Диагностика надмолекулярной структуры смазочного слоя методом поляризационной трибометрии

• Автор: Железнов, Антон Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Общая характеристика граничных смазочных слоев

1.1.1. Развитие представлений о природе граничных слоев

1.1.2. Надмолекулярная самоорганизация в смазочном слое

1.1.3. Граничный слой как жидкокристаллическая фаза и методы её исследования

1.2. Элементы реологии сплошных сред в приложении к трибосистемам

1.2.1. Основные понятия

1.2.2. Температурная зависимость вязкости

1.2.3. Математические модели стационарного сдвигового течения
1.2.4. Реология эпитропных ЖК-слоёв
1.3. Оптика смазочных слоёв
1.3.1. Ориентационный эффект Максвелла
1.3.2. Оптическая анизотропия смазочных слоёв
1.4. Поляризационно-оптические исследования смазочных слоёв
1.4.1. Подходы к определению структуры смазочных слоёв
1.4.2. Развитие метода поляризационной трибометрии
1.5. Выводы по результатам аналитического обзора и постановка цели и задач исследования
1.5.1. Выводы по аналитическому обзору
1.5.2. Формулирование цели и постановка задач исследования
1.5.3. Материалы для исследований
2. СТАНДАРТНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ
2.1. Поляризационная микроскопия
2.2. Трибометр ТАУ-
2.3. Ротационная вискозиметрия
2.4. Дифференциальная сканирующая микрокалориметрия
3. МЕХАНИЗМ ПОВЫШЕНИЯ СМАЗОЧНОГО ЭФФЕКТА ПРИ НАЛИЧИИ ЭПИТРОПНЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЁВ
ЗЛ. Реологические исследования
3.2. Поляризационно-микроскопические исследования
3.3. Триботехнические исследования
4. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ТРИБОМЕТР
4.1. Идеология поляризационно-трибометрического эксперимента
4.2. Механическая часть
4.3. Оптическая часть
4.4. Система автоматизированной регистрации данных
4.5. Методика исследования СМ на поляризационном трибометре
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ СЛОЁВ
5.1. Теоретическое описание работы поляризационного трибометра
5.2. Методика оптического анализа структуры смазочных слоёв
6. ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО ИНТЕРПЕРТАЦИЯ
6.1 Поверхностно-активные вещества
6.1.1. Поляризационно-микроскопические исследования
6.1.2. Реологические исследования ПАВ
6.1.3. Триботехнические исследования ПАВ
6.2. Поляризационно-трибометрические исследования
6.2.1. Объёмная упорядоченность смазочных слоёв
6.2.1. Граничная упорядоченность смазочных слоёв
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время трибология - наука о трении, износе, смазке и контакте твёрдых тел - приобретает всё возрастающую значимость для обеспечения работоспособности и требуемой долговечности и надёжности узлов трения механизмов и машин. Это относится как к традиционным изделиям машиностроения, так и к продукции новейших отраслей техники, которая работает подчас в тяжелых условиях (в космическом вакууме, в агрессивных средах, в атомных реакторах под воздействием радиации и жидкометаллических теплоносителей, при повышенных нагрузках и скоростях относительного перемещения контактирующих деталей, в условиях миниатюризации трущихся сопряжений и т. д.). Отечественная трибология достигла к настоящему времени высокого уровня, однако для достойного ответа на вызовы времени трибология должна непрерывно развиваться [
Автор настоящей работы и исследовательская группа с его участием в последние годы развивали новые оригинальные исследовательские подходы, направленные на изучение эффекта надмолекулярной самоорганизации в смазочных слоях [2 — 9]. Исследование влияния процесса трения на надмолекулярную структуру смазочного слоя (СС) в настоящее время является нерешенной экспериментальной задачей ввиду невозможности прямого наблюдения за смазочным материалом в зоне трения. Таким образом, оценить структурную организацию молекулярной системы можно только по косвенным параметрам. Такое положение дел привело к появлению моделей надмолекулярной организации граничного СС, описывающих его структуру и свойства лишь на качественном уровне.
Для построения более детальных моделей СС представляется полезным использовать оптический отклик смазочного материала (СМ) на поляризованное световое излучение — метод, получивший широкое применение при исследовании строения жидких кристаллов [10].
Поляризационная микроскопия является распространенным методом исследования фазового состояния соединений, в том числе мезоморфных структур. Она

уравнение Гершеля - Бакли [80] г = гя+77//'^"= 0-17)
где тв, тс, тн — параметры, имеющие значение предельного напряжения.
Уравнения (1.15) и (1.16) предсказывают конечные значения эффективной вязкости при у —* со, а также неограниченное возрастание вязкости при у —> 0. Уравнение (1.14) при произвольных значениях т и п известно как уравнение Шульмана [81]. Уравнение Оствальда [82] можно считать частным случаем уравнения Гершеля - Бакли при гя = 0.
1.2.4. Реология эпитропных ЖК-слоёв
Сосредоточение внимания на вязкости индивидуальных мезогенов обусловлено практической важностью этого свойства с точки зрения её влияния на свойства течения и ориентацию граничных слоев, формируемых мезогенами, на поверхностях трения.
Течение растворов полимеров и жидких кристаллов часто рассматривается с использованием концепций, взятых из реологии дисперсных систем [72]. Изучение реологических характеристик тонких слоев мезогенов позволяет расширить теоретические знания о возможности применения жидких кристаллов в качестве трибоактивных присадок к смазочным материалам. Исследования кривых течения могут служить в качестве средства выявления внутренней структуры анизотропной жидкости, регистрации изменений этой структуры при изменении внешних условий. Это обусловлено тем, что величина динамической вязкости чувствительна к осуществлению тонких изменений надмолекулярной структуры, которые зачастую оказываются недоступными для изучения с помощью других экспериментальных методов [83]. Таким образом, структура определяет вязкость системы, а вязкость - отражает развитие в ней структуры. На реологические свойства оказывают влияние структурные характеристики мезогенов, которые непосредственно связаны с молекулярными взаимодействиями, особенностями строения и теплового движения структурных элементов, взаимодействиями этих элементов