Влияние краевого угла смачивания поверхности на коэффициент трения эпокси - фенолоформальдегидных композиций Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 10_

УДК 621.891:620.22-419

В.В. Алексеев, А.П. Краснов *, Л.Ф. Клабукова**, А.С. Юдин, М.В. Горошков

Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова Российской академии наук, Москва, Россия 119991 Москва, ул. Вавилова, 28. Факс: (499) 135 6549. * e-mail:krasnov@ineos.ac.ru

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 ** e-mail: dann2809@yandex.ru

ВЛИЯНИЕ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ЭПОКСИ - ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Аннотация

Исследованы трибологические свойства органопластов на основе полиоксадиазольного волокна со связующим эпокси-фенолоформальдегидного типа. Показана связь высоких значений краевого угла смачивания с пониженными значениями коэффициента трения исследуемых композиций в условиях трения при комнатной температуре и более сложная зависимость в процессе термофрикционных испытаний.

Ключевые слова: эпокси-фенолоформальдегидное связующее, полиоксадиазольное волокно, трибологические свойства, износ, краевой угол смачивания.

Введение

Известно, что сила трения обусловлена суммой адгезионной ( молекулярной) и механической составляющих. Влияние каждой составляющей хорошо прослеживается, например, при трении лучшего самосмазывающегося неполярного полимера - политетрафторэтилена с коэффициентом трения 0,05-0,1. В то же время такая четкая зависимость в смесях полимеров и композициях на их основе просматривается не всегда и требует специального исследования [1-2].

Представляет интерес исследовать влияние величины краевого угла смачивания (КУС) эпокси-фенолоформальдегидных связующих на

коэффициент трения волокноармированных композиций как при комнатной, так и при повышенных температурах.

Экспериментальная часть

В качестве связующего в разрабатываемом полимерном композиционном материале была

использована фенолоформальдегидная смола резольного типа ФЛ-9107Л (ФФ) и эпоксидная смола ЭД-20, а для армирования - полиоксадиазольное волокно марки «Арселон».

Фрикционные свойства образцов определяли на машине торцевого трения И-47. Исследуемый образец представлял собой диск диаметром D = 22 мм и h ~ 5 мм. Контртело - втулка диаметром D = 22*12 и h = 20 мм. Замер температуры в зоне фрикционного контакта производился на расстоянии 1 мм от поверхности контртела с помощью термопары.

Образцы испытывали в течение 3-х часов при скорости вращения 0,7 м/сек и нагрузке 2,69 кг/см2. При этом коэффициент трения фиксировался непрерывно, износ - после каждого часа.

Обсуждение результатов Были исследованы три смеси с процентным содержанием в них ФФ: 30%, 50%,70% и чистая феноло-формальдегидная смола. На рис.1 приведены результаты испытаний исходных образцов на трение:

Зависимость коэффициента трения от состава смесей ФФ-ЭД20 без термообработки

0.5

0.45

Е 0,4

5

е- 0.i5

1 0,3

0,25

с

0,2

0,15

0.1

0 05

0

0 70 140

-ФФ -ЭД20(70)+ФФ(30) ВЛ^Ш'.?Д№(?0)+ФФ(50) -ЭД20(30)+ФФ(70)

Рис.1. Влияние содержания компонентов ЭД-20 - ФФ на трение (v=0.7 м/с, P=0.263 МПа)

Условно обозначив часовые этапы трения как «начальный», «средний» и «завершающий», можно отметить, что все образцы на начальном этапе характеризуются небольшой амплитудой колебания коэффициента трения. Минимальной амплитудой и величиной коэффициента трения обладает образец с 30%-ым содержанием ФФ, причем это сохраняется и на среднем этапе. К завершающему этапу у данного образца увеличивается амплитуда колебаний, что может свидетельствовать о начале непосредственного контакта металл - волокно.

Следует отметить, что композиция, содержащая 30% фенолоформальдегидной смолы, является единственным образцом, который снизил коэффициент трения к завершающему этапу после пройденной «приработки», в отличие от остальных, в которых наблюдалась тенденция роста коэффициента трения после среднего этапа.

В связи с вышеуказанным, для дальнейшего исследования выбран образец 70% ЭД-20 + 30% ФФ.

Термофрикционные зависимости для образцов (без т/о): ЭД-20 + ФФ в зависимости от соотношения компонентов

ЭД20+фф(50+50)

- ЭД20+ФФ(30+70)

Температура, °С

Рис. 2. Термофрикционные кривые образцов системы ЭД-20 - ФФ (у=0.7 м/с, Р=0.263 МПа)

-5-ча

Рис. 3 (а). Поверхность образца с 30% ФФ до термофрикции

Рис. 3 (б). Поверхность образца с 30% ФФ после термофрикции

На рисунках 2 и 3 (а, б, в) приведены фото поверхности полимерного образца и стального контртела после термофрикционных испытаний образца с 30% ФФ. Отличительной особенностью этого состава является перенос с равномерным распределением по поверхности контртела и снижение коэффициента трения при 210°С. Поверхность самого образца мало изменилась, что может свидетельствовать о хорошей стабильности в процессе трибоокисления. Можно видеть, что коэффициент трения этой композиции имеет более низкое значение на протяжении всей термофрикционной кривой, однако, при температурх выше ~ 120°С все композиции с эпоксикомпонентом характеризуются пониженными, близкими значениями коэффициента трения.

Влияние процентного содержания ФФ на КУС.

На рисунке 4 приведены изменения КУС во времени.

Рис. 3 (в). Поверхность стального контртела после термофрикции

Ю'С после 3 часов трения

70 фф

Время, мин 50 фф -30 фф •

Рис.4. КУС поверхности образцов после трения

Исследуя кривые изменения КУС до и после трения, можно отметить, что высоким значением КУС во времени после трения и минимальным значением коэффициента трения обладает образец с 30% содержанием ФФ. После 3 часов трения у всех образцов кроме 70% ЭД-20+30% ФФ, наблюдается примерно одинаковое снижение значения КУС, что может свидетельствовать о появлении окисленных групп на поверхности. Увеличение процентного

содержания ФФ в образце приводит к большим изменениям значения КУС в течение продолжительности пребывания капли на поверхности (15 мин).

Это явление, возможно, связано с тем, что в процессе трения в образцах с высоким содержанием

Рис. 5 (а). Поверхность образца со

связующим 100% ФФ после трения Выводы.

Исследованы трибологические свойства органопластов на основе полиоксадиазольного волокна со связующим эпокси-фенолоформальдегидного типа.

ФФ в большей степени обнажается волокно, в отличие от образца с 70% ЭД-20, где можно видеть, что в процессе трения волокно «тонет» в связующем (рис. 5).

Рис. 5 (б). Поверхность образца с 30% ФФ

после трени.

Показана связь высоких значений краевого угла смачивания с пониженными значениями коэффициента трения исследуемых композиций в условиях трения при комнатной температуре и более сложная зависимость в процессе термофрикционных испытаний.

Алексеев Василий Владимирович, аспирант Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Краснов Александр Петрович, д.х.н., профессор Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Клабукова Людмила Федоровна, к.х.н., доцент кафедры технологии переработки пластмасс Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева

Юдин Алексей Сергеевич, инженер-исследователь Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Горошков Михаил Владимирович, студент кафедры технологии переработки пластмасс Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева

Литература

1. А.П. Краснов, В. А. Мить, О.В. Афоничева, И. А. Рашкован, М.Е. Казаков // Трибохимически активные и трибостабильные полимеры и полимерные системы // Трение и износ, 2002 . Т. 23. № 4. С. 397-410.

2. А. С. Юдин, Д. И. Буяев, О. В. Афоничева, И. Г. Горячева, А. П. Краснов // Трение полимерных самосмазывающихся композитов, армированных термостойкими тканями// Трение и износ,2013. Т. 34. № 2. С. 599-607.

Alexeev Vasilyi Vladimirovich., Krasnov Aleksandr.Petrovich.*, Klabukova L.F.**, Yudin A.S., Goroshkov M.V.

A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia *е-mail: krasnov@ineos.ac.ru

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. ** e-mail: dann2809@yandex.ru.

INFLUENCE OF THE CONTACT ANGLE ON THE FRICTION COEFFICIENT OF EPOXY PHENOL FORMALDEHYDE COMPOSITIONS

Abstract

Tribological properties of organic plastics based on polyoxadiazole fibers with a binder epoxy phenol formaldehyde resin type were investigated. Correlation between high values of contact angle with reduced friction coefficient of the compositions after test at room temperature and a complex relationship after thermo friction was shown.

Keywords: Epoxy phenol formaldehyde resin; polyoxadiazole fiber; tribological properties; wear; contact angle