Влияние наполнителей на триботехнические и эксплуатационые характеристики композиционных материаллов на основе политетрафторэтилена

ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ и Эксплуатационые ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА

, зав. лабораторией

Уникальность физико-механических свойств политетрафторэтилена (ПТФЭ) обуславливает его широкое применение в промышленности, прежде всего в качестве основы антифрикционных материалов для деталей узлов трения, работающих в агрессивных средах и в тяжело нагруженных трибосистемах. ПТФЭ имеет самый низкий и стабильный среди полимерных материалов коэффициент трения, но его износостойкость при этом невысока. Решить данную проблему позволяет модификация ПТФЭ, в частности, путем введения в него наполнителей.

Основным требованием, которому должен удовлетворять наполнитель для ПТФЭ, является способность выдерживать нагрев до температуры, при которой происходит спекание изделий из ПТФЭ.

Оптимальный комплекс свойств наполненных фторполимеров определяется выбором наполнителя по дисперсности, топологии его поверхности, соотношению наполнителя и полимера, технологией смешения наполнителя с полимером и технологией переработки полученной композиции в изделия. В каждом случае важно выбрать как вид наполнителя, так и его количество.

В качестве наполнителей чаще всего применяют стеклянное волокно, асбест, бронзу, свинец, кварц, дисульфид молибдена, диоксид титана, оксид алюминия, графит и др. Наиболее распространенные наполнители можно разделить на следующие группы:

Порошкообразные:

а) металлические - медь, серебро, свинец, никель, бронза, олово, алюминий;

б) минеральные - кварц, стеклопорошок, ситал, керамика, слюда, каолин и др.;

в) органические - графит, сажа, уголь, кокс.

Волокнистые (армирующие наполнители):

а) нетканые - стекловолокно, асбестовое, графитовое, кварцевое, базальтовое волокно, металлические усы и др;

б) тканые - стеклоткани, графитовые, асбестовые и базальтовые ткани.

ПТФЭ с добавлением 20% кокса по сравнению с ненаполненным имеет в 600 раз большую износостойкость и на треть большую жесткость. Он рекомендуется для изготовления уплотнений подвижных соединений и элементов антифрикционного назначения; пригоден для работы в условиях высокого вакуума, в среде углеводородных газов, сухого воздуха, жидких углеводородов, растворителей.

Дисульфид молибдена применяется как вторичный наполнитель в виде добавки к стекловолокну, коксу или бронзе в небольшом количестве - 2-5%, понижая износ композиции и позволяя использовать ее для работы при абсолютном отсутствии влаги, в глубоком вакууме, в сухих газах. Повышение износостойкости композиций с дисульфидом молибдена объясняется тем, что дисульфид молибдена участвует в образовании пленки ПТФЭ, намазывающейся на контртело, и делает ее более прочной, что, в конечном счете, уменьшает износ.

В качестве наполнителя графит используется самостоятельно или как добавка к другому наполнителю, в основном к стекловолокну, а иногда к коксу в количестве до 5%. Так как графит не может работать на трение в условиях полного отсутствия влаги, он применяется как наполнитель для материалов, работающих в среде влажных газов и непригоден для эксплуатации в вакууме или в сухих газах.

Хорошим наполнителем, присутствующим в большинстве марок наполненного ПТФЭ в том или ином количестве, вместе с другими наполнителями, является стеклянное волокно. При введении стекловолокна повышается износостойкость материала более чем в 250 раз и в 1,5 раза увеличивается сопротивление ползучести. Материал стоек к любым агрессивным средам, хорошо работает в среде сухих агрессивных газов. При использовании в качестве наполнителей кремнезема, асбестовой ткани, металлической ваты увеличивается жесткость композита, уменьшается относительная деформация при невысоких коэффициентах трения. Введение 30-40% мелкорубленого стекловолокна повышает стабильность размеров при водопоглощении и усадке, теплостойкость, уменьшает коэффициент линейного расширения.

Высокомодульные углеродные волокна являются очень перспективными наполнителями, обладающими высоким модулем упругости и прочности, малой плотностью, высокой электропроводностью (благодаря чему их можно использовать в качестве нагревательных элементов), низким коэффициентом трения и термического расширения, а также высокой химической и коррозионной стойкостью при обычных условиях.

Введение во фторопласты таких наполнителей, как бронза, коксовая мука, карбид титана, силициды металлов, позволяет в раз уменьшить износ уплотнительного узла, в несколько раз увеличить теплопроводность, в 5-10 раз увеличить прочность при сжатии и твердость.

Таким образом, выявление закономерностей влияния наполнителей на триботехнические и эксплуатационные характеристики композиционных материалов на основе политетрафторэтилена позволяет управлять служебными свойствами материалов, что в свою очередь является одной из важнейших проблем современного материаловедения.

Работа выполнена под руководством доцента