Основные положения теории трения полимерных материалов. Металлополимерные системы. Основные закономерности изнашивания
- Главная
- Физика
- Основные положения теории трения полимерных материалов. Металлополимерные системы. Основные закономерности изнашивания
Содержание
- 2. Ц е л ь лекции: Получить понятие о теории и закономерностях трения полимерных материалов, металлополимерных системах
- 3. 11.1 Основные положения теории трения полимерных материалов. Полимеры — это природные и синтетические соединения, молекулы которых,
- 4. Типы структур
- 5. Типы структур
- 6. Современные композиционные материалы на основе полимеров позволяют повысить эксплуатационный ресурс и надежность машин, обеспечив при этом
- 7. Исследование механизма трения и изнашивания полимеров показало, что наиболее существенное влияние на фрикционные характеристики оказывают природа
- 8. Важный момент в проектировании новых полимеров — изучение влияния эффекта мономера и химической структуры полимера на
- 9. По данным ведущих мировых машиностроителей практически все функциональные детали тормозных систем для автомобилей и около 45%
- 10. Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного упоминания — это изготовление металлорежущего инструмента.
- 11. 11.2 Металлополимерные системы. Практически в любой технике можно встретить элементы, образующие пару трения металл-полимер: подшипники скольжения
- 12. Металлополимерная система — это совокупность по меньшей мере двух предназначенных для совместной работы тел, соединенных атомно-молекулярными
- 13. Полимеры обладают по сравнению с металлами более низким коэффициентом трения, меньше изнашиваются, малочувствительны к ударам и
- 14. Трение полимерных композиционных материалов сопровождается химическими реакциями окисления, процессами трибодеструкции и структурирования (изменения структуры материала при
- 15. При различных режимах трения возможен фрикционный перенос материалов, который заключается в переносе полимерного материала на металлическое
- 16. Установлено, что образование плёнки фрикционного переноса происходят благодаря адгезионным связям, возникающим при контакте полимера с металлом.
- 17. 11.3 Основные закономерности трения и механизмы изнашивания полимеров. Материалы на основе полимеров в большей степени, чем
- 18. Если полимерный материал имеет малую адгезию к стали, то неполярная жидкость снижает общую величину силы трения
- 19. Фрикционное взаимодействие сопровождается износом — характерным поверхностным разрушением материалов или остаточным изменением формы поверхности тела, происходящих
- 20. Адгезионное изнашивание. При определенных сочетаниях материалов и условиях эксплуатации наблюдается износ полимерных материалов, основу механизма которого
- 21. Усталостное изнашивание. В процессе многократного фрикционного деформирования происходит утомление материала в поверхностных слоях, в них образуются
- 22. Абразивное изнашивание. При определенном сочетании условий фрикционного нагружения и геометрии сопряженных поверхностей напряженно-деформированное состояние достигает предельных
- 23. Вообще же, характер и интенсивность изнашивания материалов на основе полимеров определяются следующими основными факторами: Природой материалов;
- 24. В области трения и износа материалов на основе полимеров накоплен большой опыт. Но, к сожалению, приходится
- 26. Скачать презентацию
Ц е л ь лекции:
Получить понятие о теории и закономерностях трения
Ц е л ь лекции:
Получить понятие о теории и закономерностях трения
11.1 Основные положения теории трения полимерных материалов.
Полимеры — это природные и
11.1 Основные положения теории трения полимерных материалов.
Полимеры — это природные и
Группа атомов, с помощью которой можно описать строение полимера, называется составным звеном. Составное звено, которое многократно повторяется, называют повторяющимся составным звеном, а группы на концах цепи — концевыми группами. Молекула полимера, состоящая из повторяющихся составных звеньев и концевых групп, называется макромолекулой.
Типы структур
Типы структур
Типы структур
Типы структур
Современные композиционные материалы на основе полимеров позволяют повысить эксплуатационный ресурс
Современные композиционные материалы на основе полимеров позволяют повысить эксплуатационный ресурс
До недавних пор широкому использованию полимерных материалов в машиностроении препятствовали два общепризнанных недостатка полимеров:
их низкая (по сравнению с марочными сталями) прочность
их низкая теплостойкость.
Рубеж прочностных свойств полимерных материалов удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло- и углепластикам.
Для повышения эксплуатационных характеристик полимерных материалов разрабатываются новые связующие с требуемыми характеристиками, многотоннажно выпускаемые материалы модифицируются функциональными добавками, трущиеся поверхности обрабатываются специальными методами
Исследование механизма трения и изнашивания полимеров показало, что наиболее существенное
Исследование механизма трения и изнашивания полимеров показало, что наиболее существенное
Для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости материала в состав связующего компонента обычно вводят от 0,1 до 40% сухих смазок — графита, сульфидов металлов, солей высших кислот, талька, слюды и др. Такие вещества обладают способностью образовывать на поверхностях трения легкоподвижные слои. В последние годы широкое распространение получил метод повышения фрикционных свойств полимерных материалов путем введения в их состав жидкофазных смазок и смазочных масел.
Важный момент в проектировании новых полимеров — изучение влияния эффекта
Важный момент в проектировании новых полимеров — изучение влияния эффекта
Приведем несколько примеров. Замена алюминиевого сплава графитопластиком при изготовлении предкрылка самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепежа — с 1464 до 8 болтов, снизить вес на 22%, стоимость — на 25%. При этом запас прочности изделия составляет 178%.
По данным ведущих мировых машиностроителей практически все функциональные детали тормозных
По данным ведущих мировых машиностроителей практически все функциональные детали тормозных
Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного
Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного
Еще один пример добавок в полимеры. Динамичное развитие спорта, пиковые нагрузки у ворот или у сетки приводят к тому, что трава не успевает подрасти от одного состязания до другого. И никакие ухищрения садовников не могут с этим справиться. На помощь могут прийти синтетические материалы, например, полиамидная пленка. Пленку толщиной 25 мкм нарезают на полоски шириной 1,27 мм, вытягивают, извивают, а затем переплетают так, чтобы получить легкую объемную массу, имитирующую траву. Во избежание загорания в полимер добавляют огнезащитные средства. Коврики из синтетической травы наклеивают на подготовленное основание — и травяной корт, футбольное поле или иная спортивная площадка готовы к использованию, а по мере износа отдельные участки игрового поля можно заменять новыми покрытиями.
11.2 Металлополимерные системы.
Практически в любой технике можно встретить элементы, образующие пару
11.2 Металлополимерные системы.
Практически в любой технике можно встретить элементы, образующие пару
Рассмотрим, с точки зрения трибологии, металлополимерную систему как пару трения металл - полимер. Пара трения - система из двух элементов, соприкасающиеся поверхности которых перемещаются друг относительно друга.
Пара трения металл - полимер представляет собой своего рода металлополимерную систему, отличную по свойствам и происходящим в ней процессам от пар металл - металл, полимер - полимер.
Металлополимерная система — это совокупность по меньшей мере двух предназначенных
Металлополимерная система — это совокупность по меньшей мере двух предназначенных
Металлополимерный материал — это полуфабрикат, состоящий из полимеров и металлов, соединенных между собой неподвижно атомно-молекулярными силами или механически, и предназначенный для изготовления деталей, узлов и конструкций (например, металлический листе полимерным покрытием).
Металлололимермая деталь — это элементарная (неделимая) часть конструкции или узла, изготовленная из полимеров и металлов или металлополимерного материала (например, металлополимерное зубчатое колесо).
Металлополимерный узел — это элемент конструкции, состоящий из металлических и полимерных или металлополимерных деталей, который может быть также использован в различных конструкциях. (например, металлаполимерный узел трения, скольжения, металлаполимерные уплотнительные узлы).
Полимеры обладают по сравнению с металлами более низким коэффициентом трения,
Полимеры обладают по сравнению с металлами более низким коэффициентом трения,
Полимер в паре трения металл - полимер используют непосредственно как тело трения, либо в виде покрытия - плёнки на поверхности другого материала, в основном металла. Чистые полимеры не используются в парах трения, для улучшения свойств в них вводят наполнители, пластификаторы, модификаторы и т.д., используют композиционные полимерные материалы.
Трение полимерных композиционных материалов сопровождается химическими реакциями окисления, процессами трибодеструкции
Трение полимерных композиционных материалов сопровождается химическими реакциями окисления, процессами трибодеструкции
При различных режимах трения возможен фрикционный перенос материалов, который заключается
При различных режимах трения возможен фрикционный перенос материалов, который заключается
Структура и свойства плёнки переноса имеют определяющее значение в механизме трения и изнашивания металлополимерных пар трения.
Исследования и опыт эксплуатации металлополимерных трибосопряжений показали, что удовлетворительная работа этих сопряжений возможна только при условии образования на металлическом контртеле устойчивой полимерной плёнки фрикционного переноса.
Установлено, что образование плёнки фрикционного переноса происходят благодаря адгезионным связям,
Установлено, что образование плёнки фрикционного переноса происходят благодаря адгезионным связям,
На первой стадии происходит перемещение молекул полимера к поверхности металла и их определённое ориентирование в межфазном слое, в результате которого обеспечивается тесный контакт между молекулами и функциональными группами полимера и металла.
Вторая стадия процесса состоит в непосредственном взаимодействии полимера и металла.
Изучению механизма образования плёнок фрикционного переноса посвящено много работ, но они, как правило, носят частный характер, так как в них исследуются отдельные виды полимерных и композиционных материалов.
11.3 Основные закономерности трения и механизмы изнашивания полимеров.
Материалы на основе полимеров
11.3 Основные закономерности трения и механизмы изнашивания полимеров.
Материалы на основе полимеров
Широкие исследования изменений коэффициента трения и характера скольжения при трении пластмасс по стали и одноименных пластмасс без смазки и со смазкой полярными и неполярными маслами показывают, что смазывающая среда (граничная смазка), например неполярная жидкость (диффузионное масло), снижает общую силу трения вследствие уменьшения площади непосредственного контакта трущихся поверхностей. Однако в результате внедрения под воздействием нагрузки неровностей стальной поверхности в полимерный материал и соответствующей деформации его поверхностных слоев при скольжении на определенных участках смазка вытесняется. В этом случае, если пластмасса обладает высокой адгезией к стали, в момент образования адгезионных мостиков сила сцепления может достичь высоких значений, что приводит к скачкообразному изменению силы трения.
Если полимерный материал имеет малую адгезию к стали, то неполярная жидкость
Если полимерный материал имеет малую адгезию к стали, то неполярная жидкость
Для полимеров в связи с их специфическими свойствами влияние смазки на коэффициент трения менее эффективно, чем для металлов, и традиционное применение смазки часто не приводит к ожидаемым результатам.
Фрикционное взаимодействие сопровождается износом — характерным поверхностным разрушением материалов или остаточным
Фрикционное взаимодействие сопровождается износом — характерным поверхностным разрушением материалов или остаточным
Внешние проявления износа полимерных материалов в значительной степени схожи с поверхностными явлениями, происходящими при изнашивании металлов. Это послужило основанием для многих исследователей применить к полимерам известные из опыта изучения износостойкости металлов теории и классификации. Обычно изнашивание полимерных материалов происходит вследствие сильного адгезионного взаимодействия, усталости, макросдвига, абразивного, термического и термоокислительного воздействия, коррозии, кавитации и т. д.
Происходящие в процессе фрикционного взаимодействия механическое, физическое и химическое взаимодействия контактирующих поверхностей, разрушение и рекомбинация молекул и структурных образовании приводят к изменению свойств граничных слоев и их разрушению.
Рассмотрим основные механизмы изнашивания полимерных материалов.
Адгезионное изнашивание. При определенных сочетаниях материалов и условиях эксплуатации наблюдается износ
Адгезионное изнашивание. При определенных сочетаниях материалов и условиях эксплуатации наблюдается износ
Фрикционный перенос оказывает благоприятное влияние па скорость изнашивания кристаллизующихся полимеров линейного строения, склонных к пластическому характеру деформирования. Жесткие аморфные полимеры плохо образуют слои переноса и в условиях трения без смазки интенсивно изнашиваются.
Усталостное изнашивание. В процессе многократного фрикционного деформирования происходит утомление материала в
Усталостное изнашивание. В процессе многократного фрикционного деформирования происходит утомление материала в
Согласно молекулярно-механической теории трения твердых тел, минимальное усталостное изнашивание реализуется при упругом характере контакта; интенсивность усталостного изнашивания при пластическом деформировании микронеровностей на несколько порядков выше. Такое соотношение сохраняется и для материалов на основе полимеров.
Абразивное изнашивание. При определенном сочетании условий фрикционного нагружения и геометрии сопряженных
Абразивное изнашивание. При определенном сочетании условий фрикционного нагружения и геометрии сопряженных
Абразивное изнашивание полимеров сопровождается трибохимическими процессами, инициируемыми в основном деструкцией.
Эрозионное изнашивание. Этот вид поверхностного разрушения материалов происходит в процессе скоростного обтекания изделия жидкой и газовой, в том числе высокотемпературной, средой (явление абляции), обычно содержащей абразивные частицы в виде песка, продуктов сгорания и т. д.
Эрозионное изнашивание наблюдается при эксплуатации водяных насосов, подводных деталей судов, лопаток дымососов и т. д.
Вообще же, характер и интенсивность изнашивания материалов на основе полимеров определяются
Вообще же, характер и интенсивность изнашивания материалов на основе полимеров определяются
Природой материалов;
Поверхностными и объемными механическими, физическими и химическими свойствами фрикционно-взаимодействующих тел;
Параметрами нагружения (величина и закон изменения нагрузки, скорость перемещения, наличие вибраций);
Макро- и микрогеометрией (форма, волнистость и шероховатость) контактирующих поверхностей;
Фрикционной температурой и параметрами внешней среды (температура, атмосферное воздействие, наличие смазки и химически активных реагентов, облучение, вакуум и т. д.).
В области трения и износа материалов на основе полимеров накоплен большой
В области трения и износа материалов на основе полимеров накоплен большой
Полимерные материалы вследствие специфики строения проявляют в процессе фрикционного взаимодействия характерные особенности, которые нужно учитывать в методах и конструкциях трибометров, при выборе основных факторов и назначении режимов исследования, а также при создании единой международной трибометрической системы.