Трение
Материалы, используемые для изготовления трущихся деталей, должны обладать низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Большинство полиамидов характеризуется хорошим сочетанием этих свойств. Вследствие того что эти свойства наибольший интерес представляют для потребителей полиамидов, последующее изложение посвящено главным образом практической стороне вопроса с привлечением лишь минимально необходимых теоретических положений.
При скольжении в условиях отсутствия влаги коэффициент трения полиамидов, определенный по стандартной методике, несколько больше, чем у большинства термопластичных материалов.
 Публикуемые таблицы статических или динамических коэффициентов трения служат лишь отправной
точкой для выбора материала при изготовлении деталей с трущимися поверхностями. Более информативными величинами являются значения коэффициентов трения, полученные в условиях испытаний, моделирующих реальные режимы эксплуатации изделия. Предпочтительность такого подхода вытекает из того, что коэффициент трения зависит от многих факторов, как-то: величина нагрузки, относительная скорость скольжения, чистота поверхности, природа трущихся поверхностей, температура и влажность. Все эти параметры должны контролироваться при испытаниях.
На износ помимо трения, играющего основную роль в этом процессе, оказывает влияние и ряд других факторов. При трении может происходить значительный разогрев материала, обусловленный малой теплопроводностью ненаполненных пластмасс, что ограничивает возможность их использования, поскольку при высокой температуре развиваются большие деформации. Это отражается в ограничении предельного значения PV-фактора,
Разделить сопротивление материала трению и износу, как правило, практически невозможно, если, конечно, исключить случай, когда имеет место однократный контакт трущихся поверхностей.
Можно выделить два случая воздействия внешних нагрузок при использовании полимеров в трущихся деталях, а именно — малые нагрузки при высоких скоростях скольжения (например, в подшипниках и
втулках) и большие нагрузки при низких скоростях (такие случаи встречаются при использовании полимеров в накладках опор трения узлов машин, предназначенных для небольших перемещений при значительных нагрузках). Полиамиды, как правило, применяют в первом случае.
Теории трения базируются на основных законах, впервые сформулированных Амонтоном еще в 1699 г. Первый закон, который гласит, что сила трения, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого, пропорциональна силе, направленной по нормали к поверхности.
Второй закон устанавливает, что сила трения не зависит от площади поверхности контакта двух тел. В настоящее время хорошо известно, что реальная поверхность контакта двух тел значительно меньше кажущейся и нагрузка распределяется на небольшом числе шероховатостей на поверхности тела. При первоначальном контакте двух тел эти шероховатости пластически деформируются до уравновешивания приложенной нагрузки.
В настоящее время полагают, что сопряженные поверхности, пластически деформируясь под действием приложенной нагрузки, «прилипают» друг к другу по месту расположения шероховатостей. Если движение происходит параллельно этим поверхностям, то сила, необходимая для преодоления сил трения, равна усилию, затрачиваемому на разрушение точек контакта.
В сухой атмосфере коэффициент трения полиамидов незначительно изменяется с температурой, если полимер находится значительно ниже температуры плавления. Обработка трущихся поверхностей в случае сухого трения влияет на показатели трения и, как и следует ожидать, при улучшении качества обработки поверхности коэффициент трения снижается.
Увеличение влагосодержания повышает коэффициент трения полиамидов. Изменение внешних условий и, в частности, влажности окружающей среды очень быстро приводит к изменению показателей трения полиамидов, поскольку определяющую роль в этом процессе играет поверхностный слой материала.
Исследования трения пары полимер — металл показали, что при длительном скольжении часть полимерного материала переносится на металлическую поверхность и, в известной степени, — наоборот.
При образовании стабильной адгезионной пленки и сохранении неизменного режима трения наблюдается постоянная скорость износа пластмассы вплоть до разрушения адгезионной пленки. В сущности, это явление аналогично образованию граничных пленок при смазке. При трении полиамидов по сухой поверхности действительно наблюдали образование таких пленок, которые оказались весьма стабильными.
Несмотря на то что адгезионные пленки могут образовываться из исходного полиамида, в полимер можно вводить добавки, образующие на металлической поверхности прочную адгезионную пленку, не разрушающуюся при действии больших нагрузок и при высоких скоростях. Это является способом модификации материалов, применяемых для производства подшипников скольжения. В качестве таких добавок
могут использоваться неорганические материалы с чешуйчатой структурой, обеспечивающей скольжение при трении, такие как графит и дисульфид молибдена. В формировании адгезионной пленки наряду со специально введенной добавкой принимает участие и сам полимерный материал. Более поздние исследования были посвящены введению в полиамидную матрицу полимеров с низким коэффициентом трения и улучшенными деформационными свойствами. Для этой цели использовали полиэтилен и политетрафторэтилен.
|
