Технологии

В настоящее время весьма жестко и придирчиво выбираются материалы для изготовления изделий, работающих в условиях трения. Для того чтобы максимально удовлетворить эксплуатационные требования используют в основном полимерные композиционные материалы, состоящие из полимерной матрицы, модифицирующих добавок и упрочняющих наполнителей.
Следует сказать, что одному и тому же полимеру, используемому в качестве матрицы, в зависимости от добавок, составляющих окончательную композицию, можно придавать как фрикционные, так и антификционные свойства.

Пластмассы обладают комбинациями физико-механических свойств, которые часто наиболее полно отвечают эксплуатационным условиям узлов и деталей машин. К числу таких свойств относятся:
• Малый удельный вес при достаточной прочности. Известно, что пластмассы в 2–3 раза легче алюминия и в 5–8 раз легче стали. Это свойство особенно ценно для создания конструкций летательных аппаратов, транспортных систем, машин и аппаратов специального назначения. Машины становятся значительно легче, уменьшается «мертвый» вес конструкции и возрастает полезная нагрузка.
• Способность воспринимать и выдерживать нагрузки — механические, термические и электроэнергетические — определяется физико-механическими свойствами материала. У некоторых видов пластмасс удельная прочность, то есть нагрузка, воспринимаемая на единицу площади, значительно превышает удельную прочность металлов. Например, некоторые пластики, армированные волокнами, по прочностным свойствам превосходят прочность углеродистой стали в два раза. Кроме того, эти пластики удовлетворительно работают на сжатие и изгиб, тогда как углеродистая сталь таких нагрузок не выдерживает.
• Вибростойкость. Пластмассы — прекрасные амортизаторы вибраций. Они поглощают колебания в 20 раз лучше, чем алюминий, и в 100 раз лучше, чем сталь. Детали, изготовленные из пластмасс, хорошо работают при больших динамических и ударных нагрузках.
• Способность поглощать шумы и звуконепроницаемость — особенно ценные свойства пластмасс как конструкционных материалов. Детали из пластмасс в машинах не только не создают дополнительных шумов, но и сами в какой-то мере поглощают их. Например, при замене металлических быстроходных шестерен на пластмассовые в редукторах почти полностью устраняются шумы.
• Антифрикционные пластмассы обладают низким коэффициентом трения, мало изнашиваются, хорошо выдерживают температуры, возникающие в процессе трения. Кроме того, они способны работать без смазки.

Полиамидные материалы
Наиболее распространенными термопластичными антифрикционными материалами являются полиамиды, как алифатические, так и ароматические. Алифатические полиамиды обладают низким коэффициентом трения (коэффициент трения полиамидов по стали без смазки 0,1–0,2, со смазкой маслом — в пределах 0,05–0,10), достаточно износостойкие, способны работать в интервале температур от –40 до +80°С. К недостаткам полиамидов можно отнести невысокую теплопроводность, низкую несущую способность. Полиамиды не обладают стойкостью по отношению к маслу и влаге.
Для улучшения физико-механических характеристик полиамиды армируют волокнистыми материалами (например, стекловолокном, углеродным волокном и т. д.), для улучшения антифрикционных свойств в полимер вводят твердые смазки (графит, дисульфид молибдена, и т. д.). Они могут применяться как в чистом виде, так и модифицированные добавками и наполнителями.
Ароматические полиамиды относятся к термореактивным материалам. Их применяют для изготовления узлов трения, как в чистом виде, так и с наполнителями: фторопластом, дисульфидом молибдена, графитом и другими смазками. Благодаря высокой механической прочности армировать ароматические полиамиды не нужно, поэтому в них вводят лишь добавки, снижающие коэффициент трения и износ. Детали из этих материалов не только прочные, но и термостойкие. Типичным представителем ароматических полиамидов является фенилон. Детали из фенилона эксплуатируются при температурах от –50 до +200°С. Этот материал химически стоек, может работать в агрессивных средах.

Полиолефины
Другими распространенными материалами для узлов трения являются полиолефины — полиэтилен и полипропилен. Они используются как в чистом виде, так и в композициях с различными наполнителями. Полиолефины в чистом виде обладают хорошими эксплуатационными свойствами в пределах температурных нагрузок до +60°С. Свыше этой температуры из-за невысокой теплопроводности они в нагруженном режиме работать не могут. Это ограничивает область их применения в качестве антифрикционных материалов. Для повышения работоспособности будущих изделий в полимер вводят армирующие наполнители, повышающие его прочность, а также добавки, снижающие коэффициент трения, износ и температуру в зоне трения. При этом коэффициент трения у модифицированных полиолефинов может быть ниже 0,1. Компоненты, добавляемые к такой композиции, стандартны, однако существенно повысить температурную работоспособность материала крайне трудно (максимум на 20%), а подчас невозможно. Поэтому полиолефины применяют в слабонагруженных узлах, работающих в относительно мягких условиях эксплуатации.