Фторопласты

Создание и совершенствование антифрикционных материалов для экстремальных условий

Использование подшипников скольжения, не требующих смаз­ки, позволяет отказаться от применения сложных узлов трения, что существенно упрощает конструкцию машин и оборудования и повышает их надёжность.

В эволюции подшипников скольжения, способных работать без смазки, выделяют три главных этапа.

Первый этап - разработка и совершенствование самосмазываю- щихся материалов. Появились углеграфитовые материалы и поли­меры с наполнителями [1]. Антифрикционные свойства фторопла­ста - политетрафторэтилена (ПТФЭ) - и его химическая стойкость стимулировали разработку композиционных материалов. Свойства антифрикционных композиций улучшают применением в качестве наполнителей таких твердых смазок со сложной структурой, как дисульфид молибдена, графит, нитрит бора, пористый свинец и т. п.

На втором этапе относительно мягкий антифрикционный слой наносили на твердую конструкционную основу. Прочностные свойства тонких плёнок, нанесённых на твердую основу, и их износостойкость повышаются с уменьшением толщины плёнки. Однако при этом уменьшается и величина допустимого линейного износа подшипника, что ограничивает его долговечность.

Это противоречие устранено на третьем этапе созданием мате­риалов со структурами, в которых расходуемая антифрикционная плёнка постоянно пополняется и обновляется поступающим в зону трения самосмазывающимся материалом, содержащемся в порах каркаса, образованного спеканием металлических порошков.

Самосмазывающиеся материалы и подшипники скольжения из них подразделяют на монолитные и комбинированные. Монолит­ные антифрикционные материалы имеют однородный (простой или композиционный) по всем направлениям состав в зависимости от того, образован он одним материалом или материалом со специ­альными наполнителями. Комбинированные материалы (например, для подшипников) состоят из отдельных слоёв различной структу­ры с разными свойствами. Монолитные материалы простого соста­ва редко применяют для подшипников. Чаще монолитные подшип­ники изготовляют из композиционных материалов. Наибольшее распространение получили композиционные материалы на основе эпоксидных и фенолоформальдегидных смол, полиамидов, угле - графитов и фторопластов.

На основе эпоксидных смол созданы такие материалы как мас- лянит, состоящий из эпоксидной смолы, алюминиевой пудры, полиэтилена, полиамида, ксилола и минерального масла, и эпокси­лит, состоящий из эпоксидной смолы, бронзовой стружки, дере­вянных опилок и графита. Для работы при сухом трении исполь­зуют такие полиамиды, как поликапролактам, нейлон, смолы П-68 и АК-7, наполненные твердыми смазками.

Повышение прочности углеграфитовых материалов достигнуто пропиткой их полимерами и металлами.

Постоянно увеличивается количество композиционных анти­фрикционных и уплотнительных материалов на основе полимеров, в состав которых для снижения коэффициента трения вводят ПТФЭ. Оптимальное содержание ПТФЭ составляет 20 % для кри­сталлических и 15 % для аморфных материалов.

Армирование полимерных материалов металлами позволяет создать композиционные металлополимерные материалы, в кото­рых суммируются положительные свойства пластмасс и металлов. Металлополимерные материалы, в зависимости от вида металличе­ских компонентов делят на:

А) наполненные полимерные материалы, в которые введены ме­таллические порошки и другие порошкообразные наполнители;

Б) материалы с металлическим пористым каркасом (без арми­рующей подложки);

В) материалы с металлическим пористым каркасом на стальной подложке и пропитанным полимерами, ленточные материалы.

Самой распространенной полимерной основой металлополи­мерных композиций является ПТФЭ и его сополимеры (фторопла­сты разных марок). Без наполнителей эти полимеры имеют высо­

Кую химическую стойкость и низкий коэффициент трения, но легко изнашиваются и обладают ползучестью под нагрузкой. Введение в ПТФЭ наполнителей даёт возможность рационально использовать его положительные свойства и значительно повысить износостой­кость (в сотни и тысячи раз), улучшить другие важные для анти­фрикционных и уплотнительных материалов физико-механические свойства [3].