Изнашивания полимерных

При линейном изменении износа во времени данное условие удобно выражать через скорость изнашивания отдельных сопряжений у*:

Таким образом, получена зависимость выходного параметра изделия X — Ак (точность обработки) от износа отдельных элементов системы. Для дальнейшего анализа более удобно привести эту зависимость к виду, когда Дк является функцией одного аргумента — износа одного из сопряжений V. Для этого определяется соотношение скоростей изнашивания отдельных звеньев и выражается их износ через износ одного из звеньев.

ного параметра по скорости изнашивания отдельных сопряжений. В этом случае определение при испытании скорости изменения параметра <ух должно служить проверкой правильности проведен* ных расчетов и примененной зависимости <\>х = f (ViVa •» *У*)» где Y* — скорость изнашивания отдельных сопряжений. При этом проверяется не только скорость изменения выходного параметра, но и скорость изнашивания отдельных сопряжений.

Поэтому часто трудно оценить даже средние значения сроков службы или скоростей изнашивания отдельных деталей и сопряжений и по ним — потребность в объеме запасных частей.

Пусть в результате изнашивания отдельных поверхностей изменяется параметр, лимитирующий работоспособность изделий. Например, за критерией отказа может быть принята величина зазора в сопряжении поршень-цилиндр, зависящая от величин износа поршня и поверхности цилиндра. Для такого физического параметра (при определенных условиях) можно написать, что х = а + Ы, где а и b — случайные параметры. Для данного примера за а принимается начальная величина зазора, за b — скорость изнашивг-ния. Будем считать, что отказ наступает, когда х > а.

Капитальный ремонт вызывается разной степенью изнашивания отдельных составных частей основных фондов в связи с различной интенсивностью их использования. Посредством капитального ремонта осуществляется восстановление по частям основных фондов в их первоначальной натуральной форме.

2. Для оценки скорости изменения выходного параметра ух надо установить ее аналитическую зависимость от скоростей изнашивания отдельных элементов машины:

Для получения этих данных, помимо специальных методов расчета, необходимо иметь сведения о скоростях изнашивания отдельных сопряжений. Эти значения получаются как путем обработки результатов эксплуатационных наблюдений за износом сопряжений у аналогичных моделей машины (прототипов разрабатываемой конструкции), так и при использовании специальных методов физико-статистического моделирования

вляющих из пластмасс на салазках суппорта. Блоки наиболее изнашиваемых зубчатых колес делают составными (при неодинаковой скорости изнашивания отдельных венцов).

Пусть в результате изнашивания отдельных поверхностей изменяется параметр, лимитирующий работоспособность изделий. Например, за критерией отказа может быть принята величина зазора в сопряжении поршень-цилиндр, зависящая от величин износа поршня и поверхности цилиндра. Для такого физического параметра (при определенных условиях) можно написать, что x=a + bt, где а и b — случайные параметры. Для данного примера за а принимается начальная величина зазора, за b — скорость изнашивг-ния. Будем считать, что отказ наступает, когда х > а.

Тем не менее вследствие колебаний в интенсивности изнашивания отдельных элементов фактическая линия суммированного износа машины в общем случае будет иметь большое количество отклонений от прямой, что наряду с величиной этих отклонений и будет характеризовать неустановившийся режим изнашивания машины.

Ряд интересных особенностей фрикционного взаимодействия определяется характером поведения тонких поверхностных слоев полимерных материалов. Вид и кинетика образования пленок фрикционного переноса у полимеров определяют величину коэффициента трения и интенсивности изнашивания, в особенности в контакте с металлами, ко-гезионная прочность которых значительно выше, чем у полимеров. При исследовании трения и изнашивания полимерных материалов установлена связь фрикционных характеристик с такими фундаментальными характеристиками материала, как энергия химической связи, спектры поглощения электромагнитного излучения и т.д. Чрезвычайно интересно открытие Е.А. Духовским, А.А. Силиным и др. у полимерных материалов явления аномально низкого трения, возникающего при облучении поверхностей трения частицами высокой энергии. Это открытие в явном виде обнаружило связь характеристик фрикционного взаимодействия с энергетическим состоянием поверхностного слоя твердого тела. Названная связь наблюдается и при обработке поверхностных слоев потоками частиц высоких энергий (ионное, электронное и лазерное облучение). Установлено снижение коэффициента трения в метал-лополимерной паре трения в 2-2,5 раза при ионной имплантации ионов молибдена, меди, дисульфида с энергией 40-100 кэВ в стальные, алюминиевые и титановые контртела, связанное с изменением структурно-энергетического состояния [33, 34]. В металлогюлимерной паре трения сталь-фторопласт-4 действует смешанный механизм адгезии, в котором присутствуют названные выше процессы. Подтверждение этому можно найти в ряде работ А.В. Белого, К).А. Евдокимова, В.Г. Савкина, В.А. Смургова и др.. посвященных исследованию различных механизмов адгезионного взаимодействия металлической и полимерной фаз.

В целях изучения механизма трения и изнашивания полимерных материалов были выполнены исследования структурно-фазовых превращений при трении в поверхностном слое образцов из композиционных материалов на основе ПТФЭ, содержащих в качестве наполнителей порошки кокса, бронзы, окиси свинца, дисульфида молибдена и измельченные углеродные волокна [13]. Исследование структурно-фазовых превращений выполняли на образцах, подвергнутых различному уровню внешних энергетических воздействий за счет изменения скорости скольжения, контактного давления и температуры окружающей среды при трении. Методом рентгеноструктурного анализа исследовали поверхностные слои образцов из композиционного материала криолон-3, прошедших испытание при контактном давлении 2 МПа, температуре окружающей среды 300 К, скоростях скольжения 0,6; 1,0; 1,25 и 1,9 м/с. Затем изучали влияние контактного давления в интервале от 1 до 4 МПа при V = const и Т = const на характер структурно-фазовых изменений в поверхностном слое материала. Учитывая широкий интервал эксплуатационных температур узлов трения, исследовали также влияние температуры окружающей среды в интервале от 173 до 353 К при постоянных Р и V. В целях изучения характера структурно-фазовых изменений в процессе длительного трения исследовали образцы после трения в течение 3, 6, 12, 20, 28 и 52 часов.

кой системы. Пленка фрикционного переноса, в свою очередь, находится в состоянии фрикционного взаимодействия с полимерным телом, при этом в результате значительного их сближения под действием внешних нагрузок до расстояния, характерного для межмолекулярного взаимодействия, на границе раздела этих фаз также реализуются процессы энерго- и массопереноса. Этому способствуют образующиеся на взаимодействующих поверхностях под влиянием повышенных температур высокоподвижные диссипативные трибоструктуры полимера (типа термотропных жидкокристаллических структур). В этих условиях трение происходит по межфазной границе двух полимерных фаз одной системы, близких друг другу по составу и свойствам (это показано рентгеноструктурным исследованием поверхностных слоев). Поэтому изменение характеристик термодинамических процессов и свойств системы происходит здесь монотонно, и система может быть описана непрерывными функциями состояния. Следует добавить, что изнашивание в трибосистеме, т.е. разрушение материала, сосредоточивается на этой же межфазной границе, поскольку частицы износа образуются из частиц износа полимерной пленки фрикционного переноса и полимерной детали. В результате фрикционного взаимодействия, повышения температуры, термодеструкции и изнашивания полимерных фаз на межфазной границе создается источник термодинамических потоков энергии и вещества, диссипация которых окружающей средой делает трибосистему открытой. Это обстоятельство позволяет использовать для анализа и описания системы законы и математический аппарат неравновесной термодинамики.

Полимерные материалы имеют свои особенности взаимодействия с абразивной средой. Механизм абразивного изнашивания полимерных материалов определяется степенью их эластичности. В высокоэластичный материал: резину, вулкан, полиуретановый вулканизат и др. — абразивные частицы легко вдавливаются, не вызывая пластической деформации даже при глубоком внедрении. Не касаясь сложной картины напряженного состояния в полимере, нетрудно представить себе, что сила трения впереди зерна вызывает сжатие, а сзади него - растяжение. Под действием многократных растягивающих напряжений появляются микродефекты (разрывы межмолекулярных и химических связей) и разрывы. Часть материала уносится с поверхности с образованием волнообразного рельефа из выступов и впадин в направлении, перпендикулярном движению абразива, образуя своеобразную текстуру поверхности. При дальнейшем трении под влиянием переменных растягивающих напряжений первичные выступы неровностей изнашиваются, но волнистый рельеф поверхности сохраняется.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИЗНАШИВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

C. Б. Ратнер. Методы оценки изнашивания полимерных материалов .... 106

Знание механизма трения и изнашивания полимерных материалов, общих закономерностей этих явлений и их связи со свойствами и структурой

Механизм абразивного изнашивания полимерных материалов определяется степенью их эластичности. В высокоэластичный материал—резину, вулкаллан, полиуретановый вулканизат и другие абразивные частицы легко вдаливаются, не вызывая пластической деформации даже при глубоком внедрении. Абразивное зерно, перемещаясь по поверхности, прилагает к ней силы трения. Не касаясь сложной картины напряженного состояния в материале, нетрудно представить себе, что силы трения впереди зерна вызовут сжатие, а сзади него — растяжение. Под действием многократных растягивающих напряжений происходят микроразрывы, часть материала с поверхности уносится с образованием волнообразного рельефа из выступов и впадин в направлении, перпендикулярном движению абразива (рис. П16). Такая текстура наблюдалась рядом исследователей, например Ш. М. Биликом.

Ряд интересных особенностей фрикционного взаимодействия определяется характером поведения тонких поверхностных слоев полимерных материалов. Вид и кинетика образования пленок фрикционного переноса у полимеров определяют величину коэффициента трения и интенсивности изнашивания, в особенности в контакте с металлами, ко-гезионная прочность которых значительно выше, чем у полимеров. При исследовании трения и изнашивания полимерных материалов установлена связь фрикционных характеристик с такими фундаментальными характеристиками материала, как энергия химической связи, спектры поглощения электромагнитного излучения и т.д. Чрезвычайно интересно открытие Е.А. Духовским, А.А. Силиным и др. у полимерных материалов явления аномально низкого трения, возникающего при облучении поверхностей трения частицами высокой энергии. Это открытие в явном виде обнаружило связь характеристик фрикционного взаимодействия с энергетическим состоянием поверхностного слоя твердого тела. Названная связь наблюдается и при обработке поверхностных слоев потоками частиц высоких энергий (ионное, электронное и лазерное облучение). Установлено снижение коэффициента трения в метал-лополимерной паре трения в 2-2,5 раза при ионной имплантации ионов молибдена, меди, дисульфида с энергией 40—100 кэВ в стальные, алюминиевые и титановые контртела, связанное с изменением структурно-энергетического состояния [33, 34]. В металлополимерной паре трения сталь—фторопласт-4 действует смешанный механизм адгезии, в котором присутствуют названные выше процессы. Подтверждение этому можно найти в ряде работ А.В. Белого, Ю.А. Евдокимова, В.Г. Савкина, В.А. Смургова и др., посвященных исследованию различных механизмов адгезионного взаимодействия металлической и полимерной фаз.

Механизм изнашивания полимерных материалов имеет свои особенности, определяемые их строением и свойствами. Объемная и поверхностная прочности полимерных материалов характеризуются их структурно-чувствительными свойствами и резко изменяются в зависимости от состояния материала, вида и параметров внешнего воздействия, температуры и условий окружающей среды. Полимеры имеют более сложное структурное строение, чем металлы. В полимерах, как правило, одновременно присутствуют аморфная и кристаллическая фазы: надмолекулярная структура характеризуется большим разнообразием молекулярных образований (цепи, глобули, фибриллы и т.д.).

В целях изучения механизма трения и изнашивания полимерных материалов были выполнены исследования структурно-фазовых превращений при трении в поверхностном слое образцов из композиционных материалов на основе ПТФЭ, содержащих в качестве наполнителей порошки кокса, бронзы, окиси свинца, дисульфида молибдена и измельченные углеродные волокна [13]. Исследование структурно-фазовых превращений выполняли на образцах, подвергнутых различному уровню внешних энергетических воздействий за счет изменения скорости скольжения, контактного давления и температуры окружающей среды при трении. Методом рентгеноструктурного анализа исследовали поверхностные слои образцов из композиционного материала криолон-3, прошедших испытание при контактном давлении 2 МПа, температуре окружающей среды 300 К, скоростях скольжения 0,6; 1,0; 1,25 и 1,9 м/с. Затем изучали влияние контактного давления в интервале от 1 до 4 МПа при V — const и Т - const на характер структурно-фазовых изменений в поверхностном слое материала. Учитывая широкий интервал эксплуатационных температур узлов трения, исследовали также влияние температуры окружающей среды в интервале от 173 до 353 К при постоянных Р и V. В целях изучения характера структурно-фазовых изменений в процессе длительного трения исследовали образцы после трения в течение 3, 6, 12, 20, 28 и 52 часов.