книги / Материалы на основе ненасыщенных полиэфиров

мербетон и т. п. Арматура может быть в виде стержней и проволоки или отдельных волокон [139]. Отличитель­ ной особенностью полимербетонов и пластических зама­ зок от других композиционных материалов является большое количество наполнителя. В табл. 2.8 приведены

мальная степень наполнения. Она зависит не только от природы смолы и наполнителя, но в большей степени от дисперсности наполнителя, характеризующейся вели­ чиной удельной поверхности. Оптимальное содержание одного и того же наполнителя с повышением удельной поверхности уменьшается. Так, для композиций на осно­ ве НПЭС, наполненных тонкомолотым кварцем с удельной поверхностью 250 и 310 м2/кг, оптимальное со­ отношение наполнителя следующее: смола 2,3:1 и 1,6:1 соответственно, а прочность 105 и 120 МПа.

Эта зависимость объясняется одновременным влия­ нием двух факторов. С одной стороны, для наполнителей с большей удельной поверхностью необходимо большее количество смолы для полного смачивания поверхности частиц, а с другой стороны, увеличение удельной по­ верхности способствует возрастанию доли прочных кон­ тактных слоев полимера в общем объеме композиции.

Применение наполнителей с очень высокой дисперс­ ностью приводит к возрастанию пористости связующего

за счет воздухововлекающего действия наполнителя. Так, при увеличении удельной поверхности наполнителя от 0,1 до 10 м2/г пористость связующего возрастает в 4 раза. Вакуумирование смеси перед укладкой позволя­ ет поднять прочность полимербетона на 20—25% .

Ухудшение физико-механических свойств композиций с увеличением содержания наполнителя выше оптималь­ ного уровня связано с возрастанием вязкости системы и плохой смачиваемостью частиц наполнителя, что приво­ дит к неоднородности отвержденных продуктов. Увели­ чить оптимальную степень наполнения можно путем мо­ дифицирования поверхности наполнителя аппретами, улучшающими смачиваемость частиц наполнителя свя­ зующим. Одна из задач модифицирования — удаление воды, адсорбированной поверхностью частиц наполните­ ля. Традиционный способ модифицирования — обработ­ ка их ПАВ, которые, адсорбируясь на поверхности час­ тиц, изменяют гидрофильно-гидрофобные свойства последних. Это позволяет не только улучшить смачивае­ мость наполнителя, но и снизить внутренние напряжения [140]. Модифицирование поверхности частиц, как пра­ вило, производится при совместном измельчении напол­ нителя и модификатора, ультразвуковой обработке их смеси и с помощью других методов.

Хорошие результаты дает обработка поверхности минеральных наполнителей хлоридами металлов, таки­ ми, как СгС1з-6НгО, А1С13, ТЮЦ. Они не только прочно закрепляются на поверхности, способствуя гидрофобизации, но и обладают сродством к полярным группам полиэфирного связующего. Лучшими аппретами для полиэфирной композиции являются силаны, применяе­ мые в производстве стеклопластиков [51, 123— 127].

Для улучшения служебных характеристик полимер­ бетонов на основе ненасыщенных полиэфирных смол в состав композиций вводят различные функциональные ингредиенты. Так, для повышения стойкости полимер­ бетона к раствору едкого натра в состав композиции дополнительно вводят дисперсную медь (1—2% ) и алю­ миний (1,5—2,5%) [141]. После 2 мес выдерживания образцов в 10%-ном растворе ИаОН прочность при сжа­ тии (на образцах в виде призмы) снижается с '83 до

66МПа.

Сцелью повышения стойкости в 50- и 70%-ных раст­ ворах серной кислоты и уменьшения усадочных дефор­

Ненасыщенные полиэфирные смолы широко приме­ няются в качестве защитно-декоративных покрытий. Полиэфирные лаки на основе НПЭС имеют высокое со­ держание растворенного вещества (от 50 до 94% ), что позволяет за один прием получать пленки толщиной до 200—400 мкм. Отечественной промышленностью выпус­ каются лаки ПЭ-220, ПЭ-219Н, ПЭ-214, ПЭ-265, ПЭ-247,

смолы, полученной поликонденсацией октифенола с фор­ малином в присутствии кислотного катализатора, позво­ ляет улучшить технологические свойства шпатлевки, покрытие высыхает через 20 мин и забивания наждач­ ной бумаги не происходит [155].

2.8. ИЗНОСОСТОЙКИЕ И АНТИФРИКЦИОННЫЕМАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ НПЭС

Известно, что основной причиной сокращения экс­ плуатационного ресурса машин и механизмов является недостаточно высокая износостойкость материалов, из которых изготовлены детали узлов трения. Установле­ но, что по этой причине более 50% машин преждевре­ менно выходит из строя [156]. В технически развитых странах затраты на ремонт и межремонтное обслужива­

ние в узлах трения полимерных материалов, в основном композиционных [158, 161], которые отличаются высо­ кими физико-механическими и триботехническими свой­ ствами, обеспечивающими возможность эксплуатации узлов трения в различных условиях: в широком интер­ вале температур, химически активных средах, в ваку­ уме, при воздействии абразивных сред, отсутствии или ограничении смазки и т. п.

В качестве функциональных добавок, улучшающих износостойкость и снижающих коэффициент трения, в термореактивные смолы вводят графит, дисульфид мо­ либдена, фторопласт-4, порошки металлов и окислов, образующие на поверхности трения пленку переноса.

Все большее распространение в машиностроении по»

пример перекись метилэтилкетона, и дополнительно ее гомогенизируют в течение 4—5 мин. Подготовленную та­ ким образом композицию дегазируют в вакууме и раз­ ливают в формы, предварительно смазанные антиадгезпонной смазкой, в качестве которой можно использо­ вать 20%-ный раствор церезина (парафина или воска) в смеси бензина «галоша» и скипидара или уайт-спири­ та, взятых в соотношении 2 : 1. В качестве разделитель­ ного слоя можно использовать мастики для натирки по­ лов.

Изделие получают методом прямого или литьевого прессования, так как композиции обладают высокой текучестью. Используя композицию, можно изготавли­ вать армированные изделия путем пропитки полиамид­ ных, хлопчатобумажных, стеклянных и других тканей, что позволяет получать особо прочные конструкции при сохранении высоких антифрикционных свойств. Изделия антифрикционного назначения, имеющие форму тел вра­ щения, особенно крупногабаритные, целесообразно из­ готавливать методом центробежного литья при скорости вращения формы 120—400 мин-1. Скорость вращения формы п вокруг горизонтальной оси определяется по выражению

где V — оптимальная окружная скорость вращения формы, м/мин (для ненаполненных НПЭС 125— 200 м/мин, а для наполненных волокнистым наполни­ телем 1500 м/мин); И — внутренний диаметр изделия,м.

Для ускорения процесса формирования изделий фор­ му рекомендуется подогреть до 40—80 °С, для чего мож­ но использовать горячую воду или термошкаф. Время отверждения композиционных материалов можно изме­ нять в широких пределах. В процессе отверждения вы­ деляется тепло, что следует учитывать при изготовлении крупногабаритных изделий во избежание их коробления и растрескивания. Одним из главных достоинств поли­ эфирных связующих по сравнению с материалами ана­ логичного типа является возможность регулирования времени нахождения в частично сшитом (резиноподоб­ ном) состоянии. Композиционный материал, находящий­ ся в резиноподобном состоянии, может быть легко транс­ формирован в изделия сложной конфигурации без

Т а б л и ц а 2.9. Свойства композиционных материалов антифрикционного назначения, изготовленных

на основе полиэфирных смол

статочная длительность резиноподобного состояния — от десятков минут до нескольких часов — позволяет фор­ мировать крупногабаритные изделия с большой массой. Используя этот эффект, можно формировать многослой­ ные изделия, каждый слой которых обладает специфиче­ скими свойствами (теплопроводными, антифрикционны­ ми, армирующими и т. д .). Особый интерес это качество разработанных композиций приобретает при изготовле­ нии крупногабаритных подшипников скольжения.

Разработаны технологическая оснастка и техноло­ гический регламент, позволяющие применять компози­ ционные материалы на основе ненасыщенных полиэфир­ ных смол при ремонте и восстановлении техники в поле­ вых условиях. Некоторые эксплуатационные свойства антифрикционных композитов на основе ненасыщенных полиэфирных смол приведены в табл. 2.9.

Фрикционные характеристики НПЭС и композицион­ ных материалов на их основе определялись на модифи­ цированных машинах трения СМТ, МИ-1М, УМТ, позво­

БССР. Сущность метода состоит в том, что образец ис­ следуемого материала в виде частичного вкладыша (он

скую поверхность вращающегося с заданной скоростью металлического ролика и, ступенчато изменяя нормаль­ ную нагрузку на образец и частоту вращения ролика,

определяют совокупность комбинаций скоростей и на­ грузок, при которых достигается предельный режим ра­ боты пары трения и изнашивания исследуемого материа­ ла (25 мкм за 100 ч работы). После математической об­ работки результатов серий испытаний строится кривая предельного Р У в логарифмических координатах Р — V. Далее на новых образцах определяется совокупность скоростей и нагрузок, соответствующих интенсивности износа 25 мкм за 100 ч работы.

Коэффициент трения для каждого режима испытаний вычисляется по формуле

е _ Мтр

Перед каждым испытанием поверхность трения обез­ жиривается ацетоном. Массовый износ образцов опре­ деляется на аналитических весах с точностью до 10-5 г на базе 50 км пути трения. Интенсивность изнашивания определяется по формуле

где ДО — массовый износ, мг; р — плотность материала,

критерию [Р У ]^ 1 МПа-м/с при трении по стали без смазки, [Р К ]^ 1 0 МПа-м/с при трении со смазкой, а

немодифицированных НПЭС и композитов на их основе показали нелинейную зависимость от нагрузки и ско­ рости скольжения. С увеличением нагрузки и скорости скольжения коэффициент трения возрастает.

В работе [164] отмечается, что у ненасыщенных по­ лиэфирных смол коэффициент трения растет по мере увеличения температуры, при этом, когда он достигает максимума (/= 0 ,8 ), температурного максимума не на-

блюдается. Максимальное значение коэффициента тре­ ния НПЭС отмечено при температуре около 70 °С, совпа­ дающей с температурой стеклования. При скорости скольжения 10 см/с и Р = 0 ,4 МПа температура в зоне трения возрастает до 50 °С, а при скорости 25 и 35 см/с — до 110°С. Применяемые антифрикционные наполнители графит, дисульфид молибдена и фторопласт Ф-4 не ока­ зывают влияния на процесс структурирования смолы.

Для композиций на основе НПЭС характерны повы­ шенный износ и высокий коэффициент трения. Это объ­ ясняется сильным адгезионным взаимодействием по­ верхностных слоев контактирующих материалов, приво­ дящим к повышению температуры в зоне трения и схватыванию, сопровождающемуся увеличением коэф­ фициента трения. Введение в состав связующих сухих смазок типа графита, дисульфида молибдена, Ф-4 в ко­ личестве 10—30 мас.% не обеспечивает значительного улучшения фрикционных характеристик. Очевидно, ис­ следованные компоненты не обеспечивают сплошной смазочной пленки на поверхности трения, поэтому эф­ фективность их невелика. При повышении процентного содержания сухих смазок в композиции резко снижа­ ются физико-механические показатели материала и тех­ нологические характеристики — текучесть, формуемость. Только при введении в состав композиции дисперсного полиэтилена типа ПЭНД достигается значительное сни­ жение коэффициента трения вследствие образования в зоне трения пленки расплава, преимущественно из по­ лиолефина.

Таким образом, показано, что на основе НПЭС воз­ можно создание антифрикционных материалов, способ­ ных работать при отсутствии или ограничении внешней

для сравнения износостойкость других материалов, опре­