Сборник научных трудов конференции якутск 2015
РАЗРАБОТКА ИЗНОСОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПТФЭ И
жүктеу/скачать 13,27 Mb. Pdf көрінісі
|
| РАЗРАБОТКА ИЗНОСОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПТФЭ И
УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН ПРИГОДНЫХ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ РОССИИ Аргунова А.Г. P 1,2 P , Петухова Е.С. P 1 P 1 P Институт проблем нефти и газа СО РАН P 2 P Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова В работе используются углеродные волокна различной структуры, в том числе наномодифицированные для упрочнения и повышения износостойкости материалов на основе ПТФЭ. Показано, что введение 3-5 мас.% углеволокон приводит к повышению прочности, при этом износостойкость увеличивается в 150- 200 раз. Ключевые слова: политетрафторэтилен, углеродное волокно, прочность, износостойкость, наномодификация, нанокомпозит. 30 Abstract . Еhe carbon fibers of various structure including nanomodified are used in this work for increase of strength and wear resistance of PTFE materials. It is shown that introduction of 3-5 mas.% carbon fibers leads to increase of strength, thus wear resistance increases by 150-200 times. Key words: polytetrafluoroethylene, carbon fiber, strength, wear resistance, nanomodofocation, nanocomposite. Особенности природно-климатических условий Арктики и северных регионов страны предъявляет высокие требования ко всем эксплуатируемым здесь механизмам. Наиболее тяжелые аварии, связанные с большими материальными потерями, происходят при разрушении ответственных деталей и узлов машин. Потери от ремонта могут быть сокращены путем применения современных материалов антифрикционного назначения. В узлах трения таких машин должны применяться материалы с высокими значениями эксплуатационных характеристик, в том числе полимерные[2-3]. В связи с этим целью данной работы являлась разработка антифрикционных материалов на основе политеторфторэтилена (ПТФЭ) с повышенными прочностными и триботехническими характеристиками. В качестве полимерной матрицы использован политетрафторэтилен (ГОСТ 10007-80), как один из самых морозостойких материалов с рекордно низким коэффициентом трения. В качестве наполнителей ПТФЭ были использованы измельченное углеродное волокно, полученное на основе гидратцеллюлозных волокон «УВИС-АК-П», волокно углеродное немодифицированное, на основе полиакрилонитрильного волокна «УКН», углеродное наномодифицированное волокно на основе ПАН «УКН-82 БР». Углеродное волокно было получено в Институте катализа им. Борескова (г.Новосибирск). Модификацию поверхности рубленных волокон УКН проводили каталитическим наращиванием на их поверхности. В результате разложения углеводородов на поверхности частиц никеля происходило образование углеродных нановолокон. Исходный материал представляет собой пучок волокон диаметром 5-7 мкм. После зауглероживания в этилене поверхность преобладающей 31 части углеволокон покрывается «шубой» из углеродных нановолокон, диаметр которых варьируется 20-150 нм [1]. За счет развитой удельной поверхности и наличия прочной связи микроволокно-нановолокно дисперсно-армирующей наполнитель может выполнять функцию упрочняющего элемента полимерного композита. Результаты исследования деформационно-прочностных свойств при растяжении представлены на рис.1. Показано, что деформационно-прочностные свойства композитов, содержащих измельченное волокно УВИС-АК-П уменьшаются, а введение наполнителей УКН и УКН 82БР в ПТФЭ привело к улучшению прочностных свойств композитов с экстремумом при содержании 3 мас.% волокна. Это связано с армирующим действием волокон. При сравнении композитов с исходным ПТФЭ выявлено увеличение прочности и модуля упругости на 25%. Рис.1. Зависимость предела прочности при растяжении ( δ R р R , слева) и модуля упругости ( Е , справа) от концентрации углеродного наполнителя ( С ). Показано, что наномодифицирование УВ не оказывает значительного влияния на комплекс эксплуатационных характеристик материала. Характер деформационных кривых (рис.2 а) композитов на основе УКН позволяет заключить, что на каждом из участков диаграммы величина деформации определяется суммой упругой, вязкой и пластичной компонент. Однако, при деформации композитов на основе наномодифицированных волокон (рис. 2 б) на 32 кривых «напряжение-деформация» зарегистрировано образование шейки, что говорит о нехрупком (вынужденно-эластическом) характере разрушения материала, что не свойственно для материалов на основе ПТФЭ. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что воздействие наномодифицированных волокон приводит к существенному изменению морфологии полимера. Если для композитов на основе простых волокон характерна легкость сдвиговой деформации кристаллических ламелей, то после наномодифицирования развитие пространственно-однородного скольжения оказывается затрудненным. Причиной этого может быть либо значительное повышение дефектности кристаллических ламелей при общем снижении степени кристалличности, в результате чего возникают препятствия для вытягивания фибрилл в направлении действующей силы, либо наномодифицирование приводит к изменению самой морфологии, для которой гомогенный сдвиг затруднен. Известно, что подобные материалы обладают повышенными значениями модуля упругости, вязкости и сниженной ползучестью. Следовательно, срок эксплуатации таких композитов будет гораздо длиннее. Рис. 2. Кривые напряжение-деформация композитов на основе углеродных волокон: а) ПТФЭ+УКН; б) ПТФЭ+УКН82-БР В табл. 2 представлены результаты трибологических исследований. Установлено, что при введении УВ скорость массового изнашивания уменьшается в 150-200 раз по сравнению с ненаполненным ПТФЭ. Зарегистрировано 33 уменьшение коэффициента трения композитов, что может быть обусловлено ориентационными эффектами на поверхности трения. Таблица 2 Трибологические характеристики композитов на основе ПТФЭ и углеродных волокон жүктеу/скачать 13,27 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|