Д.т.н. Ситар В.І., ас. Лободенко А.В., магістр Кудинцев М.В.

Державний вищий навчальний заклад “Український державний хіміко-технологічний університет”

Промислове застосування термооброблених полімерних композитів на основі фенілону

Інтенсивний розвиток різних галузей техніки вимагає розробки конструкційних матеріалів на основі полімерів, що мають високі значення міцності й антифрикційних властивостей у широкому інтервалі температур замість дорогих кольорових металів і сплавів [1].

Особливий інтерес являє застосування термостійких ароматичних поліамідів у якості полімерної основи для конструкційних матеріалів. Представником ароматичних поліамідів є пластмаса «фенілон», що випускається промисловістю. Фенілон [2] має високу теплостійкість та по міцносним властивостям перевершує більшість існуючих термопластів. Однак, високі значення коефіцієнта тертя у сухому режимі тертя обмежують його здатність до високих навантаженнь через сильний розігрів вузла тертя. Уведення до складу фенілону твердих мастил призводить до деякого поліпшення його антифрикційних властивостей, проте показники міцності при цьому значно знижуються [3]. Модифікація ароматичного поліаміду фенілону та композитів на його основі кремнійорганічними добавками дозволяє поліпшити фізико-механічні характеристики при збереженні високих показників антифрикційних властивостей. З метою покращення комплексу властивостей полімерних композитів у ряді випадків застосовують термічну обробку [4].

Для вивчення впливу термічної обробки на властивості полімерних композитів на основі фенілону проведені дослідження по визначенню раціональних параметрів термообробки і типу середовища. Встановлено, що найбільш ефективним середовищем для термічної обробки розроблених композитів є силіконова рідина (ПМС).

Для проведення промислових випробувань попередньо готували полімерні композити на основі фенілону, графіту та олігоорганосилоксанів. Виготовлення деталей на основі розроблених композитів здійснювали методом гарячого пресування. Після пресування, для поліпшення механічних і антифрикційних властивостей, отримані деталі піддавали термічній обробці в середовищі силіконової рідини. В якості об’єктів дослідження в промислових умовах вибрані вузли і деталі компресорного обладнання, що в процесі експлуатації піддаються значним статичним і динамічним навантаженням. Найбільш відповідальними вузлами, що впливають на режим і безпеку компресорів, є сальникові ущільнення. Порівняльні дослідження показників міцності, антифрикційних і теплофізичних властивостей бабіту Б-83 і полімерної композиції (табл.1) показують, що по ряду показників розроблені полімерні склади мають більш високі значення, ніж бабіт Б-83. Це зумовило вибір графітонаповненого фенілону як матеріалу для виготовлення ущільнюючих елементів і поршневих кілець компресорів високого тиску.

Поряд із застосуванням антифрикційного матеріалу на основі фенілону для виготовлення сальникових ущільнень можливе використання їх для виготовлення поршневих кілець компресорів. Так використання розроблених матеріалів для виготовлення поршневих кілець дозволить підвищити довговічність їх роботи й зменшити величину зношування циліндрів. Обстеження компресорів високого тиску у виробничих умовах показує, що причиною втрати працездатності вузлів ущільнення в ряді випадків є нездатність застосовуваних антифрикційних матеріалів працювати з обмеженим змащуванням. Проведені в лабораторних умовах дослідження графітонаповненого фенілону з кремнійорганічним модифікатором вказують на його високі антифрикційні властивості при терті без змащення. Це дозволяє рекомендувати композиційні матеріали для виготовлення з них сальникових ущільнень і поршневих кілець компресорів з метою переведення їх на роботу без змащення. Застосування розроблених композитів дозволить заощадити дефіцитні мастильні матеріали, підвищити термін служби ущільнень, штоків і циліндрів, а також підвищити якість кінцевого продукту, за рахунок зниження кількості мастила в газі.

Таблиця 1

Порівняльний аналіз властивостей розроблених композитів з аналогічними матеріалами, які працюють у вузлах машин і механізмів

Показники	Аналоги		Графітонаповнений фенілон
	Бабіт Б-83	Бронза	Без термообробки	Після термообробки
Густина, кг/м^3	7380	8820	1313	1323
Межа міцності при стисканні, МПа	115	40	180	191
Модуль пружності, МПа	-	-	3700	3900
Теплостійкість за Віка ТВК, К	-	-	565	568
Коефіцієнт тертя fTP
– тертя у сухому режимі	-	-	0,21	0,18
– тертя зі змащуванням	0,050	0,090	0,032	0,025
Інтенсивність лінійного зношення, Ih×10^-9м/м
– тертя у сухому режимі	-	-	6,5	5,7
– тертя зі змащуванням	0,100	0,400	0,032	0,021

Література:

1.Берлин Ал. Ал. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) / Ал. Ал. Берлин // Соросовский образовательный журнал. – 1995. – № 1. – С.57–65.

2. Соколов Л. Б. Термостойкие ароматические полиамиды: монография / Л.Б. Соколов, В.Д. Герасимов, В.М. Савинов – М: Химия, 1975. – 256 с.

3.Сытар В.И. Износостойкие графитопласты на основе фенилона / В.И. Сытар, А.И. Буря, И.А. Фомичев // Технология и организация производства. – 1976. – №10. – С.59–60.

4. Кестельман Н.Я. Термическая обработка полимерных материалов в машиностроении. / Н.Я. Кестельман – М.: Машиностроение, 1968. – 268 с.

60.