Технічні науки/Обробка матеріалів у машинобудуванні

Скачков В.О., Іванов В.І., Печеннікова В.М.

Карпенко Г.В., Болюк С.В., Моісейко Ю.В.

ВИВЧЕННЯ ФіЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

вуглець-фторопластових МАТЕРІАЛІВ

Запорізька державна інженерна академія

Одним з перспективних композиційних матеріалів є вуглець-фторопластовий матеріал на основі вуглецевих волокон і фторопластової матриці. Такий матеріал одержують методом прямого гарячого пресування у закриту прес-форму, що забезпечує конструктивну анізотропію його властивостей.

Проведено комплекс експериментів, пов’язаних з визначенням експлуатаційних характеристик вуглець-фторопластових матеріалів різного структурного складу.

Найбільш характерною властивістю таких матеріалів є висока хемостійкість. Дію кислих і лужних середовищ оцінювали за відносним змінювання маси даного матеріалу в концентрованих азотній, соляній і сірчаній кислотах, а також в 55%-му розчині лугу за нормальної температури.

Встановлено, що під час витримки в кислотах протягом 1300 год. зафіксоване зростання маси даного матеріалу за рахунок структурного набухання, а під час подальшої витримки її величина частково знижується із-за поверхневого розчинення. Під час витримки в розчині лугу протягом 2200 год. спостерігали рівномірне збільшення маси матеріалу, що досліджували.

Результати порівняльного аналізу хемостійкості вуглець-фторопластових і вуглецевих армованих матеріалів показали перевагу перших вдесятеро за стійкістю в лужному середовищі та у два рази за стійкістю в азотній кислоті. Стійкість даних матеріалів в соляній кислоті була практично однаковою.

До експлуатаційних характеристик вуглець-фторопластових матеріалів належать щільність, коефіцієнт тертя, знос і характеристики міцності за умов дії агресивних середовищ (див. табл.1 і 2).

Таблиця 1 - Трибологічні характеристики вуглець-фторопластових

матеріалів

Матеріал	Щільність, г/см^3	Швидкість ковзання, м/с	Питоме навантаження, МПа	Коефі-цієнт тертя	Знос, мкм/км
ВФМ-1	1,66	2,80	5,70	0,09	5,80
		8,40	3,20	0,06	4,60
ВФМ-2	1,65	2,80	5,20	0,09	4,90
		8,40	3,00	0,05	4,10

Таблиця 2 - Властивості міцності вуглець-фторопластових матеріалів

за умов дії кислот

Матеріал	Міцність на стиск, МПа, за умов витримки в агресивних середовищах, год.
	0	1300	2200
ВФМ-1
ВФМ-2

Примітка: у чисельнику та знаменнику наведено значення показника

міцності у напрямах, що є паралельним та перпендикулярним

до тиску пресування відповідно

Результати випробувань, подані у табл.1, свідчать про практично однакові значення коефіцієнта тертя для матеріалів ВФМ-1 і ВФМ-2 за однієї і тій же швидкості ковзання та незначної відмінності значення питомого навантаження. Значення зазначеного коефіцієнта суттєво зменшуються під час збільшення швидкості ковзання та зниження питомого навантаження. Величина зносу більшою мірою залежить від швидкості ковзання та зростає під час її збільшення.

Як показали результати випробувань характеристик міцності матеріалів ВФМ-1 і ВФМ-2 на стиск (табл.2), їхнє змінювання за часом під час дії кислот характеризується залежністю, що убуває. При цьому зразки з матеріалів ВФМ-1 і ВФМ-2 характеризуються вищими значеннями (відповідно у 2,9 і 3,5 рази) показника міцності на стиск в напрямі, що є перпендикулярним до тиску пресування, чим в напрямі, що є паралельним йому.

Відомі антифрикційні матеріали, що містять вуглець, вживані у вузлах сухого тертя, мають значення коефіцієнтів тертя від 0,12 до 0,32 та величину зносу - від 0,20 до 0,90 мкм/м [1]. Зіставлення експлуатаційних характеристик антифрикційних матеріалів, що містять вуглець, і матеріалів ВФМ-1 і ВФМ-2 показує, що останні мають значно кращі характеристики (табл.1), особливо за умов дії агресивних середовищ.

Висока хемостійкість і допустима (до 250° С) робоча температура вуглець-фторопластових матеріалів обумовлює можливість їхнього застосування у вузлах і пристроях хімічного та металургійного виробництва. Сумісність компонентів даних матеріалів (вуглецевих волокон і фторопласту) з біологічними тканинами, а також високі механічні властивості, подають можливість виготовлення на їхній основі імплантатів для хірургічної медицини.

Література:

1. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник / Под ред. В.П.Соседова. - М.: Металлургия, 1975. - 335 с.