8.1.4 Промышленные антифрикционные полимерные материалы

Наиболее важными характеристиками узлов трения являются предельные нагрузки Р и предельная величина Pv .

Композиции с использованием ПТФЭ. Благодаря очень низкому коэффициенту трения ПТФЭ является очень привлекательным материалом для использования в подшипниках. Здесь можно выделить два основных направления использования ПТФЭ: 1 – в качестве основы антифрикционных ПКМ, 2 - в качестве наполнителя антифрикционных ПКМ.

Композиции с матрицей из ПТФЭ. ПТФЭ имеет очень низкую твердость и предел текучести при сдвиге, поэтому его обязательно наполняют асбестовым или стеклянным волокном. Волокна повышают коэффициент трения ПТФЭ, поэтому в композиции вводят графит или дисульфит молибдена. И даже такие композиции хорошо работают только при невысоких нагрузках Pv до 0,1 МН/м²·м/с, что связано с низкой прочностью ПТФЭ. Кроме того, они могут содержать порошок свинца или бронзы или их смесь, которые в несколько раз повышают износостойкость композиции (рис. 8.2).

Такое действие этих металлов связывают не только с тем, что они отводят тепло от зоны трения, но и, как считают, образуют на трущейся поверхности соединение с высокой износостойкостью. Наиболее широко используемая композиция на основе ПТФЭ состоит из 20 % стекловолокна, 20 % графита и 20 % бронзы.

К омпозиции, наполненные ПТФЭ. Политетрафторэтиленовыми волокнами или порошком наполняют как термопласты, так и реактопласты. Однако для этого используют только высокотвердые термопласты, такие как полиформальдегид или полиимид и реактопласты. Введение ПТФЭ в термопласты повышает их износостойкость в 3 – 4 раза, а в реактопласты – в 8 – 10 раз. Композиции на основе реактопластов (фенолформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганческие композиции) могут содержать дополнительно высокомодульный волокнистый наполнитель, порошок графита или свинца. Предельная рабочая температура такого подшипника определяется рабочей температурой полимерного связующего. Подшипники из этих композиций хорошо работают при высоких нагрузках (Р), но не выдерживают очень высоких скоростей, что связано с их низкой теплопроводностью (v).

Рис. 8.2 Зависимость скорости износа композиций на основе ПТФЭ, содержащей: 20 % стекловолокна (1); 40 % графита (2); 20 % бронзы и 20 % графита.

Однако следует отметить недостаток всех композиций, содержащих ПТФЭ – это их неудовлетворительная работа в узлах трения со смазкой. Смазка экранирует непосредственное воздействие трущейся поверхности на фторопласт, и на его поверхности тонкий слой из высокоориентированных волокон не образуется. В результате коэффициент трения таких материалов оказывается такой же, как и без ПТФЭ.

Композиции на основе термопластов. Имеется немало антифрикционных композиций, не содержащих фторопласта. Наиболее широкое применение нашла композиция на основе поликапроамида, наполненного дисульфидом молибдена. Она устойчиво работает до Pv 0,1 – 0,15 МН/м²·м/с. Ее главным достоинством является легкость переработки и низкий удельный вес.

Известна также композиция из полиимида, наполненного графитом. Эта композиция устойчиво работает до температуры 150 С. Наполнение полиимида графитом является более эффективным, чем наполнение порошком ПТФЭ. Это обусловлено тем, что ПТФЭ снижает механические характеристики полиимида.

Композиции на основе реактопластов. Использование в качестве связующего для антифрикционных композиций реактопластов позволяет существенно повысить предельные нагрузки и температуру эксплуатации узлов трения. Наиболее известной является композиция на основе фенолформаьдегидного связующего, наполненного асбестом и графитом. Дополнительное введение в эту композицию МоS₂ оказалось малоэффективным. Более существенное снижение износа материала наблюдается при его пропитке минеральным маслом. Такие композиции могут работать при Pv до 35 МН/м²·м/с. Однако эти композиции плохо выдерживают большие скорости скольжения из-за низкой теплопроводности материала.