CC BY
15
УДК 678.7; 621.893 КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ХЛОПКОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН И
МЕХАНИЗМОВ Негматов Сайибжан Садикович, д.т.н., проф., академик АНРУз, заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Научный руководитель Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт» Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, Узбекистан Е-mail: [email protected] Абед Нодира Сайибжановна, д.т.н., проф., Председатель Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт» Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, Узбекистан Е-mail: [email protected] Эшкобилов О.Х., PhD, доцент Каршинский инженерно-экономический институт, Узбекистан
Е-mail: [email protected]
Проведены экспериментальные исследования по изучению влияния различных наполнителей на физико-механические и триботехнические свойства композиций и установлены оптимальные содержания наполнителей, обеспечивающие наилучшие свойства полиэтиленовых, полипропиленовых, полистрольвых и полиамидных конструкционных композиционных материалов.
Предложен принцип конструирования ударопрочных, антифрикционных и антифрикционно-износостойких полиэтиленовых, полипропиленовых, полистрольвых и полиамидных конструкционных композиционных материалов.
Разработаны высокоэффективные конструкционные композиционные материалы функционального назначения на основе термопластичных полимеров и наполнителей разной структуры и природы, имеющих достаточно высокие прочностные и триботехнические характеристики и нашедшие применение в колковых рабочих органах хлопковых машин, работающих в условиях взаимодействия с хлопком-сырцом.
Ключевые слова: полистирол, полиамид, композиция, физико-механичекие свойства, триботехнические свойства, антифрикционный материал, антифрикционно-износостойкий материал, разрушающее напряжение при изгибе, ударная вязкость, твердость по Бринеллю, модуль упругости при изгибе, коэффициент трения, интенсивность изнашивания, температура в зоне тренияура, величина электростатического заряда, колок, хлопок-сырец.
Введение. В современной высокой технологии широко используются конструкционные композиционные материалы, создание которых обусловлено потребностью в новых материалах в различных отраслях машиностроения, в том числе и хлопкоочистительной промышленности [1-2].
В настоящее время для изготовления деталей трущихся пар рабочих органов машин и механизмов требуется разработка новых конструкционных композиционных полимерных материалов функционального назначения, предназначенных для работы в условиях трения при взаимодействии их с хлопком-сырцом. Это обусловило основные требования к ним. Такие материалы должны обладать высокой ударопрочностью, низким коэффициентом трения, минимальным изнашиванием при трении с волокнистой массой (хлопком-сырцом). В связи с этим целесообразно разработать научные принципы, необходимые, в качестве исходных данных, при создании ударопрочных (УП), антифрикционных (А) и антифрикционно-износостойких (АИ) композиционных полимерных материалов (КПМ) [38].
Методика исследований. Принципы создания ударопрочных, антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов. Для ударопрочных материалов необходимым свойством является высокая ударопрочность (УП), для антифрикционного композиционного материала (АКМ) - низкий коэффициент трения с хлопком-сырцом, для антифрикционно- износостойких композиционных материалов (АИКМ) - низкий коэффициент трения и низкая изнашиваемость материала при трении с хлопком-сырцом [9-13].
Исходя из того, что трение полимерных материалов с хлопком-сырцом имеет молекулярно-механоэлектрическую природу, полученные результаты исследований позволят направленно изменять и регулировать свойства материалов, обеспечивая их соответствие требованиям, предъявляемым к композиционным полимерным материалам, работающим при взаимодействии с хлопком-сырцом [14-17].
Из выбранных материалов для исследований наилучшими антифрикционными свойствами обладают полиамид (ПА), благодаря чему они могут служить матрицей композиционных материалов антифрикционного назначения, а ударопрочный полистирол (УПС) обладает наилучшей ударной прочностью и твердостью.
При выборе наполнителя для ударопрочных композиционных материалов (УКМ) необходимо учитывать влияние его на удельную вязкость. Для ударопрочных композиционных материалов на основе ПА и УПС наилучшими наполнителями являются стекловолокно, хлопковый линт, вол-ластонит. Для АКМ необходимо учитывать влияние его на коэффициент трения в широком диапазоне нагрузки, скорости, влажности, засоренности и сортности, а также сохранение качественных показателей хлопка-сырца. Наилучшими наполнителями для вышеуказанных материалов являются наполнители - сажа, графит, тальк, каолин, волластонит [18-22].
АИКМ должны отвечать требованиям минимального коэффициента трения и минимальной интенсивности изнашивания. В качестве наполнителей для таких материалов целесообразно использовать асбест, графит, стекловолокно (СВ), хлопковый линт (ХЛ) железный порошок, цемент, медный порошок, каолин, тальк, сажа, волластонит.
Таким образом, разработаны научные принципы создания полимерных композиционных материалов, которые могут использованы при разработке ударопрочных, антифрикционных и антифрикционно-износостойких полимерных композиционных материалов на основе местных сырьевых ресурсов и отходов производств.
Ударопрочные, антифрикционные и антифрикционно-износостойкие полимерные композиционные материалы. Современный уровень развития композиционных полимерных материалов (КПМ) позволяет создавать уникальные материалы, работоспособные в экстремальных условиях при низких и повышенных температурах, давлениях, агрессивных и абразивных средах. Тенденцией развития данного направления является создание высоконаполненных, армированных и особо прочных КПМ с регулируемыми эксплуатационными показателями конструкционного, специального и многофункционального назначения [23-26].
Однако существующие полимерные материалы и композиции на их основе ещё не находят широкого применения в рабочих органах машин и механизмов различных отраслей машиностроения, в частности, в оборудованиях хлопкоперерабатывающей промышленности из-за отсутствия разработок по созданию надежных ударопрочных, износостойких, антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов на основе местных ресурсов и эффективной технологии их получения, а также изготовления из них машиностроительных изделий и деталей конструкционного и специального назначения.
Результаты и их обсуждение. В настоящее время для изготовления деталей трущихся пар рабочих органов машин и механизмов требуется разработка новых композиционных полимерных материалов функционального назначения, предназначенных для работы в условиях трения при взаимодействии их с хлопком-сырцом. Это обусловило разработку основных требований к ним. Такие материалы должны обладать высокой ударопроч-ностью, низким коэффициентом трения, минимальным изнашиванием при трении с волокнистой массой (хлопком-сырцом) [27-30].
В связи с этим, с учетом вышеразработанных принципов создания ПКМ были разработаны функционального назначения для деталей трущихся пар рабочих органов машин и механизмов хлопкоочистительных заводов: а) ударопрочные полистирольные композиции (УППСК)
Физико-механические свойства разработанных ударопрочных, антифрикционных,и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов на основе термопластичных полимеров приведены в рисунке 1, а их и триботехнические свойства - в рисунке 2. В качестве контр тела был взят хлопок-сырец разновидности С-6524 1-го сорта и влажности W=8,2 %.
УЛПСК-1 УЛПСК-2 УЛПСК-З УЛПАК-1 УППАК-2 УППАК-3 АПАК-1 АПАК-2 АПАК-3 АИПАК-1 АИПАК-2 АИПАК-3
'Разрушающие напряжение при изгибе, о, МП® # Твердость по Бринеллю, HB, МП® -Модуль упругости при изгибе, Е, ГЛа Ударная мзкоаъ, а, кДжМ1
Рисунок 1 - Физико-механические свойства ударопрочных, антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных материалов.
Удельное давление Р=0,01 МПа, скорость скольжения V=1,5 м/с, влажность W=8,2%.
УППСК-1 УППСК-2 УППСК-3 УППАК-1 УППАК-2 УППАК-3 АПАК-1 АПАК-2 АПАК-3 АИПАК-1 АИПАК-2 АИПАК-3
—^—Интенсивность изнашивания, 1,10* —•—Величина электростатического зарвда, Q-10-7, Кл
# Коэффициент трения, МО"1 —♦—Температура в зоне трения,Ттр, К
Рисунок 2 - Триботехнические свойства ударопрочных, антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных материалов материалов. Удельное давление Р=0,01 МПа, скорость скольжения V=1,5 м/с,
влажность W=8,2%.
Заключение. Как видно из рисунке 1 и 2, разработанные ударопрочные, антифрикционные и антифрикционно-износостойкие композиционные материалы обладают достаточно высокими физико-механическими и три-ботехническими свойствами и долговечностью.
Физико-механические и триботехнические характеристики разработанных ударопрочных, антифрикционных и антифрикционно-износостойких композиционных полимерных материалов на основе термопластичных полимеров вполне отвечают функциональным требованиям, предъявляемым к материалам колков рабочих органов хлопковых машин и механизмов хлопкоочистительной промышленности и могут быть рекомендованы для их изготовления.
Таким образом, разработаны высокоэффективные антифрикционно-износостойкие композиции функционального назначения на основе термопластичных полимеров, заключающийся во введении в полимерную матрицу системы гибридных наполнителей из местного сырья и отходов производств разной структуры и природы в установленных оптимальных их соотношениях, обеспечивающих функционально важные физико-механические, триботехнические и эксплуатационные свойства композиционных полимерных материалов, работающих в условиях взаимодействия с хлопком-сырцом.
Список литературы
1. Негматов С.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Даминов Л.О. Антифрикционно-износостойкие композиты для автомобиле и тракторостроения. Автомобиле- и тракторостроение / Междун. научн.-практ. конф. / Белорусский национальный технический университет / Белоруссия, 2019 г. -С. 28-31.
2. Эшкобилов О.Х. Обеспечение надежности эксплуатации деталей и узлов из машиностроительных полимерных материалов на основе местных сырьевых ресурсов. Современные тенденции развития аграрного комплекса / Матер. междун. научн.-практ. конф. / Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия. -Соленое Займище, 11-13 мая 2016 г. -С. 1301-1304.
3. Негматов С.С., Гулямов Г. Разработка научных принципов создания ударопрочных, антифрикционных, износостойких и антифрикционно - износостойких композиционных полимерных материалов // Композиционные материалы, №1. -Ташкент, 2006. -С.73.
4. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Методы изучения триботехнических свойств антифрикционно-износостойких антистатиче-ски-теплопроводящих композиционных полимерных материалов с волокнистой массой //Композиционные материалы, №1// -Ташкент, 2018. -С. 86-89.
5. Негматов С.С., Абед, Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. О проблеме разработки методологических основ способа по изучению свойств антифрикционно-износостойких антистатически-теплопроводящих композиционных полимерных материалов, работающих в условиях взаимодействия с волокнистой массой //Композиционные материалы, №1// -Ташкент, 2018. -С. 99-100.
6. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Технологические режимы переработки антистатически-теплопроводящих антифрикционно-износостойких и нанокомпозиционных и нанокомпозиционных полимерных материалов. Проблемы повышения эффективности работы современного
производства и энерго-ресурсосбережения / Межд. научн.-практ. конф./ 3-4 октябр. Андижан, 2018. -С. 45-48.
7. Негматов С.С., Гулямов Г., Абед Н.С., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Antifriction-wear-resistant composite polymer materials for engineering. Зарафшон вохдсини комплекс инновацион ривожлантириш ютуклари, муаммолари ва истик;боллари / Халкаро илмий амалий анжуман / Navoiy, 2019. 27-28 -ноябрь. 262-265 б.
8. Негматов С.С., Гулямов Г., Абед Н.С., Эшкобилов О.Х. Тухташева М.Н. Разработка методики определения интенсивности изнашивания антифрикционно-износостойких антистатически- теплопроводящих композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе при взаимодействии с волокнистой массой. //Композиционные материалы, №2// -Ташкент, 2019. -С. 75-77.
9. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Прибор для определения коэффициента трения машиностроительных конструкционных материалов. Перспективы инновационного развития горно-металлургического комплекса / Межд. научн.-техн. конф. / -Ташкент, 2018. -С. 304-305.
10. Негматов С.С., Гулямов Г., Абед Н.С., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Методика определения величин электростатических зарядов и температур, возникающих в зоне трения в трибосистеме «композит-волокнистые материалы» // Композиционные материалы, №1 // -Ташкент, 2019. -С. 79-81.
11. Негматов С.С., Гулямов Г., Абед Н.С., Садыкова М.М., Тухташева М.Н. Исследование влияния основных параметров дискового трибометра и режимов эксплуатации машин на коэффициент трения эпоксидных композитов при взаимодействии с хлопком-сырцом // Композиционные материалы, №2 // -Ташкент, 2020. -С. 82-85.
12. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Исследование физико-химического механизма заимодействия компонентов антистатически-теплопроводящих полипропиленовых композиционных материалов. Роль химии в развитии экономики Узбекистана / Респ. научн.-практ. конф./ -СамДУ, 2018. -С. 67-70.
13. Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х. Методы исследования коэффициента трения износа композиционных полимерных материалов на основе полиолефинов. International symposium on innovative scientific conference "Integration and integration of science and education" / Межд. научн.-техн. конф. / -Ташкент, 2018. -С. 41-43.
14. Негматов С. С. Основы процессов контактного взаимодействия композиционных полимерных материалов с волокнистой массой. -Ташкент: Фан, 1984. - 296 с.
15. Negmatov S.S., Abed N.S., Gulyamov G., Eshkobilov O.Kh. Installation and methodology for determining of antifrictional properties of antistatic-heat-conducting composite polymeric materials interacting with fibrous mass (cotton-raw) // Technical science and innovation // Volume 2018. Issue 2. -Р. 20-23.
16. S.Negmatov, O.Eshkobilov, N.Abed, K.Negmatova, V.Tulaganova. Theoretical basics of contact interaction of machinery antifriction composite polymer materials with fibrous mass (raw cotton) // Advanced Materials Research // Switzerland, 2018. -Р. 160-166.
17. O.Eshkobilov, S.Negmatov, N.Abed, G.Gulyamov. Features of contact interaction of composite polymer materials with raw cotton in the process of friction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 1030, VII International Scientific Conference "Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education" (IPICSE 2020) 11th-14th November 2020, Tashkent, Uzbekistan. doi: 10.1088/1757-899X/1030/1/012172.
18. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х. Особенности механизм химического взаимодействия полимеров с углеграфитовыми наполнителями. Перспек-
тивы инновационного развития горно-металлургического комплекса / Межд. научн.-техн. конф. / -Ташкент, 2018. -С. 222-223.
19. Негматов С.С., Гулямов Г., Абед Н.С. Исследование влияния углеграфитовых и волокнистых напольнителей на антифрикционные свойства полиолефинов //Innovative technologies, №3// -Карши, 2019. -С. 22-26.
20. Тухташева М.Н., Негматов С.С., Гулямов Г., Улмасов Т.У., Абед Н.С., Саидова М.М., Эминов Ш.О., Бозорбоев Ш.А., Наврузов Ф.М. Экспериментальное исследование влияния волокнистых наполнителей на антифрикционные, износостойкие, технологические свойства полиолефинов // Композиционные материалы, №1 // -Ташкент, 2020. -С. 125-128.
21. Негматов С.С., Гулямов Г., Абед Н.С. Методы определения коэффициента трения, температуры и величины электростатического заряда в зоне трения машиностроительных конструкционных материалов Композиционные и металлополимерные материалы для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства / Международная Узбекско-Белорусская научн.-техн. конф. / ГУП "Фан ва тараккиёт" 21-22-май. -Ташкент, 2020 г. -С. 209-211.
22. Нодира Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х. Композиты на основе функциональных термопластичных полимерных систем. Современные проблемы науки о полимерах / Узбекско-Казахский Симпозиум / Институт химии и физики полимеров АН РУз. -Ташкент, 2018. -С. 90-92.
23. Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О. Х., Тухташева М.Н. Оценка фрикционных свойств антистатически-теплопроводящих композиционных полимерных материалов при взаимодействии с хлопком-сырцом. International symposium on innovative scientific conference "Integration and integration of science and education" / Межд. научн.-техн. конф. / -Ташкент, 2018. -С. 39-41.
24. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х. Установка для определения антифрикционных свойств антистатически-теплопроводящих композиционных полимерных материалов. Проблемы повышения эффективности работы современного производства и энерго-ресурсосбережения / Межд. научн.-практ. конф. / -Андижан, 2018. -С. 48-52.
25. Негматов С.С., Абед Н.С., Гулямов Г., Эшкобилов О.Х., Тухташева М.Н. Установка и методика определения антифрикционных свойств антистатически-теплопроводящих композиционных полимерных материалов, взаимодействующих с хлопком-сырцом // Проблемы механика, №2 // -^шкет; 2019. -С. 66-70.
26. Негматов С.С., Гулямов Г., Улмасов Т.У., Абед Н.С., Саидова М.М., Бозорбоев Ш.А., Тухташева М.Н., Эминов Ш. Исследование технологического процесса контактного взаимодействия поверхностей металлических рабочих органов машин с хлопком-сырцом // Композиционные материалы, №1 // -Ташкент, 2020. -С. 120-124.
27. Эшкобилов О.Х. ... №FAP 00782 «Дискли трибометр» - РА, АИС РУз, -Ташкент, 2012.
28. Эшкобилов О.Х. ... №FAP 01039 «Дискли трибометр» - РА, АИС РУз, -Ташкент, 2015.
29. Эшкобилов О.Х., Абдуллаева А.О. № DGU 07435 «HX711 тензодатчигидан фойдаланиб "каттик жисм-толали масса" ишкаланиш жуфтликларида ишкаланиш кучини аниклаш учун дастурий таъминот» - РА, АИС РУз, -Ташкент, 2019.
30. Эшкобилов О.Х., Раббимов Ж.Ш. № DGU 08153 «DS18B20 тензодатчигидан фойдаланиб "каттик жисм - толали масса" ишкаланиш жуфтлиги туташув сиртидаги хдроратни аниклаш учун дастурий таъминот» - РА, АИС РУз, -Ташкент, 2020.
Negmatov Sayibzhan Sadikovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyet" Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Uzbekistan
E-mail: [email protected]
Abed Nodira Sayibzhanovna, Doctor of Technical Sciences, Professor, Chairman State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyet"
Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Uzbekistan
E-mail: [email protected]
Eshkobilov O. Kh., PhD, Associate Professor
Karshi Institute of Engineering and Economics, Uzbekistan
E-mail: [email protected]
STRUCTURAL MATERIALS FOR PARTS OF WORKING BODIES OF COTTON PROCESSING MACHINES AND MECHANISMS
Experimental studies were carried out to study the effect of various fillers on the physical, mechanical and tribotechnical properties of the compositions and to determine the optimal content of fillers that provide the best properties of polyethylene, polypropylene, poly-straw and polyamide structural composite materials.
The principle of designing impact-resistant, anti-friction and anti-friction-wear-resistant polyethylene, polypropylene, poly-alloy and polyamide structural composite materials is proposed.
Developed high-performance structural composite materials for functional purposes based on thermoplastic polymers and fillers of different structures and nature, which have sufficiently high strength and tribotechnical characteristics and are used in the peaking working bodies of cotton machines operating under conditions of interaction with raw cotton. Keywords: polystyrene, polyamide, composition, physical and mechanical properties, tribotechnical properties, antifriction material, antifriction-wear-resistant material, destructive stress during bending, impact strength, Brinell hardness, modulus of elasticity during bending, coefficient of friction, wear intensity, temperature in the training area, the value of the electrostatic charge, kolok, raw cotton.
