Электрические и триботехнические свойства и трибоэлектрические эффекты при трении композиционного материала на основе политетрафторэтилена

• Автор: Тюкин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ И ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ТРИБОСИСТЕМАХ

1.1 Строение, механические и триботехнические свойства политетрафторэтилена.

1.2 Электрические свойства аморфно кристаллических полимеров и КМ .

1.3 Влияние триббэлектризации в металлополимерных сопряжениях на процессы трения и изнашивания

1.4 Основные механизмы процессов трибоэлектризации полимеров и ПКМ

1.5 Влияние внешних факторов на трибоЭДС в металлополимерных парах

трения.

1.6. Выводы, цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. ВЫБОР И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Анализ измерительных схем и методов исследования трибоэлектрических свойств полимеров и ПКМ
2.2 Установка для экспериментальных исследований.
2.3 Методика исследования механических и триботехнических свойств ПКМ
2.4 Методика исследования электрического сопротивления и удельной электропроводности ПКМ.
2.5 Методика исследования зависимости трибоЭДС от раздельного влияния контактного давления и температуры
2.6 Методика исследования зависимости трибоЭДС от совместного влияния контактного давления и температуры
2.7 Методика исследования трибоэлектрического заряда
2.8 Методика исследования зависимости трибоэлектрического заряда от совместного воздействия температурь контртела и концентрации наполнителя.
2.9 Методика исследования влияния схемы включения трибосистемы на скорость изнашивания ПКМ
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПКМ
3.1 Исследование механических и триботехнических свойств ПКМ
3.2 Исследование электрических свойств ПКМ с различной концентрацией наполнителя.
3.3 Влияние контактного давления и температуры на трибоЭДС в металлополимерной паре трения.
3.4 Влияние температуры на трибоэлектрический заряд.
3.5 Влияния схемы включения металлополимерной трибосистемы в электрическую цепь на триботехнические свойства.
3.6 Выводы
ГЛАВА 4. ЗАВИСИМОСТЬ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПОЛНИТЕЛЯ, МЕХАНИЧЕСКОГО И ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ
4.1 Зависимость трибоЭДС от воздействия контактного давления и
температуры
4.2 Зависимость трибоэлсктри чес кого заряда от концентрации наполнителя и температуры
4.3 Роль трибоэлектризации в термодинамике процесса изнашивания металлополимерной трибосистемы.
4.4 Методика прогнозной оценки характеристик триботехнических свойств ПКМ по концентрационным зависимостям трибоЭДС г
4.5 Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА


Исходя из вышесказанного объектом данного исследования являются полимерные композиционные материалы на основе ПТФЭ и металлополимерные трибосистемы. Предмет исследования электрические, механические и триботехнические свойства ПТФЭ, модифицированного углеродными модификаторами. Целью работы является исследование характеристик трибоэлектрических эффектов и их влияния на триботехнические свойства ПКМ на основе политетрафторэтилена с углеродными наполнителями. Для достижения цели были поставлены следующие задачи. Изучить влияние концентрации ультрадисперсного и волокнистого углеродных модификаторов на механические, электрические и триботехнические свойства ПКМ. Исследовать зависимость трибоЭДС от контактного давления и температуры при зрении ПКМ по стальному контртелу. Исследовать зависимость трибоэлектрического заряда от температуры и концентрации наполнителя модификатора в ПКМ. Изучить зависимость износостойкости ПКМ от схемы установки металлополимерного узла трения в изделии узел изолирован, узел заземлен и включения узла трения во внешнюю электрическую цепь с различным расположением полярности. Разработать методику определения концентрации наполнителя и прогнозной оценки износостойкости ГТКМ на основе анализа концентрационных зависимостей скорости изнашивания ПКМ прототипа и трибоЭДС исследуемого ПКМ без проведения длительных испытаний его на трение и износ. Разработать рекомендации по определению концентрации углеродных модификаторов в зависимости от вида модификатора и схемы включения трибосистемы, в электрическую цепь, обеспечивающие повышение износостойкости ПКМ. Анализ научной литературы, относящийся к рассматриваемой проблеме, с целью выявления состояния исследуемой проблемы в материаловедении и триботехнике. Цель работы и сформулированные задачи предполагали использование комплекса экспериментальных и расчетных методов. Экспериментальные методы включали проведение исследований по изучению свойств ПКМ механических, триботехнических, электрических, исследование электрических явлений при трении и влияния трибоэлектризации на триботехнические свойства ПКМ. Использованные расчетные методы включали математические методы планирования экспериментов, статические методы обработки экспериментальных данных и регрессионный анализ. Научная новизна результатов работы. Установлены зависимости электрического сопротивления и удельной проводимости ПКМ от концентрации ультрадисперсного и волокнистого наполнителей и раскрыт механизм формирования электропроводящих структур в аморфнокристаллических полимерах, модифицированных углеродными наполнителями, включающий формирование электропроводящих перколяционных кластеров наполнителя в структуре ПКМ. Обоснован механизм трибоэлектризации и условия формирования трибоЭДС при фрикционном взаимодействии полимерных композиционных материалов с металлическими контртелами, согласно которому трибоЭДС уменьшается при повышении контактного давления и температуры вследствие уменьшения разности работ выхода электрона у металла и полимера согласно зонной теории в условиях трения. Получена зависимость величины трибоэлектрического заряда от концентрации скрытокристаллического графита и температуры в виде уравнения регрессии, показывающая, что величина заряда преимущественно зависит от концентрации модификатора. Установлено влияние электроизоляции и заземления металлополимерного узла трения, а также влияние схемы включения узла во внешнюю электрическую цепь различное расположение полярности источника тока на скорость изнашивания ПКМ. Разработана методика определения оптимальной концентрации наполнителя в создаваемых ПКМ на основе концентрационных зависимостей трибоЭДС без проведения трудоемких испытаний на трение, обеспечивающая минимальную скорость изнашивания ПКМ в заданных условиях и режимах трения. Практическая ценность работы. Полученные уравнения регрессии позволяют на этапе разработки ПКМ определить влияние условий нагружения узла трения, температуры и концентрации наполнителя на трибоЭДС и оценить степень ее влияния на процессы трения и изнашивания.