы трения подвижного состава.
Машины трения для проведения лабораторных трибологических испытаний
Из-за высокой нагруженности и невысокой скорости относительного скольжения узлов трения, где планировалось использовать выбранные АСК, а также из-за того, что имеющаяся в наличии лабораторная машина трения СМТ-1 при высоких нагрузках и невысоких скоростях оказалась практически неработоспособной была проведена модернизация лабораторной машины трения СМТ-1. Модернизация заключалась в создании приставки к лабораторной машине трения СМТ-1, которая не изменяя конструкции машины трения позволила проводить трибологические испытания при высоких нагрузках (до 8000 Н) и низких скоростях относительного скольжения.
С помощью редуктора частота вращения испытываемого ролика, закрепленного на его выходном валу снижается в десять раз. Нагрузка на частичный вкладыш, изготовленный из испытываемого АСК может достигать 8000 Н и создается грузами с помощью нагружающей системы, состоящей из двух последовательно соединенных рычагов. В результате модернизации, скорости скольжения испытываемого ролика диаметром 40 мм относительно неподвижного вкладыша составляют 0,01...0,3 м/с.
Необходимость создания универсальной роликовой машины трения обусловлена тем, что вузлах трения, где планировалось использование АСК возможно присутствует как непрерывное, так и возвратно-качательное движение вала или оси.
По сравнению со стандартными испытательными машинами трения, в спроектированной машине помимо обеспечения возвратно-вращательного движения качающегося ролика, значительно увеличено усилие прижатия испытуе 80 мых образцов, а так же расширен диапазон изменения частот вращения или циклов качания испытуемого ролика. Технические данные УРМТ-5: При испытаниях по схеме «вращающийся ролик - неподвижная колодка»: диапазон изменения частоты вращения испытательного ролика от 2 до 100 об/мин. максимальный допускаемый момент трения на валу ролика 80 Н-м. диапазон изменения усилия прижатия образцов от 800 до 8000 Н. диапазон изменения диаметров роликов от 35 до 45 мм. При испытаниях по схеме «качающийся ролик - неподвижная колодка»: диапазон изменения циклов качания ролика от 0,033 до 1,67 с . диапазон изменения углов качания ролика от 2 до 60. максимальный допустимый момент трения ролика 80 Н-м. диапазон изменения усилия прижатия образцов от 800 до 8000 Н. диапазон изменения диаметров роликов от 35 до 45 мм.
Кинематическая схема четырехшарн ирного кривошипно-коромыслового механизма приведена на рисунке 3.10. Возможность изменения радиуса кривошипа, а также длины шатуна с помощью гайки-стяжки 8, позволяют менять предельные значения угла качания ролика 10 и его кинематические параметры (характер изменения угловой скорости ролика со3 и ускорения е3 при постоянной угловой скорости кривошипа oi2=const).
Кривошипно-коромысловый механизм, а также измерительная аппаратура для регистрации моментов трения качающегося ролика и текущего угла качания и его угловой скорости представлены на рисунке 3.11. a) 6)
Асинхронный балансирный двигатель с короткозамкнутым ротором (АИР 90 L6Y2) в сборе с шестерней 2, установленные на раме в самоустанавливающихся подшипниках качения, показаны на рисунке 3.9. Частота вращения электродвигателя регулируется частотным преобразователем (Mitsubishi Electric FR-E520S - 3,0 К) в диапазоне от 20 до 1000 об/мин.
При испытаниях образцов по схеме «вращающийся ролик - неподвижная колодка» радиальное нагружение ролика 4 осуществляется колодкой, шарнирно установленной в корпусе нагружающего устройства, с помощью рычага и шести сменных грузов (см. рисунок 3.10). Соотношение плеч рычага равно 1:12,7, а масса каждого груза 11 кг.
Измерения момента трения роликов, угла качания, угловых и окружных скоростей качающегося и непрерывно вращающегося ролика проводятся с помощью контроллера многоканального БИН-8, предназначенного для измерения линейных перемещений (с погрешностью до 0,1 мкм в зависимости от заданного диапазона измерений). В качестве датчиков линейных перемещений используются индуктивные преобразователи М-022А, оснащенные перепрограммируемыми постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ). Размещенные в кабельной части разъема, ПЗУ содержат калибровочную таблицу данного преобразователя: ряд значений линейных перемещений (до девяти) и соответствующий каждому значению перемещений код A2Sn (или входное напряжение A2Sn) электронного блока.
Измеренная с помощью микропроцессорного измерительного устройства БИН-8 информация считывается персональным компьютером (ПК) по каналу связи RS-232 и, при необходимости, может отображаться на дисплее с помощью специальной (специально разработанной) программы. В электронном блоке контроллера производится последовательный опрос каналов, во время которого осуществляется питание датчиков. При опросе электронный блок считывает данные (тип преобразователя, единицы измерения величин, таблицы калибровки), хранящиеся в ПЗУ преобразователя, преобразует в код электрический сигнал от преобразователя в соответствии с функцией преобразователя, а также проводит линейную интерпретацию результата преобразования в соответствии с данными калибровочной таблицы. Измерительная и регистрирующая аппаратура УРМТ-5 и ее структурно-функциональная схема представлены на рисунках 3.8 и 3.9. Однако, опрос каналов электронным блоком контроллера не обладает достаточным быстродействием при проведении испытаний по воз-вратно-качательной схеме в области верхних значений частоты качания. В связи с этим были собраны одноканальные схемы с повышенной частотой опроса для непрерывного измерения регистрируемых величин.
Измерения момента трения вращающегося ролика осуществляются с помощью специального приспособления, состоящего из корпуса, закрепленного на нагружающем рычаге (см. рисунок 3.13 б). В отверстие корпуса установлен радиальный подшипник качения 1000912 (ГОСТ 8338-75), на внутреннем кольце которого закреплен ложемент с неподвижной колодкой. В диаметрально противоположной части ложемента шарнирно установлена реактивная тяга, воздействующая под действием момента трения на плоскую пружину. Прогиб пружины, пропорциональный моменту трения, регистрируется датчиком перемещений с ходом ±0,5 мм, закрепленным на измерительной скобе корпуса.
Перед тарировкой измерительный наконечник датчика юстировочным винтом подводится к плоской пружине и производится установка датчика на «нуль». К оси, закрепленной на ложементе на плече г=26 мм, прикладываются с помощью динамометра дискретные окружные усилия, создающие крутящий моменты, регистрируемые измерительной аппаратурой с помощью датчика перемещений в соответствии с прогибами плоской пружины.
Измерения момента трения качающегося ролика осуществляется с помощью датчика перемещений с ходом ±0,5 мм, закрепленного на ступице коромысла и регистрирующего прогиб плоской пружины, размещенной между ступицей и вилкой, обеспечивающей шарнирную связь коромысла с шатуном (см. рисунок 3.11).
Методика проведения спектральных исследований
Применяемые для исследования поверхности полимерных материалов оптические методы с использованием излучений видимого, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов в настоящее время достаточно хорошо разработаны, широко используются на практике и подробно описаны в литературе [81,145].
Исследование поверхности материалов методами РЖ-спектроскопии практически во всех случаях проводится с применением методики нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) [126].
В действительности отражение не является полным, то есть свет проникает во вторую среду на глубину порядка длины волны излучения X. Если при каких-то значениях X вторая среда поглощает, то вышедший пучок будет ослаблен. Степень этого ослабления зависит от показателя поглощения исследуемой (второй) среды. Таким образом, спектр НПВО при углах 0 0Кр будет являться фактически спектром поглощения и подобен спектру, полученному на просвет. Если угол падения луча близок к критическому, то спектр НПВО напоминает скорее кривую дисперсии показателя преломления n(v).
Спектр НПВО несет информацию как о показателе поглощения x(v) исследуемого материала, так и о дисперсии показателя преломления n(v) . Однако, спектры НПВО имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать при расшифровке и проведении идентификации материалов по спектрам внутреннего отражения.
Глубина проникновения определяется как расстояние от границы раздела, на котором амплитуда электрического поля уменьшается в е раз. Она увеличивается с ростом длины волны, составляет приблизительно 0,R вблизи скользящего угла падения и тем больше, чем ближе значения показателей преломления граничащих сред. В инфракрасной области спектра диапазон длин волн составляет 3-25 мкм, поэтому можно говорить об исследовании только поверхностного слоя толщиной 0,1-1 мкм.
Для исследования слабопоглощающих материалов или очень тонких поверхностных слоев часто используют модификацию метода НІШО - метод МНПВО, т.е. многократного нарушенного полного внутреннего отражения.
Из анализа спектров МНПВО можно получить информацию о компонентном составе поверхности и распределении этих компонент по глубине образца на толщинах от долей до единиц микрометров.
Метод многократного нарушенного полного внутреннего отражения (рисунок 4.2) является одним из вариантов метода нарушенного полного внутреннего отражения. Пучок света, попадая на призму МНПВО, претерпевает от боковых поверхностей призмы ряд отражений.
При записи фоновой линии в заданном частотном диапазоне записывается спектр материала высокопреломляющей призмы таким образом, чтобы он располагался вблизи 100% линии. Для этого в рабочий канал прибора помещается приставка МНПВО-1 без исследуемого образца, то есть только с зажатой в держатель преломляющей призмой. В канал сравнения помещается ослабитель, так как светопропускание приставки МНПВО-1 с призмой из KRS-5 без образца составляет 35-38%.
Для исследования влияния модификации ПТФЭ были получены спектры МНПВО ПТФЭ в исходном состоянии, радиационно модифицированного ПТФЭ и ПТФЭ модифицированного в низкотемпературной плазме тлеющего разряда.
Радиационно модифицированные образцы ПТФЭ были получены на воздухе при температуре 27С у-лучами С„6С интенсивностью 100 р/сек. до поглощенных доз 1,5; 10; 50; 100 Мрад. Было установлено, что облучение малыми дозами (1,5 Мрад) структурных изменений не вызывает. Облучение ПТФЭ (сопровождается) вызывает деструкцию его молекул. Удалось снять спектр только с фторопласта, облученного дозой в 1,0 Мрад. Пленочные образцы ПТФЭ, облученные дозой 5,0 Мрад рассыпались. В ИК-спектре обычного ПТФЭ наблю 113 дается очень интенсивная и очень жирная полоса поглощения в области 1300-1100 см"1, которая относится к валентным колебаниям связи C-F. Кроме того, в спектре его наблюдаются 3 менее интенсивные полосы 775, 745, 715 см"1. Поглощение в области 775 см"1 относится к валентным колебаниям связи С-С во фторуглеродной цепочке, полоса поглощения 745 см"1 соответствует группам -CF2-CF3 и CF-CF3, полоса 715 см"1 характеризует наличие групп CF3 вофторуг-леродах. По интенсивности этих полос можно судить о том, в каком состоянии - кристаллическом или аморфном - находится полимер.
В большинстве случаев [127,11,61,92,50,125,34,17] адгезионная способность жестких полимеров оценивается их адгезионной прочностью. Адгезионная прочность отражает все силы, действующие на границе раздела, т.е. и силы физико-химического взаимодействия на границе раздела и силы, вызываемые механическими напряжениями на границе раздела. Совокупность этих сил существенно зависит от геометрии образца, от существующего в нем поля напряжений и характеризует не данную пару, а данное соединение этой пары. Количественная мера этих сил - величина измеряемой в опытах адгезионной прочности.
