Разработка износостойкого нанокомпозита на основе политетрафторэтилена с целью повышения работоспособности и долговечности металлополимерных герметизирующих устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Кургузова, Олеся Александровна

• Кургузова, Олеся Александровна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Кургузова, Олеся Александровна

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ структуры и свойств полимерных композиционных материалов, конструкций и условий эксплуатации поддерживающих катков многоцелевых гусеничных машин (МГМ)

1.1 Структура и свойства ПТФЭ как полимерной основы композиционных материалов (КМ) триботехнического назначения

1.2 Анализ конструкции, условий эксплуатации и надежности поддерживающих катков МГМ

1.3 Влияние наполнителей-модификаторов на структуру и свойства политетрафторэтилена

1.4 Влияние способа изготовления и режимов технологического

1

процесса на структуру и свойства ПКМ на основе ПТФЭ

1.5 Обоснование состава наполнителей-модификаторов и способа изготовления ПКМ на основе ПТФЭ

1.6 Выводы, цель и задачи исследования

2 Методы и средства экспериментальных исследований

2.1 Методы исследования фазового состава и структуры композиционных материалов

2.2 Методы и средства исследования механических и триботехнических свойств

2.3 Методика разработки и оптимизации нового полимерного композиционного материала

3 Разработка и исследование ПКМ

3.1 Разработка и исследование механических и триботехнических свойств износостойкого ПКМ

3.2 Оптимизация состава ПКМ по критериям качества

3.3 Разработка технологии изготовления образцов ПКМ

3.4 Исследование фазового состава и надмолекулярной структуры полимерных нанокомпозитов

3.5 Выводы

4 Разработка герметизирующего устройства поддерживающих

катков многоцелевых гусеничных машин

4.1 Анализ материалов герметизирующих устройств поддерживающих катков

4.2 Механизмы герметизации и трения

4.3 Разработка конструкции герметизирующего устройства поддерживающего катка

4.4 Лабораторное испытание герметизирующего устройства

4.5 Выводы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

?

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка износостойкого нанокомпозита на основе политетрафторэтилена с целью повышения работоспособности и долговечности металлополимерных герметизирующих устройств»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения высокой степени герметичности подвижно сопряженных поверхностей деталей машин относится к одной из сложных научно-технических задач материаловедения, трибологии и герметологии в области машиностроения. Значительные трудности, возникающие при разработке теории герметизации и уплотнительной техники, связаны с необходимостью решения комплексных задач на стыке ряда естественных наук: физики, химии, материаловедения, трибологии. Механизм герметизации подвижных сопряжений обусловлен механическим взаимодействием контактирующих поверхностей, включающим процессы трения и изнашивания материалов в зоне контакта, а также физико-химическими процессами структурно-фазовых превращений материалов в процессе эксплуатации в различных средах при различных температурах..

Анализ исследований, в области трибологии и трибоматериаловедения показывает, что общими: во всех-случаях фрикционного взаимодействия, являются одновременно происходящие процессы структурных изменений и фазовых превращений в поверхностном слое трущихся деталей, рассеяния (диссипации) механической и тепловой энергии и превращение ее во внутреннюю энергию микрочастиц элементов трибосистемы, с увеличением плотности внутренней энергии и температуры.

Уникальные физико-химические и антифрикционные свойства политетрафторэтилена (ПТФЭ) позволяют считать его лучшим материалом для полимерной основы антифрикционных композиционных материалов металлополимерных узлов трения. Введение в ПТФЭ различных наполнителей-модификаторов: волокнистых, дисперсных наноразмерных'. углеродных, металлических и других материалов позволяет существенно, повысить износостойкость и управлять физико-механическими свойствами получаемых полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Для герметизации сопряженных цилиндрических поверхностей вращательного движения применяют уплотнения различных типов:

эластомерные (резиновые) манжеты радиальные, эластомерные манжеты торцовые, торцовые механические уплотнения, пластмассовые кольцовые уплотнения. Выбор типа уплотнения зависит от условий работы, требований к надежности и герметичности. При этом следует иметь в виду, что при обеспечении высокой степени герметичности ухудшаются условия смазки рабочей кромки уплотнительного элемента, увеличивается работа трения и температура, особенно при высоких значениях рабочего давления и скорости скольжения. Названные обстоятельства существенно усложняют задачу обеспечения работоспособности в течение ресурса.

Герметизирующее устройство ступиц поддерживающих! катков представляет собой устройство из трех радиальных резиновых манжет. Этот тип уплотнений широко применяется для уплотнения осей и валов машин. При определенных условиях они обеспечивают достаточно высокую степень герметичности.

Однако данной конструкции ГУ присущ ряд недостатков, в

7 г

значительной степени снижающих их надежность и ограничивающих область применения по ряду следующих причин:

- отклонением сопряженной поверхности вала от правильной геометрической формы и погрешностью его установки;

- высокой скоростью скольжения вала относительно уплотняющей кромки манжеты;

- нестабильностью вязкоупругих свойств резины вследствие процессов старения и релаксации;

- высоким коэффициентом трения и износом рабочих поверхностей манжеты.

Названные недостатки в полной мере относятся к манжетным

» :

уплотнениям осей поддерживающих катков ходовой части МГМ, что существенно снижает их надежность и приводит к значительным затратам на восстановление работоспособности ГУ ступиц ходовой части.

Использование ПКМ для производства уплотнительных элементов герметизирующих устройств (ГУ) различных механизмов и изделий

позволяет существенно повышать надежность и долговечность машин и

технологического оборудования. Полимерный композиционный материал

»

относится к числу материальных объектов, долговечность и сохраняемость которых определяют надежность и ресурс любого изделия машиностроения. Сказанное в полной мере относится к надежности герметизирующих устройств многоцелевых гусеничных машин (МГМ), как одной из важнейших характеристик качества и функциональной эффективности современной транспортной техники. Специфика условий эксплуатации МГМ создает напряженные условия работы для подшипниковых узлов и уплотнений ступиц опорных и поддерживающих катков, направляющих колес ходовой части машины.

Анализ физико-механических свойств полимеров различных видов показывает, что уменьшить отрицательное влияние процессов старения и изнашивания можно путем применения пластмасс вместо эластомеров, которые обладают более ( высокой химической стойкостью и лучшими антифрикционными свойствами. Большинство резиновых смесей,1 в том, числе на основе нитрильных каучуков СКН-18, СКН-26, применяемых для изготовления манжетных уплотнений, набухают в рабочих жидкостях и стареют, утрачивая упругую эластичность. Под влиянием рабочей среды происходит диффузионный массообмен, приводящий к изменению объема и состава компонентов материала уплотнительных элементов, а также химические реакции (преимущественно окислительные), приводящие к изменению структуры и свойств эластомера.

В то же время термопластичные полимеры, особенно карбоцепные, не имеющие двойных связей в основных цепях, проявляют высокую химическую стойкость к морской воде, кислороду, органическим средам и кислотам. Наибольшую химическую стойкость имеет ПТФЭ, который не набухает, сохраняет работоспособность и не охрупчивается при низких и даже при криогенных температурах. ПТФЭ обладает наилучшими антифрикционными свойствами; при сухом трении по стали он имеет коэффициент трения на уровне 0,04-0,08, который уменьшается с

увеличением давления и температуры и практически не зависит от продолжительности трения.

Названные уникальные физико-химические и антифрикционные свойства ПТФЭ позволяют считать его лучшим материалом для полимерной основы антифрикционных ПКМ.

Установлено, что изменение свойств наполненных полимеров связано с особенностями их структурной организацией на молекулярном и надмолекулярном уровнях, выражающееся в изменении фазового состояния, молекулярной подвижности сегментов и цепей макромолекул, изменении параметров и типа надмолекулярной структуры. В последние десятилетия накоплен значительный экспериментальный материал, отражающий влияние вида и параметров надмолекулярной структуры на физико-механические и триботехнические свойства многокомпонентных ПТФЭ-композитов, содержащих волокнистые и дисперсные наполнители-модификаторы [15, 45, 48-50 и др.]. Комплексные исследования структурно-фазового состояния

1 1 > I

наполненного и чистого ПТФЭ методами рентгеноструктурного,

Г } Л

электронномикроскопического, термографического анализов, а также"

исследование теплофизических и триботехнических свойств позволили ■

* >

изучить основные закономерности и механизмы влияния отдельных и комплексных наполнителей на процессы модифицирования структуры, физико-механических и триботехнических свойств ПТФЭ [2, 44, 84 и др.]. Большой интерес представляет изучение влияния комплексных наполнителей, включающих два и более компонента с различными физико-механическими свойствами, размерами и геометрией частиц, в том числе наночастиц на развитие процессов структурной модификации ПТФЭ [40, 52, 62, 78] с целью повышения износостойкости;ПТФЭ-композитов. Решению

. > ( ! ' Л

г ? ? 1 ) 1 и *

этой задачи совместно с разработкой более совершенной конструкции'ГУ ходовой части МГМ с использованием нового ПКМ, обеспечивающей повышение эксплуатационной надежности герметизирующих устройств ходовой части и посвящена настоящая диссертационная работа.

В первой главе диссертации приведен анализ структуры и свойств известных полимерных композиционных материалов и методов повышения их механических и. триботехнических свойств, а также анализ конструкции и условий эксплуатации герметизирующих устройств поддерживающих катков МГМ. Показано, что поддерживающие катки работают в условиях интенсивного внешнего загрязнения, содержащего абразивные частицы, поэтому, уплотняя сопряженные поверхности, они сами являются недостаточно защищенными элементами конструкции ходовой части. В процессе работы в зоне герметизации и трения образуется абразивная масса, приводящая к интенсивному изнашиванию подвижно сопряженных поверхностей уплотнительных манжет. Причиной отказа серийных герметизирующих устройств также является преждевременное старение, повышенный износ и повреждение уплотнительных резиновых манжет. На основе результатов анализа сформулированы задачи диссертационной работы. ..

Вторая глава посвящена .описанию выбранных методов и средств ; экспериментального исследования структуры и свойств разрабатываемого полимерного композиционного материала (включая оптимизационные исследования), разработанных установок и методик для исследования герметизирующих и триботехнических свойств разработанной конструкции герметизирующего устройства.

В третьей главе рассмотрены результаты исследования надмолекулярной структуры, физико-механических и триботехнических свойств разрабатываемого ПКМ, проанализированы особенности влияния комплексного наполнителя (углеродные нанотрубки + ультрадисперсный скрытокристаллический графит + дисперсный дисульфид молибдена) на структурно-фазовое состояние и параметры надмолекулярной структуры, их связь с механическими и триботехническими свойствами ПКМ.

В четвертой главе приведены результаты расчета основных конструктивных параметров разработанного герметизирующего устройства и дано описание уплотнительного элемента - манжеты из разработанного

ПКМ, приведены результаты стендовых испытаний, позволяющие определить характеристики скорости и интенсивности изнашивания уплотнительных манжет в условиях нагружения, аналогичных условиям эксплуатации в составе МГМ.

В диссертационной работе на защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Установлены закономерности процессов структурной модификации наполненного ПТФЭ, отражающие взаимосвязь вида и концентрации полидисперсных модификаторов, включая наноразмерные, на морфологию, степень кристалличности и размеры кристаллических образований.

2. Получены зависимости механических и триботехнических свойств полимерных нанокомпозитов на основе ПТФЭ от концентрации углеродных нанотрубок (УНТ) в составе комплексного наполнителя модификатора и ограничения объемного теплового расширения при термообработке ПКМ.

3. Разработан новый полимерный антифрикционный композиционный материал на основе ПТФЭ, износостойкость которого в условиях сухого трения в 1,9 раза превосходит износостойкость известных ПКМ (A.C. №1812190 МПК, патент РФ №2307130 С1).

Основные результаты исследований и разработки докладывались и обсуждались на: международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2011); VIII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2012); научно-практической конференции «Броня-2012» (Омск, 2012); научно-практической конференции «Броня-2013» (Омск, 2013); V Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Россия молодая: передовые технологии; - в промышленность» (Омск, 2013), III Региональной научно-практической; конференции «Актуальные проблемы современной науки» (Омск, 2014).

В полном объеме работа докладывалась и обсуждалась на научных семинарах кафедры «Физика» Омского государственного технического университета.

По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций.

Глава 1 Анализ структуры и свойств полимерных композиционных

материалов, конструкций и условий эксплуатации поддерживающих катков многоцелевых гусеничных машин (МГМ)

1.1 Структура и свойства ПТФЭ как полимерной основы композиционных материалов (КМ) триботехнического назначения

Анализ условий эксплуатации ходовой части МГМ и свойств известных ПКМ триботехнического назначения показывает, что наиболее перспективным материалом для уплотняющих элементов герметизирующего устройства поддерживающего катка следует считать полимерный композиционный материал (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) [22, 44]. Он сохраняет высокие антифрикционные свойства, износостойкость и работоспособность в широком интервале температур от - 200 °С до + 200°С, обладает высокой химической стойкостью, гидрофобен, и поэтому не? подвержен быстрому старению в условиях эксплуатации герметизирующих устройств ходовой части МГМ.

Полимерные композиционные материалы на основе ПТФЭ относятся к наиболее эффективным материалам триботехнического назначения К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал по изучению влияния различных наполнителей-модификаторов на структуру и физико-механические свойства таких материалов [22, 44, 77, 87]. Несмотря на это, изучение процессов структурообразования в ПКМ на основе ПТФЭ при использовании новых' наполнителей-модификаторов, обеспечивающих дальнейшее повышение триботехнических свойств ПКМ, сохраняет свою

' • • * ' - Л'',,: ( ■ • • ■

актуальность. Это связано су разнообразием условий эксплуатации материалов в деталях и узлах современных машин и механизмов, особенно в' узлах трения транспортных и технологических машин. Поэтому очень сложно создать ПКМ, удовлетворяющие всем многообразным условиям эксплуатации. Также не существует универсального наполнителя, позволяющего создать такой материал. Кроме того, отсутствует единая

научная теория синтеза ПКМ, позволяющая прогнозировать их свойства при использовании новых наполнителей.

Известно, что комплекс физико-механических и триботехнических свойств полимерной матрицы определяет эффективность использования композита в металлополимерных трибосистемах. Особенности строения и свойств ПТФЭ как представителя термостойких частично-кристаллических полимеров подробно описаны во многих работах [13, 16, 22, 41, 44, 55, 56]. ПТФЭ - это типичный карбоцепный линейный частично-кристаллический полимер. Его уникальность состоит в том, что даже при температуре, выше температуры плавления, он не переходит в вязкотекучее состояние, т.е., в отличие от многих других гибкоцепных полимеров, может находиться только в двух состояниях: высокоэластическом и стеклообразном.

ПТФЭ обладает уникальной химической стойкостью, т.к. большой размер атомов фтора, их спиральное расположение вокруг углеродной цепи и высокая прочность фторуглеродной связи делают недоступной связь С-С для воздействия химических реагентов • [55, 64]. Кроме того, ПТФЭ обладая высокой термостойкостью, сохраняет пластичные свойства при криогенных температурах, что позволяет эксплуатировать его в широком интервале температур [16,56, 64].

ПТФЭ имеет высокие антифрикционные свойства, у него самый низкий среди полимерных материалов триботехнического назначения коэффициент трения. В условиях сухого трения по стали коэффициент трения составляет 0,04-0,05 при скорости скольжения до 0,01 м/с против 0,2-0,6 для большинства полимеров [22, 44]. Это позволяет обеспечить в зоне трения режим самосмазывания и использовать ПТФЭ в различных узлах трения без смазки. При увеличении скорости скольжения на два порядка коэффициент трения ПТФЭ возрастает .в 2-3 раза [45]. Низкие значения коэффициента трения и малая адгезионная способность ПТФЭ обусловлены невысоким уровнем поверхностной энергии его молекул - одним из самых низких для твердых тел, что объясняется строением макромолекул ПТФЭ и слабым межмолекулярным взаимодействием.

Таким образом, использование ПТФЭ в качестве полимерной основы антифрикционных полимерных композиционных материалов в сравнении с другими полимерами имеет ряд существенных преимуществ, что дает возможность создавать ПКМ, в том числе полимерные нанокомпозиты с высокими характеристиками механических и триботехнических свойств.

1.2 Анализ конструкции, условий эксплуатации и надежности поддерживающих катков МГМ

Гусеничный движитель МГМ - это совокупность элементов ходовой части, создающих силу тяги. Он включает следующие элементы: направляющие колеса с механизмами натяжения; поддерживающие катки; гусеницы; ведущие колеса; опорные катки (рис. 1.1). .

Поддерживающие катки размещены вдоль бортов гусеничной машины и предназначены для придания необходимой формы верхней ветви гусеницы с целью сокращения потерь мощности и уменьшения динамических нагрузок при движении машины. На машине установлено шесть поддерживающих катков: по три на каждом борту.

Поддерживающие катки устанавливаются на двух роликовых и одном шариковом подшипниках на кронштейнах, которые крепятся к борту машины болтами. Смазка подшипников осуществляется жидкой смазкой. Для предотвращения ее вытекания, а также исключения попадания воды и грязи предусмотрены лабиринтные уплотнения.

Поддерживающий каток состоит из ступицы 1 с напрессованной резиновой шиной 2 и стальным ободом 12, кронштейна 6 и уплотнительной крышки 4. Ступица установлена на кронштейне на трех подшипниках: * двухроликовых 16 и одном шариковом 3. Подшипники крепятся гайкой 13, которая удерживается от отвертывания стопорным болтом 15.

Рисунок 1.1 - Гусеничный движитель 1 - направляющее колесо с механизмом натяжения; 2 - поддерживающий каток; 3 - гусеница; 4 - ведущее колесо; 5 - опорный каток

В кронштейне б выполнено радиальное сверление а, предназначенное для подачи смазки к рабочим кромкам манжет. Радиальный канал имеет верхнее расположение, через него осуществляется смазка манжеты, которая частично попадает в подшипники.

Уплотнительная крышка 4 крепится к ступице болтами 10. В крышку запрессованы три манжеты 5, кромки которых прижимаются к поверхности кронштейнов пружинными кольцами. В выточку крышки установлено уплотнительное резиновое кольцо 11. Крышка 4 и лабиринтное кольцо 9 образуют лабиринтное уплотнение. Кольцо 9 напрессовано на ось кронштейна и приварено. В поддерживающий каток заправляется масло ТСЗп-8 до уровня нижней кромки заправочного отверстия в ступице. Отверстие закрывается пробкой 14 с уплотнительным конусом.

Рисунок 1.2 - Поддерживающий каток: 1-ступица; 2-шина; 3-шарикоподшипник; 4-уплотнительная крышка; 5-манжета; 6-крониггейн; 7-привариой кронштейн; 8-крышка; 9-кольцо лабиринта; 10 и 17-болты; 11-резиновое кольцо; 12-обод; 13-гайка; , 14-пробка;15-стопорный болт; 16-роликоподшипники; 18-стопорная шайба;

19-шплинт; а-сверление

Смазка работоспособна в интервале температур от - 40 до + 130 °С, водостойка, то есть не растворяется в воде, не смывается и не поглощает влагу из окружающей среды. Наблюдение за изменением качества смазки при длительном ее хранении в различных климатических зонах показало, что она может храниться более 5 лет без существенных изменений ее свойств. При эксплуатации в соответствии с требованиями ГОСТ 6473-73 наличие механических примесей в смазке, не растворимых в соляной кислоте, не допускается.

Причиной отказа серийных герметизирующих устройств является преждевременное старение, износ и повреждение уплотнительных резиновых манжет, поскольку резина подвержена ускоренному старению при динамическом нагружении и изменении температуры окружающей среды, приобретая остаточную деформацию и утрачивая свойство упругой эластичности. Кроме того резина имеет плохие триботехнические свойства и зачастую разрушается при запуске машины после длительного хранения.

Поддерживающие катки работают в условиях интенсивного внешнего загрязнения, частота вращения которых достигает 3450 об/мин. При таких условиях резиновые уплотнения не обеспечивают требуемой герметичности, смазка вытекает и подшипники выходят из строя.

В этой связи, исследование надежности герметизирующих устройств подшипниковых узлов опорных и поддерживающих катков ходовой части МГМ имеет важное и актуальное значение. Кроме того, работоспособность этих элементов наряду с, другими сборочными единицами и деталями ходовой части определяют важнейшее свойство машины - подвижность.

Статистический материал должен, во-первых, объективно отражать фактическую надежность герметизирующих устройств поддерживающих катков в течение ; заданного ресурса до выхода машины в капитальный ремонт, т.е. до 14000 км пробега.

Во-вторых, статистический материал должен отражать работоспособность герметизирующих устройств в пределах заданного ресурса в зависимости от сроков эксплуатации и хранения.

Проведенные ранее исследования надежности функционирования подшипниковых узлов ступиц поддерживающих катков показали, что основной причиной выхода их из строя является попадание абразива в закрытую полость ступицы катка.

При этом отказ герметизирующих устройств может быть обусловлен многими причинами. К основным из них можно отнести следующие:

- условия эксплуатации;

- несовершенство конструкции ГУ;

- недостаточный уровень механических и триботехнических свойств материалов ГУ.

С целью анализа статистического материала об отказах МГМ в работе [39] анализировались данные об отказах МГМ с различными сроками эксплуатации от 5 до 15 лет. Оценка работоспособности герметизирующих устройств опорных катков осуществлялась для каждой группы в диапазоне от 0 до 14000 км пробега с периодичностью в 1000 км. Контролю подвергалось 100 % поддерживающих катков, и общее число подконтрольных объектов для каждой группы составляло 60 единиц.

Полученные данные о количестве параметрических отказов в каждой группе подконтрольных объектов обрабатывались методом математической статистики и использова/тись для получения количественных показателей надежности ГУ. Для статистической оценке вероятности безотказной работы вычисляли частость отказов по формуле 1.1:

Pi(A) = m,/N, (1.1)

где mi - число ГУ объектов, имеющих пробег U;

N - общее число объектов с неработоспособными ГУ.

Вероятность безотказной работы определялась по формуле 1.2: -

P(t)=l-F(t), (1.2)

где F(t) - функция распределения частоты отказов.

P(t) 1,2

1,0 0,8

0,6 0,4 0,2 0

1

чЛ! /_ 1

1

8

10 11

12 13 14 t, тыс. км

Рисунок 1.3 - Зависимость вероятностей безотказной работы герметизирующих устройств: I - до 5 лет; II - от 5 до 10 лет; III - от 10 до 15 лет

Для герметизирующих устройств ступиц поддерживающих и опорных катков, относящихся к категории высоконадежных изделий, показатель вероятности безотказной работы Р($ должен сохраняться на протяжении наработки до 14000 км пробега на уровне не менее Р(0 = 0,9. Результаты расчетов показали, что снижение показателя вероятности безотказной работы Р(0 ниже 0,9 отмечается: для первой группы машин с пробега 9 тыс. км, для второй группы машин с 6,5 тыс. км, а для третьей группы машин уже с 2,0 тыс.км (рис. 1.3). Это обстоятельство обусловлено процессами изнашивания и старения материалов манжет герметизирующих устройств, которое характеризуется тем, что с увеличением срока эксплуатации (хранения) повышается вероятность возникновения отказа. Анализ количественных значений Р(0 показал недостаточный уровень надежности герметизирующих устройств для первой группы машин, чрезвычайно низкий - для второй и недопустимый - для третьей группы.

1.3 Влияние наполнителей-модификаторов на структуру и свойства политетрафторэтилена '

Введение в полимер наполнителей-модификаторов является эффективным способом направленно изменять структуру материала и получать ПКМ с высокими физико-механическими и триботехническими свойствами. Выбор наполнителей и степень наполнения полимерной основы зависят от назначения готового изделия.

К основным критериям при выборе наполнителя относятся: способность выдерживать температурный режим переработки (до 375 °С), химическая и термическая стабильность при температурах переработки полимера, химическая и коррозионная стойкость, хорошая теплопроводность и высокие механические и триботехнические свойства [59].

Геометрическая форма и размер частиц, химическая природа наполнителя оказывают значительное влияние на процесс формирования структуры ПКМ. Изучению этого влияния и исследованию закономерностей влияния дисперсных наполнителей на структуру и свойства ПКМ посвящено много работ [8, 34, 36,58, 69].

В зависимости от характера энергетического воздействия на структуру и свойства полимерной матрицы наполнители принято разделять на структурно активные и неактивные, относя эти понятия к какому-либо свойству ПКМ [74].

Считается, что наполнитель обладает структурной активностью, если при его введении в полимере происходит изменение: характеристик надмолекулярной структуры (форма, размеры и распределение по размерам структурных единиц); плотности упаковки, соотношения между" упорядоченной и неупорядоченной частями (степень кристалличности) или всех вышеназванных структурных характеристик одновременно [34, 74].

Установлено, что степень проявления структурной активности может быть избирательной. При высокой структурной активности наполнителя даже при небольших его концентрациях частицы могут модифицировать не

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кургузова, Олеся Александровна, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андрианова O.A. Модифицированные полимерные и эластомерные триботехнические материалы для техники Севера: Дис... д-ра тех. наук: 05.02.01. - М., 2000. - 337 с.

2. Барновский В.М. Современные методы исследования полимерных материалов: экспериментальные методы исследования структуры, теплофизических свойств и газовыделения полимерных материалов: Учебное пособие / под ред E.H. Задориной. // Барновский В.М., Задорина E.H., Крутилин В.М. - М.: Изд-во МАИ, 1993. - 64 с.

3. Бартенев Г.М. Релаксационные свойства полимеров./ Г.М. Бартенев, А.Г. Бартенева - М.: Химия, .1992. - 384 с.

4. Бартенев Г.М. Курс физики полимеров./ Г.М. Бартенев, Ю.В. Зеленев. - М.: Химия, 1976. - 288 с.

5. Бартенев Г.М. Физика и механика полимеров. / Г.М. Бартенев, Ю.В. Зеленев. - М.: Высшая школа, 1983.- 391 с.

6. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. - М.: Химия, 1972.-240с.

7. Белый В.А. Трение и износ материалов на основе полимеров / В.А. Белый, А.И. Свириденок, М.И. Петраковец и др. - Минск: Наука и техника, 1976.-430 с.

8. Бондаренко С.И. Вопросы современного моделирования двух- и трехкомпонентных полимерных композиционных материалов / С.И. Бондаренко, В.М. Барановский // Киев, 1990. - 10 с. Деп. в УкрНИИНТИ 02.10.90.-№ 1636-Ук90.

9. Брандон Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. / Д. Брандон, У. Каплан. - М.: Техносфера, 2004. - 384 с.

10. Бузник В.М. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства, применение). / В.М. Бузник, В.М. Фомин, А.П. Алхимов и др. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. - 260 с.

11. Васильев B.B. Конструкция военных гусеничных машин. Теория движения / В.В.Васильев [и др.]. - Омск: ОФ ВА МТО, 2013. - 436 с.

12. Виноградов A.B. Износостойкость дисперснонаполненного политетрафторэтилена и критические концентрации ультрадисперсного наполнителя / A.B. Виноградов, A.A. Охлопкова // Трение и износ. -1995.-Т.16 -№5.- С. 931-937.

13. Вундерлих Б. Теплоемкость линейных полимеров. / Б. Вундерлих, Г. Баур - Мир: Москва, 1972. - 238 с.

14. Вундерлих Б.. Физика макромолекул. Т. 1. Кристаллическая структура, морфология, дефекты. / Пер. С англ. Ю.К. Годовского и B.C. Папкова. - М.: Мир, 1976.- 624 с.

15. Гладенко A.A., Зябликов B.C., Калистратова Л.Ф и др. Структурная модификация материалов.металлополимерных систем // Трение и износ, т. 19, №4, 1998, С. 523-528

16. КоршакВВ. Технология пластических масс.-М: Химия, 1976.-608 с.

17. Гоулдстейн Дж. Растовая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин и др. -: Мир, 1984. Кн. 1-303 с.

18. Гуль В.Е. Структура и механические свойства полимеров. / В.Е. Гуль, В.Н. Кулезнев - М.: Высш. Школа, 1979. - 352 с.

19. Егорова В. А. Повышение эффективности структурной модификации политетрафторэтилена скрытокристаллическим графитом путем ограничения теплового расширения при спекании - дисс. к.т.н. 05.02.01 / Егорова Виктория Александровна. - Омск, 2008. - 156 с.

20. Елецкий А.Б. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе // Успехи физических наук. - 2007.-т.177.-№3.-С.233-274

21. Журавлев В.А. Термодинамика необратимых процессов. - М.: Химия, 1972.-240 с.

22. Истомин Н.П., Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров. - М.: Наука, 1981. -146 с.

23. Калистратова Л.Ф., Машков Ю.К., Ярош Э.М. Высокотемпературные рентгенографические исследования композиционных материалов на основе политетрафторэтилена. - М.: Деп. в ВИНИТИ № 4547-В88, 1988, 15с.

24. Каргин В.А. О зародышевом механизме действия твердых частиц в кристаллизующихся полимерах / В.А. Каргин, Т.И. Соголова, Т.К. Шапошникова// Высокомол. соед. - 1965. - Т. 7 - № 3. - С. 385- 388.

25. Кербер М.Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие. / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др. // под ред A.A. Берлина. - СПб.: Профессия. - 2008. - 560 с.

26. Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уплотнении гидравлических систем. / Л.А. Кондаков. - М.: Машиностроение. 1982.- 216 с.

27. Кондаков Л,А. Уплотнения и . уплотнительная техника. Справочник./ Л.А.Кондаков, А.И. Голубев и др. - М.: Машиностроение. 1994.-448с. .

28. Коршак В. В. Технология пластических масс. -М.: Химия, 1976. - 608 с.

29. Кропотин О.В. Особенности влияния армирующего углеродного волокна на структуру и некоторые физико-механические свойства композиционных материалов на основе политетрафторэтилена: Дис... канд. техн. наук. - Омск, 1997.- 187 с.

30. Кропотин О.В. Разработка полимерных композитов триботехнического назначения с микроразмерными модификаторами / О.В. Кропотин, Ю.К. Машков, В.А. Егорова, O.A. Кургузова // Омский научный вестник. - 2013. № 2, - С. 92-94. . ' , -

31. Кропотин О.В. Создание полимерного антифрикционного нанокомпозита на основе политетрафторэтилена с повышенной износостойкостью / О.В. Кропотин, Ю.К. Машков, O.A. Кургузова // Омский научный вестник. - 2013. № 2, - С. 86-90.

32. Крыжановский B.K. Прикладная физика полимерных материалов. /

B.К. Крыжановский, В.В. Бурлов - СПб.: Изд-во СПбГТИ (ТУ), 2001. - 261 с.

33. Крыжановский В. К. Технология полимерных материалов. - СПб.: Профессия, 2008. - 534 с.

34. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. -М.: Химия, 1991.-260 с.

35. Липатов Ю.С. Вязкоупругость полимерных композитов, содержащих дисперсные и волокнистые наполнители // Механика композитных материалов. - 1980. - №5. -.С. 808-822.

36. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. - Киев: Наук, думка, 1980.- 260 с.

37. Липатов Ю.С. Методика исследования вязкоупругих свойств гетерогенных полимерных систем / Ю.С. Липатов, В.Б. Росовицкий, В.Ф. Бабич // Новые методы исследования полимеров. - Киев: Наук, думка, 1975.-

C. 106-118.

>

38. Липатов Ю.С., Шилов В.В. и др. Рентгенографические методы изучения полимерных систем. - Киев: Наук. Думка, 1982. - 296 с.

39. Мамаев O.A. Повышение надежности герметизирующих устройств ходовой части многоцелевых гусеничных и колесных машин - дисс. к.т.н. 05.02.01 / Мамаев Олег Алексеевич. - Омск, 2000. - 137 с.

40. Мамаев O.A. Разработка и исследование полимерных композиционных материалов для уплотнительных элементов герметизирующих устройств транспортных машин/ O.A. Мамаев, Ю.К. Машков, Л.Ф. Калистратова, Р.И. Косаренко/Юмский научный вестник.-2007. №2, - С. 88-93.

41. Марихин В.А. Надмолекулярная структура полимеров. / В.А. Марихин, Л.П. Мясников - Л.: Химия, 1977. - 240 с.

42. Марков A.B. Принципы выбора полимерных материалов для изготовления изделий. / A.B. Марков, C.B. Власов // Полимерные материалы. Изделия. Оборудование. Технологии. - 2004 - № 6-8 - С. 17-19; 26, 28, 29; 20.

43. Миркин JI.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. - М.: Физматгиз, 1961.- 863 с.

44. Машков Ю.К. Трибофизика и свойства наполненного фторопласта. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997. - 192 с.

45. Машков Ю.К. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Структурная модификация. / Ю.К. Машков, З.Н. Овчар, В.И. Суриков и др.. - М.: Машиностроение, 2005. - 240 с.

46. Машков Ю.К. Полимерные композиционные материалы в триботехнике./ Ю.К. Мащков, З.Н.Овчар, М.Ю. Байбарацкая, O.A. Мамаев. -М: Недра.-2004.-262 с.

47. Машков Ю.К. Трение и модифицирование материалов трибосистем. / Ю.К Машков, КН. Полещенко, С.Н Поворознюк, ПВ. Орлов. - М: Наука, 2000. -280 с.

48. Машков Ю.К. Структура и износостойкость модифицированного политетрафторэтилена / Ю.К. Машков, Л.Ф. Калистратова, З.Н. Овчар. -Науч. изд. - Омск: Изд-во .ОмГТУ, 1998. - 144 с.

49. Машков Ю.К., Кропотин О.В. Трибофизика и структурная модификация материалов трибосистем: Монография. - Омск,2009.-324 с.

50. Машков Ю.К., Калистратова Л.Ф., Овчар З.Н. Структура и износостойкость модифицированного политетрафторэтилена. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998. - 144 с.

51. Машков Ю.К. Структура и износостойкость модифицированного политетрафторэтилена/ Ю.К. Машков, Л.Ф. Калистратова, З.Н. Овчар.-Омск:Изд-во ОмГТУ, 1998.-144 с.

52. Машков Ю.К., Калистрова А.Ф., Мамаев O.A. и др. Повышение эксплуатационных свойств копозитов на основе ГТГФЭ. Часть 1. Влияние состава наполнителей на структуру и свойства композитов // Трение и износ.-2002.т.23,№3.- С. 181-187.

53. Машков^Ю.К. Разработка и оптимизация новых материалов и технологий для металлополимерных узлов трения микрокриогенной техники с использованием структурного анализа и термодинамических критериев: Дис.... докт. техн. наук. - Омск, 1990.- 387 с.

54. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. - М.: Физматгиз, 1961.- 863 с.

55. Михайлин Ю.А. Фторопласты // Полимерные материалы. Изделия. Оборудование. Технологии. - 2004. - № 2(57). - С.24-27.

56. Михайлин Ю.А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы.- СПб.: Профессия, 2006. - 624 с.

57. Моделирование контактного взаимодействия элементов системы «наполнитель - полимер» при различных условиях термообработки композиционного материала / Ю. К. Машков [и др.] // Материаловедение. -2008.-№6.- С. 13-20.

58. Мэтьюз Ф. Композитные материалы. Механика и технология. / Ф.Мэтьюз, Р.Ролингс. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.

59. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Справочное пособие / Под ред. Г.С. Каца и Д.В. Милевски: пер. с англ. под ред. П.Г. Бабаевского. - М.: Химия, 1981. - 736 с.

60. Охлопкова A.A. Пластики, • наполненные ультрадисперсными неорганическими соединениями: науч. изд. / A.A. Охлопкова, A.B. Виноградова, Л.С. Пинчук - Гомель, 1999. - 162 с.

61. Охлопкова A.A. Трибохимические и триботехнические исследования полимерных композиционных материалов / A.A. Охлопкова, П.Н.Петрова, С.Н.Попов - Журнал Российского химического общества им. Д.И.Менделеева, 2008. - № 3.

62. Охлопкова A.A., Летрова П.Н., Гоголева О.В., Федоров А.Л. Фторполимерные композиты триботехнического назначения // Трение и износ, Т.28, №6,2007. - С. 627-633

63. Охлопкова A.A. Трибологические и механические характеристики модифицированного политетрафторэтилена/А.А.Охлопкова, Т.Н. Сидоренко, A.B. Виноградов // Трение и износ. - 1996. - Т. 17 - №4 - с. 550-553.

64. Паншин Ю.А. Фторопласты / Ю.А. Паншин, С.Г. Мапкевич, У.С. Дунаевская.- Л.: Химия, 1978,- 230 с.

65. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. -М.: Химия, 1973. - 296 с.

66. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров.- М: Химия, 1978.544с.

67. Перепечко И.И. Падение динамического модуля сдвига и плотности политетрафторэтилена при его ориентации. / И.И. Перепечко, О.В. Старцев //Высокомол. соед. - Сер.Б. - 1976. - Т. 18. - №4. - С. 235-237.

68. Полещенко К.Н. Основы нанонауки и перспективы нанотехнологий: Учебное пособие (часть 1). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - 80 с.

69. Привалко В.П. Плавление и кристаллизация наполненных полимеров // Физикохимия многокомпонентных полимерных систем: В 2 т. / Т. 1: Наполненные полимеры. - Киев: Наук, думка, 1986.- С. 106-129.

70. Пугачев А.К., Росляков O.A. Переработка фторопластов в изделия. Технология и оборудование. - Л.: Химия, 1987. - 168 с.

71. Релаксационные явления в полимерах / Под ред. Г.М. Бартенева и Ю.В. Зеленева. - Л.: Химия, 1972.- 376 с.

72. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в

i i

задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981.-110 с. !

73. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями: учеб. Пособие для вузов - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Дрофа, 2006. -175 с.

74. Соломко В.П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. - Киев: Наук, думка, 1980. - 264 с.

75. Соломко В.П. Модифицирование структуры и свойств кристаллизующихся полимеров // Химия и технология высокомолек. соед. -1975.-У. 7.-С. 115-117.

76. Старцев О.В. Исследование влияния углеродного наполнителя на молекулярную подвижность и структуру полиамида-12 // Высокомол. соед. Сер. А. - 1983. - Т. 25, № 11.- С. 2267-2273.

77. Суриков В.И. Повышение эксплуатационных свойств композитов на основе политетрафторэтилена путем структурной многоуровневой модификации: Дис. ... д-ра тех. наук: 05.02.01. - Омск, 2001.-363 с.

78. Трение и модифицирование материалов трибосистем/ Ю.К. Машков, К.Н. Полещенко, С.Н. Поворознюк, П.В. Орлов.-М.:Наука, 2000.-280с.

79. Ферри Дне. Вязкоупругие свойства полимеров: Пер. с англ. под ред. В.Е. Гуля. - М.: Издатинлит, 1963.- 535 с.

80. Френкель С.Я. Проблема складывания и некоторые вопросы структурной механики ориентированных полимерных систем // Под ред. Джейл Ф. Полимерные монокристаллы. - Л.: Химия, 1968.- С. 524-542.

81. Фторполимеры:. пер. с англ. под ред. И.Л. Кнунянца, В.А. Пономаренко / под ред. Л. Уолла. - М.: Мир, 1975.- 444 с.

82. Фторопласты. Каталог. Черкассы: Изд. НИИТЭХПМ, 1983. - 209 с.

83. Чегодаев Д.Д. Фторопласты / Д.Д. Чегодаев, З.К. Наумова, У.С. Дунаевская. -М.: Химия, 1960. - 192 с.

84. Чигвинцев Н.В. Вязкоупругие и теплофизические свойства политетрафторэтилена с наполнителями / Н.В. Чигвинцев, Вал. И. Суриков, Вад. И. Суриков и др. // Проблемы машиностроения и металлообработки. -Омск: ОмПИ. - 1992. - С. 31-33.

85. Aderikha V.N. Effekct of filler surface properties on structure, mechanical and tribological behavior of PTFE-carbon black composites / V.N.Aderikha, V.A.Shapovalov // Wear. - 2010. - № 268. - P. 1455-1464.

86. Golchin A. Break-away friction of PTFE materials in lubricated conditions / A. Golchin, G.F. Simmons, S.B.Glavatskih // Tribology International. -2012. -№48. -P. 54-62.

87. Mashkov Yu. K. Multilevel structural modification of polymeric composite material at synthesis and frictional loading /Yu. K. Mashkov, V.I. Surikov, L.F. Kalistratova // Abstracts VI International Conference « Computer-Aided of Design of Advanced Materials and Technologies».- Tomsk: ISP @ MSSB of Russian Academy of Sciences. - 2001. - P. 67-68.

88. McCrum N.G. The, low temperature transition in polytetrafluoroethylene // J. Polimer Sci. - 1958. - V.27. - P. 555-597.

89. McCrum N.G. An internal friction study of polytetrafluoroethylene // J. Polimer Sei.- 1959. - V.34. - P. 355-369.

90. Stan F. Study of stress relaxation in polyteyrafluoroethylene composites by cylindrical macroindentation / F.Stan, C.Fetecau // Composites. - 2013/ - № 47. - Part B. - P. 298-307.

91. Wang C. Polymers containing fullerene or carbon nanotube structures / C. Wang [et. al.] // Progress in Polymer Science. - 2004. - № 29. - P. 1079-1141.

92. Патент РФ №2047799, МКИ F 16 J 15/32. Герметизирующее устройство/Ю.К.Машков-Опубл. 10.11.1995,Бюл.№31.

93. Патент РФ №2265767, МКИ F 16 J 15/32.Герметизирующее устройство/ Ю.К. Машков, О.А.Мамаев, В.Р. Эдигаров-ОпублЛО. 12.2005, Бюл. № 34.

94. Патент РФ №2285172, МКИ F 16 J 15/32. Герметизирующее устройство/Ю.К. Машков, З.Н.Овчар-Опубл. 10.10.2006,Бюл.№28.

95. Патент на изобретение 2307130 Cl. Полимерный антифрикционный композиционный материал [Текст] / Ю.К. Машков, O.A. Мамаев, З.Н. Овчар, B.C. Зябликов (RU). - № 2006111109/04; заявл. 05.04.2006; опубл. 27.092007, Бюл. № 27 - 3 с.