Государственое унитарное предприятие «фан ва тараккиёт»

§ 1.3. Антифрикционно-износостойкие свойства полимерных и композиционных материалов при фрикционном взаимодействии с хлопком-сырцом
Вопросы основы создания композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе с заданными триботехническими свойствами, для рабочих органов машин и механизмов производства и переработки хлопка- сырца широко освещены в работах академика С.С. Негматова [13;с.196-197, 17;с.4-24, 18;с.146-147, 19;с.123-125,20;с.125-138,21;с.223-225,22;с.8-24] и в работах профессора А.Б. Жумабаева [23;с.42-44, 24;с.40-45, 25;с.18-22.].
В работе [26;с.103-104] изучены природа контактного взаимодействия полимер­ных материалов с хлопком, закономерности трения и изнашивания в зависи­мости от различных эксплуатационных и технологических факторов, образо­вание зарядов трибоэлектричесва и температура в зоне трения и их влияние на процессы трения и изнашивания.
Природа контактного взаимодействия пар полимер-хлопок обусловлена специфическими особенностями массы хлопка, имеющего сложный физиче­ский состав (волокна, семена, твердые органические и неорганические вклю­чения) и структурой его волокна (целлюлоза, пектиновые и белковые вещест­ва и др.), придающими волокнистой массе свойства как твердых тел (деформируемость о твердую поверхность), так и высокоэластичных материалов (высокая сжимаемость под действием нагрузки) и такие специфические свой­ства, как цепкость, зависимость характеристик от влажности, электризуемость при трении с полимерным материалом, задирные свойства и сравни­тельно легкая воспламеняемость [27;с.66-71, 28;с.72-73,29;с.181-182]. Поэтому без проведения фундаментальных исследований по изучению основных закономерностей трения и изнашивания полимерных материалов с хлопком и природы их контактного взаимодейст­вия невозможно не только разработать материал с заданными триботехничес­кими свойствами, но и оценить эффективность существующих конструкци­онных материалов.
Были изучены выпускаемые промышленностью полимерные материалы - полиэтилен высокой плотности ПЭВП), поливинилбутираль (ПВБ), поликапраамид, пентапласт, эпоксидные и фураноэпоксидные олигомеры (ФАЭД), отличающиеся по природе, структуре, физико-механическим и технологическим свойствам, что позволило выявить их влияние на природу и закономерности трения и изнашивания натурального полимера - хлопка с синтетическими [38;с.12-13].
Как известно, коэффициент трения скольжения полимерных материалов с хлопком- сырцом с увеличением давления сначала интенсивно падает, затем, в основном, имеет тенденцию стабилизироваться. Эта зависимость при больших скоростях скольже­ния почти для всех покрытий имеет экстремальный характер, проходя через минимум. Зависимость коэффициента трения скольжения в паре полимер-хлопок-сырец от скорости скольжения при малых и средних давлениях у большинства исследуемых полимерных материалов проходит через максимум, а при удельных давлениях зависимость коэффициента тре­ния скольжения от скорости имеет сложный характер, что объясняется вязко-упругими свойствами хлопка-сырца и полимерного материала.
С ростом давления и скорости скольжения изнашивание полимерных материалов увеличивается, причем с разной интенсивностью в зависимости от вида материала.
Коэффициент трения линейно у полимерных материалов падает с увеличением засоренности хлопка-сырца, а интенсивность изнашивания наоборот растет. При этом изменение коэффициента трения и интенсивности изнашивания с увеличением засоренности хлопка-сырца коррелирует с твердостью материала. Полимеров, имеющие высокую твердость, и интенсивность изнашивания изменяются с увеличением засо­ренности хлопка-сырца коэффициент трения незначительно, в некоторых случаях даже снижаются. А у поли­меров с низкой твердостью коэффициент трения и интенсивность изнашива­ния увеличиваются значительно.
Упругость снижается с увеличением влажности хлопка-сырца и его сжимаемость повышается. Поэтому значительно увеличивает площадь фактического контакта в зоне трения и, следовательно, силу взаимодействия хлопка-сырца с поверхностью полимеров.
С увеличением температуры при высоких значениях давления и скорости скольжения механические свойства полимерных материалов сильно изменяются, особенно при переходе через температуру стеклования. Когда коэффициент трения больше и интенсивность изнашивания увеличивается чем меньше разность температуры стеклования полимеров и температуры в зоне трения. При этом снижаются механические свойства поверхностных слоев по­лимера, что способствует увеличению фактической площади контакта (ФПК), и приводит к возрастанию молекулярного взаимодействия контактирующих тел. При этом, увеличивается объем деформации поверхностных слоев по­лимера под действием фрикционного взаимодействия твердых веществ массы хлопка с полимером, что приводит к увеличению шероховатости его поверх­ности. Поэтому увеличивается сила механического зацепления за счет роста зацепов с неровностями полимерных материалов цепких и тонких хлопковых волокон. Это наиболее четко проявляется у ПВБ, имеющего сравнительно низкую стойкость к термомеханическим воздействиям. В связи с этим, вторая важная задача - это отвод тепла из зоны трения.
Если проанализировать природу и закономерности трения и изнашивания исследованных материалов с учетом их свойств и температуры в зоне трения, то видно, что сравнительно высокий коэффициент трения скольжения ПЭВП и ФАЭД с одной стороны связан с возрастанием температуры в зоне трения и, отсюда, как следствие, снижение модуля упругости и микротвердо­сти. С другой стороны, рост коэффициента трения связан с образованием большого заряда статического электричества, а также механического зацеп­ления волокон хлопка о неровности поверхности полимерных материалов [31;с.15-16, 32;10-15].
На основе комплексного анализа результатов теоретических и экспери­ментальных исследований выведена новая формула для описания природы трения полимеров с волокнистой массой [4;с.102-104].
(4)
где τ₀ - удельная сила молекулярного взаимодействия. Н/м²
G₀- среднее фактическое дaвление, Н/м².
ρ₀ - коэффициент, характеризующий увеличение прочности при росте
нор­мального давления;
λ - коэффициент, учитывающий влияние трибоэлектрических сил;
k₁ - коэффициент, учитывающий долю твердых механических включений в массе хлопка;
k _к - коэффициент, зависящий от вида контакта;
β- пьезо-коэффициент;
Δh - глубина внедрения твердых не волокнистых включений;
r - радиус скругления вершин включения;
α - коэффициент, учитывающий форму выступа и волокон.
Эта формула состоит из четырех составляющих. Первая составляющая отражает специфику исследуемых объектов и связывает молекулярное взаимодействие материалов с волокнистой массой хлопка. Вторая учитывает влияние электростатических сил, свойственных взаимодействию двух диэлектриков. Третья и четвертая составляющие характеризуют влияние волокнистой массы о неровности поверхностей контртел. Для придания специфических свойств в полимерные материалы вводятся наполнители различного происхождения [26;с.103-104].
Графит, тальк, двусернистый молибден и другие порошкообразные наполнители слоистой структуры улучшают антифрикционные свойства, снижают коэффициент трения, повышают износостойкость, увеличивают жесткость и водостойкость наполненных полимерных материалов. Сущность дей­ствия указанных порошкообразных наполнителей заключается в том, что благодаря слоистой структуре (графит, тальк и др.) и легкой расщепляемости по плоскостям спайности в процессе трения чешуйки наполнителя ориентируются под действием нормальных сил и образуют пленку на поверхности полимерного образца [27;с.66-71].
Наполнители могут уменьшать коэффициент трения, если они достаточно тонкодисперсный и способны эффективно повышать температуру стек­лования матрицы вблизи поверхности трения, так как размягчение матрицы вследствие тепловыделений, при трении часто является основной причиной высокого коэффициента трения. Наиболее гладкая поверхность и низкий ко­эффициент трения наполненных композиций получаются при использовании наполнителей, обеспечивающих наибольшую плотность упаковки частиц.
Трение в значительной степени связано с износом, поэтому факторы, определяющие коэффициент трения наполненных композиций, также влияют на их износостойкость. Три фактора, в основном, определяют сопротивление износу наполненных полимерных композиций: твердость наполнителя, адгезионная прочность и относительная объемная доля частиц.
В работе [23;с.42-44] А.Б.Жумабаева исследован изнашивание композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе при фрикционном вза­имодействии с хлопком-сырцом и разработал методику создания антифрик­ционно-износостойких композиционных полимерных материалов для рабо­чих органов хлопкового комплекса. Автором установлено [25;с.23-28], что для созда­ния антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материа­лов необходимо достичь снижения критерия ɳ до нуля.
В работах [26;с.103-104,34;С.12-14,35;С.11,39;С.17,40;с.15-19] исследованы физико-механические, электрические и триботехнические свойства различных полимерных и композиционных мате­риалов в зависимости от различных факторов. Например, Т.А. Алматаев [31;с.12-20] показал, что продолжительность контакта полимерных и композиционных полимерных материалов при фрикционном взаимодействии с хлопком- сырцом зависит как от режимов трения, так и от вида и содержания наполни­теля. А.Сайфидинов [33;с.12-17] установил закономерности изменения фактической площади контакта полимерных материалов при контакте с хлопком- сырцом, значение которого главным образом зависит от режимов нагружения и диформационного состояния полимера.
Г.Г. Гулямов [36;с.18-24], Н.Х. Хасанов [37; с.12-18] и Э.Б. Цирлина [40;с.5-19] показали вы­сокую эффективность применения композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе в рабочих органах колковых машин пневмотрубопроводов и очистителей хлопка-сырца.
Таким образом, из проделанного анализа вытекает, что физико-механические и триботехнические свойства композиционных полимерных материа­лов можно регулировать подбором вида и содержания наполнителя, а также модификацией их различными физическими способами (магнитное поле, ультразвуковое поле и др.) [41;с.9,42;с.196-200, 43;с.15].