Фторопласты

Влияние соотношений размеров частиц порошков компонентов на трение и износ наполненных фторопластов

Степень влияния размеров частиц на коэффициент трения зави­сит от содержания наполнителя, структуры, предопределяемой со­отношением размеров частиц компонентов, режимов и продолжи­тельности трения.

Зависимости коэффициентов трения наполненных бронзой фто­ропластов при скорости и = 2 м/с и давлении в контакте рк = 1 МПа на пути 20 км приведены на рис. 4.42 и показывают, что изменение размеров частиц бронзы в большей степени влияет на коэффициент трения материалов на основе фторопласта с размерами частиц йф = = 30^160 мкм (зависимости 1-3).

Увеличение размеров частиц наполнителя до 60-70 мкм при его содержаниях 10; 15; 20 % ведет к снижению значений коэффициен­тов трения таких материалов. Наибольшее снижение их наблюда­ется у материалов, содержащих 15 % наполнителя.

При трении со скоростью в контакте 1 м/с и удельным давлени­ем 1 МПа коэффициенты трения материалов уменьшаются по мере увеличения размеров частиц бронзы и принимают наименьшие значения при размерах частиц 150-180 мкм в зависимости от коли­чества наполнителя. С увеличением количества наполнителя при всех режимах коэффициенты трения увеличиваются.

Коэффициенты трения материалов на основе фторопласта с раз­мерами частиц dф = 1^15 мкм увеличиваются с увеличением разме­ров частиц бронзы до 90^150 мкм (зависимости 4, 5, 6). Наимень­шие значения коэффициентов трения принадлежат материалам, содержащим 15^20 % бронзы с размерами частиц 1^10 мкм. Ха­рактер изменения коэффициентов трения этих материалов одина­ков при указанных выше режимах трения.

Изменение износостойкости в зависимости от размеров частиц наполнителя в большей степени выражено для материалов на осно­ве фторопласта с размерами частиц ёф = 30^160 мкм при 10^15 % наполнителя (рис. 4.43, зависимости 1 и 2).

Интенсивности изнашивания материалов на основе фторопласта с размерами частиц 1^15 мкм изменяются в небольших пределах при изменении размеров частиц наполнителя (зависимости 4, 5, 6). Наименьшей средней интенсивностью изнашивания (1,8-10" ) на пути трения равном 20 км обладают материалы на основе фторо­пласта с размерами частиц 1^15 мкм, наполненные 15 % бронзы с размерами частиц 75^100 мкм (зависимость 5). Интенсивность из­нашивания 2,8-10"9 (зависимость 2) получена для материалов на ос­нове фторопласта с размерами частиц 30^160 мкм, наполненные бронзой с размерами частиц 45^120 мкм. Наибольшей интенсивно­стью изнашивания обладают материалы на этой же основе, содер­жащие 10 и 20 % бронзы (зависимости 1 и 3).

Для выбора значений размеров частиц и количества наполнителя (бронзы) в горячепрессованных наполненных фторопластах, фикси­руемых в центре плана многофакторного эксперимента, проведены длительные испытания образцов материалов, содержащих 5, 15 и 20 % бронзы с размерами частиц 1-10; 160-180; и 40-63 мкм.

На рис. 4.44 приведены зависимости средних значений коэффи­циентов трения выборочных композиций от пути трения при ско­рости 2 м/с и удельном давлении 1 МПа. Композиция, содержащая 5 % бронзы, имела низкую износостойкость (интенсивность изна­шивания 36-10- ) и на графиках не приведена. В процессе испыта­ний коэффициенты трения всех материалов стабилизировались на пути трения, равном 5-10 км. Однако после 29 км трения для боль­шинства материалов наблюдалось изменение коэффициента трения в сторону увеличения или уменьшения.

0 100 200 300 400 500 600

Путь трения, км

Рис. 4.44. Зависимость коэффициента трения от пути трения при скорости и = 2 м/с и давлении в контакте рк = 1 МПа: при dф = 30-160 мкм и количестве бронзы (%):

1 - 15; 2 - 20 ^ = 1-10 мкм); 3 - 15; 4 - 20 ^ = 160-180 мкм);

5 - при dф = 1-15 мкм и количестве бронзы 15 % ^ = 40-63 мкм)

Значительно снижаются значения коэффициентов трения мате­риалов на основе фторопласта с размерами частиц йф = 30-160 мкм, наполненного бронзой с размерами частиц 1-10 мкм (зависимости 1 и 2). Стабильный на всем пути трения и небольшой по значению коэффициент трения имеет материал на основе фторопласта с раз­мерами частиц 1-15 мкм, наполненный бронзой с размерами час­тиц 40-63 мкм (зависимость 5). Увеличение размеров частиц до 160-180 мкм ведет к увеличению коэффициента трения до 0,2-0,28 (зависимости 3 и 4). На участке трения до 20 км эти материалы имели относительно низкие значения коэффициентов.

Аналогичные изменения наблюдаются и с интенсивностью из­нашивания (рис. 4.45). Снижается интенсивность изнашивания ма­териалов наполненных бронзой с размерами частиц 1-10 мкм (за­висимости 1 и 2) и, наоборот, у материалов, наполненных бронзой с размерами частиц 160-180 мкм, интенсивность изнашивания уве­личивается с 0,35-1,14-10~9 до 0,8-1,8-109.

Наименьшее среднее значение интенсивности изнашивания (0,055-10"9) получено при трении образцов материалов на основе фторопласта с размерами частиц 1-15 мкм, наполненного 15 % бронзы с размерами частиц порошка 40-63 мкм (зависимость 5).

Аналогичные зависимости коэффициентов трения и интенсив­ностей изнашивания получены при длительных испытаниях по торцовой схеме трения (коэффициент перекрытия Кп = 1) со скоро­стью и = 1м/с и с давлением в контакте рк = 1 МПа.

Изменение коэффициентов трения и интенсивностей изнашива­ния связаны с процессом формирования защитных пленок на по­верхностях контртел и образцов, их свойствами, температурами в контакте. При трении материалов, наполненных бронзой с разме­рами частиц порошков 1-10 мкм и 40-63 мкм на контактных по­верхностях формируется желтовато-зеленая пленка, достигает 360 К. При трении материалов, наполненных бронзой с размерами частиц порошков 160-180 мкм, температура в контакте поднимается до 390 К, пленка имеет темный с фиолетовым оттенком цвет, не - сплошности на поверхностях образцов, макротрещины и вспучива­ния.

Как указывалось выше, защитные пленки при трении формиру­ются в результате взаимодействия продуктов термо - и механодест­рукций входящих в материалы компонентов и их адгезии к поверх­ностям трения. Свойства пленок, формируемых на поверхностях трения, предопределяются соотношением продуктов деструкции, температурой, давлением в контакте и другими факторами процес­са трения. При трении материалов, с размерами частиц порошков наполнителя до определенных величин частицы, при их большом количестве на поверхности трения диспергируются с равномерно распределенным по всей поверхности выделением тепла. При уве­личении размеров частиц температура в контакте трения локализу­ется на увеличенных контактах частиц, что вызывает инициирова­ние термодеструкции фторопласта в этих «горячих» точках и появление дефектов пленки при тех же режимах трения.

На первом этапе трения контактирование осуществляется по шероховатостям поверхностей порошков бронзы, процесс трения стабилизируется с установлением стационарного температурного режима. На втором этапе контактирование осуществляется по при­работанным увеличенным площадкам частиц, стабилизируется формирование защитных пленок и процесс трения в целом на но­вом уровне. Это приводит к снижению коэффициентов трения и интенсивностей изнашивания или их увеличению, в зависимости от размеров частиц порошков наполнителей, взаимодействующих при диспергировании с продуктами термо - и механодеструкции фторо­пласта.

Для оптимизации факторов, влияющих на свойства наполнен­ных бронзой фторопластов, количество наполнителя для центра плана эксперимента целесообразно принять 15 %. Влияние разме­ров частиц на свойства материалов в многофакторном процессе следует исследовать в интервале их значений 1 — 90 мкм.