Разработка и исследование антрифрикционного нанокомпозита для герметизации узлов трения в машинах агропромышленного комплекса
Автор: Чемисенко О.В., Темерева И.В., Степанова Т.Ю.
Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau
Рубрика: Процессы и машины агроинженерных систем
Статья в выпуске: 3 (51), 2023 года.
Бесплатный доступ
Создание антифрикционных износостойких полимернокомпозиционных материалов (ПКМ) для изготовления отдельных узлов и деталей оборудования - важнейшая задача для разных отраслей сельского хозяйства и промышленности. Использование многоцелевых антифрикционных самосмазывающихся ПКМ, особенно в узлах трения различных машин обеспечивают значительную надежность и долговечность триботехнических систем при одновременном снижении затрат на их изготовление, а также улучшают экологическую обстановку при их использовании. В настоящей работе описан технологический процесс синтеза композиционных наноматериалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) с наноразмерными наполнителями-модификаторами различной химической природы: 1) продукт переработки углеводородного сырья - технический углерод (ТУ) марки N 220; 2) Аэросил R 106 (диоксид кремния). Изготовление антифрикционных нанокомпозитов проводили по стандартной технологии холодного прессования компонентов с последующей термической обработкой прессованных заготовок. Отмечено существенное концентрационное влияние как отдельных нанокомпонентов, так и комплексного состава на триботехнические характеристики разработанных полимернокомпозиционных материалов. Минимальная скорость изнашивания ПКМ при фрикционном взаимодействии с металлическим контртелом без использования смазочного материала отмечается при использовании комплексных наполнителей. В результате проведенного исследования установлен оптимальный состав наноразмерных наполнителей-модификаторов различной химической природы для ПКМ на основе ПТФЭ: ТУ N 220 - 2,0 мас.%, Аэросил R 106 - 0,6 мас.% (образец № 3). Коэффициент трения образца - 0,065; скорость изнашивания - 2,3·10-4 г/ч, что ниже скорости изнашивания ПКМ с мономодификатором Аэросил R 106 на 17,9%, с мономодификатором ТУ марки N 220 - на 34,3%. Разработанный антифрикционный нанокомпозит может быть рекомендован в качестве герметизирующего уплотнения для узлов трения в колесной и гусеничной технике агропромышленного комплекса
Нанокомпозит, наномодификаторы, состав, концентрация, скорость изнашивания, коэффициент трения
Короткий адрес: https://sciup.org/142238707
IDR: 142238707 | УДК: 539.538:678.06:631.3.021
Development and research of antifriction nanocomposite for sealing friction units in agricultural machinery
The creation of anti-friction wear-resistant polymer composite materials (PCMs) for the manufacture of individual components and equipment parts is an important task for various branches of agriculture and industry. The use of multi-purpose antifriction self-lubricating PCMs, especially in the friction units of various machines, provides significant reliability and durability of tribotechnical systems while reducing the cost of their manufacture, and also improves the environmental situation when using them. This paper describes the technological process of synthesis of composite nanomaterials based on polytetrafluoroethylene (PTFE) with nanoscale fillers-modifiers of various chemical nature: 1) the product of processing of hydrocarbon raw materials - carbon black (CB) grade N 220; 2) Aerosil R 106 (silicon dioxide). The production of antifriction nanocomposites was carried out according to the standard technology of cold pressing of components followed by heat treatment of pressed blanks. A significant concentration effect of both individual nanocomponents and complex composition on the tribotechnical characteristics of the developed polymer composite materials was noted. The minimum wear rate of the PCM during frictional interaction with a metal counterbody without the use of lubricant was noted when using complex fillers. As a result of the conducted research, the optimal composition of nanoscale fillers-modifiers of various chemical nature for PCM based on PTFE was established: CB N 220 - 2.0 mas.%, Aerosil R 106 - 0.6 mas.% (sample No. 3). The coefficient of friction of the sample is 0.065; the wear rate is 2.3 ∙ 10-4 g/h, which is lower than the wear rate of the PCM with the monomodifier Aerosil R 106 by 17.9%, with the monomodifier CB N 220 - by 34.3%. The developed antifriction nanocomposite can be recommended as a seal for friction units in wheeled and tracked vehicles of the agro-industrial complex.
Список литературы Разработка и исследование антрифрикционного нанокомпозита для герметизации узлов трения в машинах агропромышленного комплекса
- Машков Ю.К., Чемисенко О.В., Малий О.В. Разработка износостойких нанокомпозитов для экстремальных условий эксплуатации в металлополимерных трибосистемах // Журнал технической физики. 2018. Т. 88, № 1. С. 42–45.
- Богун В.С., Бахарева В.Е., Анисимов А.Е. Подшипники скольжения из антифрикционных углепластиков для центробежных насосов энергетических установок // Вопросы материаловедения. 2010. № 1(61). С. 60–65.
- Машков Ю.К, Чемисенко О.В., Байбарацкая М.Ю., Кургузова О.А. Полимерные нано-композиты для экстремальных условий эксплуатации металлополимерных узлов трения ВГ и КМ // Транспортные средства специального назначения: разработка, производство и модернизация: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции. Омск. 2020. С. 202–212.
- Бабич Р. Наполнители для полимеров // Полимеры – деньги. 2006. № 3. С. 30–33.
- Vasiliev А., Lazareva N., Struchkova T., Okhlopkova A. Mechanical and Tribological Proper-ties of Polytetrafluoroethylene Modified with Com-bined Fillers: Carbon Fibers, Zirconium Dioxide, Sili-con Dioxide and Boron Nitride. Polymers. 2023;15(2):313. DOI: 10.3390
- Никитина А.В., Охлопкова А.А, Васильев А.П. Исследование влияния наноразмерного нитрида бора на свойства политетрафторэтилена // Наука, инновации и технологии: от идей к внедрению: материалы Международной научно-практической конференции. Комсомольск-на-Амуре. 2022. С. 329–333. DOI 10.17084/978-5-7765-1502-6-2022-329.
- Кропотин О.В., Машков Ю.К., Кургузова О.А. Создание полимерного антифрикционного нанокомпозита на основе политетрафторэтилена с повышенной износостойкостью // Омский научный вестник. 2013. № 2(120). С. 86–90.
- Аргунова А.Г. Разработка композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и углеродных волокон // Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «III Байкальский материаловедческий форум». Улан-Удэ. 2018. С. 151–153.
- Маркова М.А. Исследование влияния углеродных волокон и технологий получения композитов на свойства полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена // Перспективные материалы. 2020. № 11. С. 59–68.
- Чемисенко О.В. Разработка нанокомпозитов с различными наполнителями на основе продуктов нефтепереработки // Нефтехимия – 2019: материалы II Международного научно-технического и инвестиционного форума по химическим технологиям и нефтегазопереработке. Минск. 2019. С. 136–140.
- Барновский В.М., Задорина Е.Н., Крутилин В.М. Современные методы исследования полимерных материалов: экспериментальные методы исследования структуры, теплофизических свойств и газовыделения полимерных материалов: учеб. пособие. М.: МАИ, 1993. 61 с.
