CC BY
7ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АНТИФРИКЦИОННЫХ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Шернаев А.Н., Гулямов Г., Разакова Л.С., Мирзакулов Ж.К.
Ташкентский государственный технический университет Государственное унитарное предприятие «Фан ва тараккиёт» Ташкентский химико-технологический институт
e-mail: a shan@bk.ru
Аннотация. В данной статье представлены и проанализированы теоретические взгляды на изучение антифрикционных свойств древесно-полимерных композиционных материалов и их выражение на практике на сегодняшний день в нашем обществе.
Ключевые слова: древесный полимер, композиция, материал, антифрикционные свойства.
Известно, что в основе всех технологий производства древесно-полимерного композиционного материала на основе тополя и тала лежит подготовка сырой древесины к прессованию путем придания ей пластичности. Учитывая, что с повышением температуры и влажности древесины её составные части - лигнин и гемицеллюлоза значительно размягчаются и становятся менее вязкими, вследствие чего сопротивление сжатию падает. Поэтому первоначально древесина подвергалась предварительной термообработке паром при низких температурах.
Успешное решение проблем создания и внедрения новых композиционных материалов на основе местного сырья-древесины (тополя, тала) и модифицированных полимеров (полиэтилена высокой плотности -ПЭВП, полипропилена-ПП) тесно связано с разработкой высокопроизводительных способов наполнения её капиллярно-пористой системы многокомпонентными веществами.
В качестве объектов исследования выбраны местные породы древесины -тополь и тал. Выбор лиственных пород древесины обусловлен тем, что они являются основным исходным сырьем для производства антифрикционных композиционных материалов, имеющие микрососуды в форме трубок разной величины. Диаметр крупных сосудов достигает 0,5 мм, а диаметр мелких сосудов колеблется в пределах 0,016-0,1 мм. В качестве полимера выбран полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) дисперсностью до 160 мкм и полипропилен. Выбор этих материалов обусловлен их дешевизной и доступностью в Республике Узбекистан. Для улучшения антифрикционных свойств и износостойкости древесины в полимерные материалы вводили углеграфитовые наполнители (сажа и графит). Введение углеграфитовых наполнителей в полимер и древесину позволяет целенаправленно изменять физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых композиционных материалов.
Кроме того, сажа увеличивает износостойкость, снижает коэффициент трения и стоимость композиции, а графит обладает высокой электро- и теплопроводностью. В качестве смазывающего вещества было выбрано моторное масло. Нами разработана рецептура и технология получения антифрикционных древесно-полимерных композиционных материалов на основе местной древесины (тополя и тала) и модифицированного полимера (ПЭВП + сажа, ПЭВП + графит, ПП + сажа и ПП + графит) с заданными свойствами обладающие хорошими прочностными характеристиками -повышенной механической прочностью, твердостью, теплопроводностью, высокой износостойкостью, а также более низким влагопоглощением и коэффициентом трения (0,08 - 0,11 при нагрузке 10-15МПа), повышенной надежностью работы в процессе эксплуатации в климатических условиях Узбекистана.
За основные показатели были приняты - плотность, предел прочности и модуль упругости при сжатии вдоль волокон, ударная вязкость и твердость по Бринеллю. Это обусловлено тем, что работоспособность и долговечность подшипников скольжения, в основном, определяются этими показателями материала. Форма образцов и методика испытаний на сжатие, на определение модуля упругости, ударной вязкости и твердости по Бринеллю соответствовали общепринятым стандартам.
На основе прочностных свойств древесины и антифрикционных свойств ПЭВП и ПП разработаны антифрикционные древесно-полимерные композиционные материалы (АДПКМ-1 и АПДКМ-2 на основе тополя и (АДПКМ-3 и АПДКМ-4 на основе тала) (таблица).
Таблица
Физико-механические свойства антифрикционного древесно-полимерного _композиционного материала_
Антифрикционный древесно-полимерный
Показатели композиционный материал
АДПКМ АДПКМ - АДПКМ АДПКМ -
-1 2 -3 4
Л Плотность, р, г/см G.9-1,G G.9-1,G G.9-1,G G.9-1,G
Предел прочности при сжатии, 9,G 1G,G 12,G 14,G
МПа 9G 11G 12G 13G
Твердость по Бринеллю, МПа G,11 G,12 G,13 G,14
Коэффициент трения G,8 G,85 G,9G 1,G
Интенсивность изнашивания, 48,3 35-45 35-45 37,4
1.10-9 38,5 38,1 37,8 36,1
Водопоглощение за 24 ч, % 1,5-2,G 1,5-2,G 1,5-2,G 1,5-2,G
Степень уплотнения, % 1G-15 1G-15 1G-15 1G-15
Степень прессования, Дh 3-5 4-5 3-5 1-2
Усилие при прессовании, МПа G-2 1-2 G-2 G-2
Разбухание в масле за 24 ч, %: 35-45 35-45 35-45 35-45
по массе 18-28 2G-25 2G-25 2G-25
по объёму
Разбухание в воде за 24 ч, %:
по массе
по объёму
Из данных таблицы видно, что разработанные АДПКМ обладают хорошими прочностными характеристиками - повышенной механической прочностью, твердостью, теплопроводностью, высокой износостойкостью, а также более низким влагопоглощением и коэффициентом трения (0,08 - 0,11 при нагрузке 10-15МПа), повышенной надежностью работы в процессе эксплуатации в климатических условиях Узбекистана. Низкий коэффициент трения и повышенный предел прочности на сжатие расширяют возможную область применения подшипников скольжения. АДПКМ также позволяют успешно заменять цветные и черные металлы и подшипники качения, работающие в условиях высокой запыленности в различных отраслях машиностроения, особенно в узлах трения рабочих органов машин и механизмов хлопкоочистительной промышленности.
На основе проведенных исследований получены ИК-спектры образцов из антифрикционных древесно-полимерных композиционных материалов (АДПКМ) на основе местного сырья - тополя (АДПКМ-1, АДПКМ-2) и тала (АДПКМ-3, АДПКМ-4). Для ИКС исследований с каждого материала образца взяты пробы с разных участков.
см-1
Рис.1. ИК-спектр образцов из антифрикционных древесно-полимерных композиционных материалов на основе тополя (АДПКМ-1)
см-1
Рис.2 ИК-спектр образцов из антифрикционных древесно-полимерных
композиционных материалов на основе тала (АДПКМ-3). ИК-спектры образцов (АДПКМ-1) и (АДПКМ-3) материала практически идентичны
ИК-спектры исследуемых образцов регистрировали на ИК-Фурье спектрофотометре NICOLET 5700 (США) в диапазоне частот 500-4000 см-1. Пики поглощения, не относящиеся к исследуемым веществам, по возможности компенсировали, помещая чистые дисперсионные среды в канал сравнения. При интерпретации результатов использовали данные, приведенные в работах
[1-3].
Исследуемые образцы материалов получены на основе ПЭВП, о чем свидетельствуют полосы поглощения, присутствующие на ИК-спектрах всех образцов: 2915,3; 2848,2-2852,9 и 1463,3 см-1. Полосы поглощения 2848,22852,9 и 2915,3 см-1 соответствуют СН-валентным колебаниям (группа -СН2-).
Полосы поглощения в области 718-1376 см-1 связаны с присутствием в образцах наполнителей разных классов (дисперсный углерод (сажа или графит), масло и древесина).
Серия сильных полос поглощения в области 900-1300 см-1 может быть обусловлена полосами поглощения целлюлозного компонента. Полосы поглощения в области 3000-3500 см-1 обусловлены валентными колебаниями ОН-групп. Полосы поглощения 1605,2; 1652,4 и 1734,5 см-1 обусловлены присутствием группы -СООН, которая может свидетельствовать как о присутствии ряда соединений с функциональной группой - СООН в масле или древесине, так и о протекании некоторых окислительных процессов в материале.
Однако, более детальная интерпретация полос поглощения может быть проведена только при соотнесении полос поглощения в ИК-спектрах композитов с полосами поглощения исходных компонентов.
Сравнение ИК-спектров всех образцов позволяет сделать заключение об их близком (аналогичном) составе, поскольку в спектрах всех образцов присутствуют серии практически идентичных полос. Новых полос поглощения при сравнении ИК-спектров образцов не обнаружено ни для одного состава. Небольшая разница в интенсивностях полос поглощения может быть связана с изменением концентраций исходных компонентов в материале.
Для установления возможности образования новых соединений в композите или протекании физико-химических взаимодействий при получении материала, необходимо провести анализ как всех исходных компонентов, так и полученного из них материала.
Список литературы
1. Дехант И. и др.]. Инфракрасная спектроскопия полимеров. - М.: Химия, 1975. - С.471.
2. Тарутина Л.И., Позднякова Ф.О. Спектральный анализ полимеров. -Л.:Химия, 1986.-С.248.
3. Гордон А., Форд Р. Спутник химика - М.: Мир,1976. - 541 с.
