Academic Centrehttps://doi.org/10.22364/mkm.58.5.06
А. А. Адамов1, И. Э. Келлер1, С. Г. Острер2, Д. В. Селетков3
1 Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия
2 ООО “АльфаТех”, Пермь, Россия
3 ООО “Пермский завод фторопластовых изделий”, Россия
Оценка работоспособности антифрикционных ПТФЭ-композитов при давлении свыше 60 МПа
I. Cравнение твердости и деформационных свойств в условиях свободного и стесненного сжатия
Полный текст: PDF (RUS)
Исследованы механические характеристики некоторых антифрикционных полимерных материалов при комнатной температуре для анализа их работоспособности в подшипниках опорных частей с шаровым сегментом. В опубликованной литературе не выявлено данных, отвечающих специфике работы антифрикционного слоя в подобных конструкциях ― высоким контактным давлениям (не менее 60 МПа) и возвратнопоступательному характеру трения по схеме плоскость по плоскости с полированной нержавеющей сталью в качестве контртела, что мотивировало проведение данного систематического исследования. По единой технологии сухого смешивания, прессования и свободного спекания подготовлено по шесть образцовтаблеток для каждого из 19 видов композитов на основе порошков политетрафторэтилена и различных наполнителей с дисперсностью от единиц до десятков микрометров ― кокса, бронзы, углеволокна, коллоидного и терморасширенного графитов, дисульфида молибдена и их сочетаний. Для всех материалов определены твердость по Бринеллю, доля деформаций с разной реологией в полной деформации, модуль Юнга и напряжение при свободном сжатии, соответствующие деформации 1, 5 и 10%, жесткость при стесненном сжатии, соответствующая напряжению 50, 100 и 150 МПа, и их зависимость от наличия лунки ― пустой или заполненной смазкой. Все испытания выполняли по многоступенчатой программе с циклами нагружения, разгрузки и периодами релаксации и отдыха. Лучшие механические характеристики показали композиты с 50% по массе дендритной или крупнозернистой бронзы с добавлением 5% коллоидного графита, который проявляет себя как сухая смазка и эффективно увеличивает жесткость. Полученные данные совместно с трибологическими характеристиками (планируется опубликовать во второй части) могут служить основой выбора антифрикционных материалов (их рецептур и технологий изготовления) для шарниров мостовых опор.
Ключевые слова: материалы полимерные антифрикционные, композиты на основе политетрафторэтилена, эксперимент, характеристики механические, свободное сжатие, стесненное сжатие
Поступила в редакцию 04.08.2021
Окончательный вариант поступил 22.11.2021
Перевод статьи на английском языке: Springer
A. A. Adamov, I. E. Keller, S. G. Ostrer, and D. V. Seletkov
Evaluation of the Performance of Antifriction PTFE Composites at a Pressure Over 60 MPA.
I. Comparison of Their Hardness and Deformation Properties Under Free and Constrained Compression
The mechanical characteristics of a number of antifriction polymer materials at room temperature are studied to analyze their operability in the bearings of support parts with a ball segment. In the published literature, no data were found corresponding to the specifics of the operation of the antifriction layer in such structures. It consists in high contact pressures (at least 60 MPa) and the reciprocating nature of friction according to the planeonplane scheme with polished stainless steel as a counterbody, which motivated this systematic study. According to the unified technology of dry mixing, pressing and free sintering, six tablet samples were prepared for each of the 19 types of compositions of fluoroplastic powders and various fillers with a dispersion from units to tens of micrometers (coke, bronze, carbon fiber, colloidal and thermally expanded graphite, molybdenum disulphide and their combinations). For all materials, by the author’s method, the Brinell hardness, the proportions of strains with different rheology in the total deformation, Young’s modulus, and stresses in free compression corresponding to strains of 1, 5 and 10%, stiffness in constrained compression, corresponding to stresses of 50, 100, and 150 MPa, and their dependence on the presence of a hole (empty or filled with grease) were determined. All tests were performed according to a multistage program with loading and unloading cycles, relaxation, and rest periods. The best mechanical characteristics showed composites with 50 wt% dendritic or coarsegrained bronze and an addition of 5% colloidal graphite, which manifested itself as a dry lubricant and effectively increased the stiffness. The data obtained, together with tribological characteristics (will be published in the second part), can serve as the basis for the selection of antifriction materials (their composition and manufacturing technologies) for bridge support units.
Keywords: antifriction polymer materials, polytetrafluoroethylene composites, experiment, mechanical characteristics, free compression, constrained compression
Received Aug. 4, 2021 (Nov. 22, 2021)