ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНИКИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ В

418 
деталей в оборудовании, предназначенном для использования в регионах 
Арктики.
Ключевые слова: полимерные нанокомпозиты, ПТФЭ, СВМПЭ, 
нанокерамики, силикаты, прочность, износостойкость, надмолекулярная 
структура 
Deficiencies in wear and frost resistance as well as mechanical strength 
constitute the main causes of equipment failure under the harsh climatic
conditions of the Arctic regions. To improve the properties of the materials used 
in extreme northern conditions were designed nanocomposites based on 
polytetrafluoroethylene (PTFE) and UHMW polyethylene (UHMWPE) modified by 
nanoceramics and natural silicates. Polymer nanocomposites with improved 
mechanical and tribological properties are promising materials to replace metal parts 
in equipment intended for use in the Arctic regions. 
Keywords: Polymer nanocomposites, PTFE, UHMWPE, 
12T
nanoceramics
12T
, 
silicates, strength, wear resistance, supramolecular structure 
В дискуссиях середины 90-х годов по концепции устойчивого развития 
цивилизации отмечались следующие противоречия развития общества [1]: 
-неспособность природной среды в полной мере удовлетворять растущие 
потребности общества; 
- чрезмерная эксплуатация природных ресурсов на фоне ограниченных 
возможностей для их восстановления; 
- обострение дилеммы научно-технического прогресса: с одной стороны, 
высокие темпы развития техносферы, а с другой – возникновение и нарастание 
потенциальных и реальных угроз человеку, обществу, среде обитания со 
стороны объектов техносферы. 
Отмеченные противоречия во взаимодействиях элементов системы 
«природная среда – техносфера - общество» привели к росту числа 
чрезвычайных ситуаций (ЧС) природно-техногенного и техногенного 
характера. В числе основных причин ЧС следует отметить: 

419 
1) недопустимо высокий уровень износа основных фондов, ресурсов и 
оборудования (до 50-80% на транспорте); 
2) низкий уровень инвестиций и, как следствие, невозможность 
реконструкции и обновления основных фондов (ежегодно менее 1-5 %);
3) недостаточная нормативно-правовая база в области природно–
техногенной безопасности на федеральном и региональном уровнях. 
В настоящее время проблема безопасности различных направлений 
деятельности человека отражена в ряде законодательных актов федерального 
уровня. К одному из таких направлений относится безопасность транспорта, 
как составная часть национальной безопасности.
По данным статистки Российской транспортной инспекции в 2012 г.
было зафиксировано 11755 нарушений экологических требований. По самым 
осторожным оценкам ежегодный экологический ущерб, связанный с 
функционированием транспорта, составляет около 3,5 млрд. долларов США.
Кроме того, в крупных городах и некоторых регионах России 
экологические проблемы уже сейчас приобрели настолько острый характер, что 
вынуждают власти уделять им первостепенное внимание. Это определяет 
возможность регионального подхода, при котором задача обеспечения 
устойчивости и экологической безопасности транспорта на первом этапе будет 
решаться не на федеральном, а на региональном уровне (в пределах 
полномочий субъектов РФ). В работе [2] рассмотрены конкретные меры и 
механизмы транспортной политики, на которые должны опираться органы 
власти при разработке и реализации соответствующих программ и решений. В 
качестве таких мер приведены механизмы экономической политики, связанные 
с налогообложением, имеющие целью реализовать принцип «загрязнитель – 
платит», нормативно-правовые базы, обновление парка автомобилей, 
инфраструктура 
транспорта и 
дорожного движения, регулирование 
топливопотребления, 
совершенствование 
эксплуатации 
автомобилей, 
осуществление решений и мер технического, технологического и 
организационного характера с целью повышения безопасности. 

420 
Кроме экологической безопасности одной из основных проблем 
безопасности автомобильного транспорта является обеспечение перевозки 
пассажиров и грузов с минимально возможными материальными, 
энергетическими затратами без допустимого изменения их состояния, 
состояния технических средств транспортной системы и населения. Под 
недопустимым изменением состояния следует понимать нанесение ущерба 
здоровью участников движения, а также повреждение или уничтожение 
технических средств (ТС) посредством факторов, вызывающих те или иные 
аварийные ситуации. К ним относятся: неблагоприятные воздействия 
окружающей среды; выход из строя ТС и вспомогательных средств 
обеспечения транспортировки; неудовлетворительные динамические свойства 
ТС [3]. 
Современный уровень техники свидетельствует о возможности 
использования следующих стратегий обеспечения безопасности транспортного 
комплекса: стратегии безотказности; стратегии отказа устойчивости; стратегии 
безопасного поведения при отказе. При этом необходимо иметь в виду, что 
характеристики надежности определяют конструктивную безопасность только 
в период нормального функционирования транспортного средства, в то время 
как характеристики живучести определяют безопасность в аварийных 
ситуациях [3]. 
В Республике Саха (Якутия) роль автомобильного транспорта 
чрезвычайно велика в силу необходимости организации завоза топлива, 
продуктов и товаров первой необходимости в труднодоступные арктические и 
другие районы. В настоящее время автомобильный транспорт выполняет около 
70 % объемов перевозок грузов и пассажиров, являясь, по сути, «главным 
перевозчиком» Республики. Если взять во внимание то, что правительство 
начинает реализацию больших инвестиционных проектов по развитию 
промышленности Якутии, освоению новых месторождений полезных 
ископаемых по всей территории, то доля нагрузки на автотранспорт будет 
только возрастать. В ближайшие 10-15 лет делать ставку на какой–либо другой 

421 
способ транспортировки хозяйственных товаров в таких объемах в наших 
суровых широтах не приходится [4].
Развитие базовых отраслей промышленности (горнодобывающей, 
нефтяной и газовой), реализуемой в РС(Я) напрямую связано с обеспечением 
безопасности транспортных средств. Развитие стратегии безопасности 
транспортных средств – это, в первую очередь, создание и внедрение новых 
материалов с высоким уровнем эксплуатационных характеристик, способных 
обеспечить надежность и безотказность ТС, а также развитие инновационных 
технологий, позволяющих создавать такие материалы.
Климатические условия определяют ряд специальных требований, 
предъявляемых к конструкционным и эксплуатационным материалам, 
используемым в автотехнике. Для техники, эксплуатируемой в условиях 
холодного климата, температурный диапазон окружающего воздуха, в котором 
технические свойства материалов, конструкций и агрегатов должны 
обеспечивать необходимые показатели надежности и долговечности, обычно 
принимается от минус 60 до плюс 35 °C. Необходимо отметить, что, если для 
металлических материалов и конструкций сравнительно большее влияние 
имеют абсолютные показатели климата (величина температур или их 
перепадов), то для полимеров, композитов и эластомеров, кроме того, важна 
продолжительность воздействия. Грубо говоря, для металлов климат влияет в 
большей степени на работоспособность, а для неметаллов - еще и на 
долговечность. Основным объяснением этого положения является ярко 
выраженное изменение структуры неметаллов при воздействии климатических 
факторов, наблюдаемое как на поверхности, так и в объеме материала [5].
Решению вопросов обеспечения надежности техники в северных 
условиях посвящено достаточно много научных публикаций [5]. В них 
подробно исследуются и рекомендуются пути повышения технических 
параметров металлических и полимерных материалов, их соединений, 
конструкций, двигателей и т.д. Однако проблемы создания морозостойких 
уплотнительных деталей специально в них не рассматриваются, несмотря на то, 

422 
что они во многом лимитируют работоспособность и долговечность 
практически всех управляющих, питающих и силовых устройств современных 
машин, включая системы подачи топлива, гидравлического привода и смазки 
узлов трения. Существуют два направления решения проблемы обеспечения 
надежности и безопасности узлов трения техники, эксплуатируемой в РС(Я): 
1) повышение морозостойкости применяемых в настоящее время 
уплотнительных материалов на основе эластомеров. 
2) создание новых материалов, характеризуемых высокими морозо-, 
износо-, агрессивостойкостью, в том числе адаптивными к условиям 
эксплуатации свойствами, на основе промышленных полимеров. 
Перспективным направлением создания полимерных композиционных 
материалов (ПКМ) триботехнического назначения является модификация 
промышленных полимеров. Для ее реализации практически не требуется 
создания дополнительного технологического оборудования и принципиальных 
изменений в технологии. Ярким примером этого подхода является 
модификация политетрафторэтилена (ПТФЭ) коксом (такой композит 
выпускается промышленностью под маркой Ф4К20). По сравнению с исходным 
полимером он обладает повышенной в 100-1000 раз износостойкостью и узлы 
трения - подшипники скольжения, изготовленные из него, имеют значительно 
больший ресурс.
Согласно данным, приведённым в [6], при разработке новых материалов 
использование приема модифицирования полимеров составляет 74 %, а 
применение различных добавок в качестве модификаторов – 38 % от общего 
объёма проводимых исследований, на которые тратится ежегодно 15,4 млрд. 
долларов США.
Перспективным направлением этой технологии является использование 
нетрадиционных 
модификаторов: 
газообразных, 
жидких, 
жидкокристаллических, 
твердых 
наносоединений, 
обеспечивающих 
уникальные сочетания в ПКМ электрических, магнитных, тепловых, 

423 
механических и других свойств, которые невозможно реализовать в обычных 
наполненных полимерах [7]. 
Исследования по разработке и совершенствованию полимерных 
антифрикционных материалов развиваются по следующим основным 
направлениям: оптимизация химического состава полимерных композиций; 
улучшение механических показателей материалов (коэффициент трения, 
износостойкость, прочность и т. д.); изучение механизмов изнашивания 
полимерных материалов и поиск методов их регулирования; разработка новых 
технологий переработки ПКМ; поиск путей оптимального использования 
антифрикционных полимерных материалов. 
На основании результатов экспериментальных исследований и их 
теоретического обобщения развиты представления о физико-химических 
процессах формирования нанокомпозитов, включающие новые закономерности 
влияния поляризационного заряда, фазового состава, электронодонорных 
свойств нанонаполнителей на структуру и служебные характеристики 
композитов [8-9]. Показано, что НК изменяют механизм кристаллизации 
полимеров благодаря наличию на частицах поляризационного заряда, в поле 
которого происходит поляризация и структурирование связующего. Кинетика 
кристаллизации и преобразование надмолекулярной структуры обусловлены 
формированием межфазных слоев на границе полимер-НК [10]. В отличие от 
известных материалов, содержащих традиционные наполнители типа кокса и 
дисульфида молибдена, структура ПКМ с НК характеризуется как более 
совершенная, мелкосферолитная, с высокой плотностью упаковки структурных 
элементов (рис.1). 

жүктеу/скачать 13,27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: