Примечание. Содержание наполнителей указано в объемных процентах.

Подшипники такого типа предпочтительно устайавливать в Случаях, когда тепло должно отводиться главным образом через корпус подшипника, а не через вал. В связи с тем, что вкладыш «плавающий», часть работы, затрачиваемой на преодоление трения, реализуется на тыльной поверхности вкладыша (трение между вкладышем и корпусом подшипника).

Для изготовления свертных втулок применяют также листовой фторопласт (толщиной 0,127 мм), в который добавлено небольшое количество дисульфида молибдена. На одну сторону листа нанесен чувствительный к давлению клей. Заготовку нужной формы вырезают и приклеивают к основанию. Износостойкость такого материала невысокая, но он очень удобен для снижения трения без смазки при невысоких нагрузках (менее 3,52 кгс/см) и значениях pV, не превышающих 0,36 кгс/см -м/с.

Применять графит в качестве наполнителя фторопласта целе- сообразно для подшипников, работающих в коррозионных и агрессивных средах. Особенно удобен в применении материал, состоящий из слоя толщиной приблизительно 0,8 мм наполненного графитом фторопласта, соединенного с основой из нержавеющей стали.

Промышленностью Англии выпускаются также [83, 94] наполненные графитом фторопластовые материалы (содержание наполнителя от 15 до 40%) в виде стержней и труб или готовых подшипников. Композиции с большим содержанием графита обладают максимальной теплопроводностью из всех наполненных фторопластов. Они успешно работают S столь агрессивной жидкости, как азотная кислота. Наивысшей износостойкостью при трении без смазки обладают композиции с бронзовым наполнителем. Однако износостойкость их высока только при относительно небольших скоростях и температурах на поверхностях трения. Поскольку коэ()фициент трения в большинстве применений достигает 0,2, а теплопроводность материала низка, то высокие поверхностные температуры возникают уже при относительно низких значениях pV (0,36 или 0,72 кгс/см -м/с). Это ограничение в значительной мере преодолевается при введении во фторопласт равного количества бронзы и графита (по 20% объемных). Такие материалы выпускаются в Англии фирмой «Гласир» под маркой «DQ». Теплопроводность при этом увеличивается в 3 раза, поверхностная температура снижается и допустимые значения pV повышаются до 3,57 кгс/см-м/с. Однако неблагоприятное влияние, скорости не устраняется, и максимальное значение pV может быть реализовано при скоростях выше 0,5 м/с только в том случае, если допускается сравнительно высокий темп износа (по-.рядка 0,25 мм за 1000 ч). В воде бронзографито-фторопластовые подшипники работают также хорошо. Материал показал себя работоспособным и в жидком кислороде (-183° С) и применяется в виде вставок в подшипниках насосов, перекачивающих жидкий кислород.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ВЫПУСКАЕМЫХ В АНГЛИИ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА ПРИ РАБОТЕ БЕЗ СМАЗКИ [94] (ПЛОСКИЕ ОБРАЗЦЫ ТРУТСЯ ПОД НАГРУЗКОЙ 7,25 кгс О СТАЛЬНОЙ ВАЛ ДИАМЕТРОМ 25,4 мм, ВРАЩАЮЩИЙСЯ СО СКОРОСТЬЮ 450 об/мин И 1350 об/мин. ТЕМПЕРАТУРА ВАЛА СООТВЕТСТВЕННО 25° И 80° С)

Более эффективной в преодолении ограничений по температуре и скорости скольжения наполненного бронзой фторопласта при работе без смазки является добавка свинца или окиси свинца. Однако при работе в воде антифрикционные характеристики резко снижаются, и такие материалы непригодны для узлов, смазываемых водой.

Исследованию трения и износа полимерных материалов (в том числе и фторопласта), наполненных графитовыми и углеродными волокнами, посвящена работа 182]. Композиционные материалы с графитовыми волокнами мало чувствительны к материалу контртела. Коэффициент трения низок, и на поверхности контртела образуется ориентированная пленка перенесенного графита. При применении в качестве наполнителя углеродных волокон большое, значение имеет материал контртела. Если твердость его высока {HV > 1000 кгс/мм) или материал содержит хром, коэффициент -трения мал и ориентированная пленка образуется. С контртелами из Других материалов (мягкие стали и т. п.) трение высоко, перенесенной ориентированной пленки не образуется, и износ контртела может быть большим.

За рубежом наполненные фторопласты нашли широкое применение в компрессоростроении для изготовления поршневых колец и уплотнений. Наиболее часто в качестве наполнителей применяются: стекловолокно, графит, углеграфит, дисульфид молибдена, бронза [4, 48, 63]. В публикациях отмечается, что материалы одного состава, но изготовленные различными фирмами, имеют отличия по износостойкости. Это свидетельствует о большом влиянии на качество материала технологических факторов. Большое значение в исследованиях уделяется влиянию газовой среды и влажности на износостойкость и трение фторопластовых композиционных материалов.

В работе [70] описаны результаты исследования трения и износа 14 материалов, поставляемых западноевропейскими и американскими промышленными фирмами. Испытания проводили в воздухе с различной влажностью, азоте, гелии, углекислом газе, метане, этане, пропане, кислороде, фтор углеродных хладоаген-тах (Р12, Р13 и Р22). Материал контртела - чугун с перлитной структурой и сталь с 13% Сг. Отмечено, что на износостойкость значительно влияет вид и влажность газа, а также материал контртела. Особенно сильно различается износостойкость испытанных материалов в азоте, гелии и углеводородах. Повышение в этих газах содержания влаги, как правило, снижает износ. При испытании в атмосфере воздуха зависимость темпа износа от влажности имеет минимум. Износ при трении по стали был выше, чем пО" чугуну. Испытания на компрессорах наиболее износостойких в конкретных газах композиций показали высокую их долговечность.

В другой работе [63] приведены результаты испытаний трех композиций в воздушной среде и в азоте с различной степенью влажности. Отмечается, что состав газовой среды и влажность

заметно влияют на износ фторопластовых композиций, содержащих в качестве наполнителя стекловолокно (25% вес), бронзовый порошок (60% вес) и углеграфит (32% вес), наиболее широко применяющихся в США для поршневых колец компрессоров, работающих без смазки.

Опыт эксплуатации около 200 комплектов поршневых колец из наполненного фторопласта в компрессорах на предприятиях «Империал Кемикал Индастриз» (Англия) освещен в работе [48]. Испытывались кольца из семи материалов, содержащих: стекловолокно; стекловолокно и графит; дисульфид молибдена; угле-графитовый наполнитель. На основании анализа результатов автор работы пришел к выводу, что следует применять лишь одну композицию с углеграфитовым наполнителем, добиваясь стабильных характеристик поршневы,х колец. В работе [48] приведены предельные рабочие параметры применяемых в настоящее время порошневых колец из наполненного фторопласта, из анализа которых следует, что поршневые кольца компрессоров, изготовленные из наполненных фторопластов, могут успешно работать без смазки при достаточно тяжелых режимах.

Максимальная скорость поршня, м/с Максимальный перепад давлений, кгс/см Температура нагнетания, °С:

при давлениях <;i0,5 кгс/см . .

при давлениях >10,5 кгс/см . .

Со смазкой

4,12 104,5

180 150

Без смазки 3,34

42,1

160 130

В работе Р. М. Матвеевского, В. В. Позднякова и А. П. Семенова [34] описано исследование влияния наполнителей (30% объемн.) на износостойкость фторопласта-4. Во фторопласт-4 вводили следующие мелкодисперсные наполнители: графит С-1, нитрид бора, серебро, свинец, Бр. ОФ. 10-1 и Бр. СуС-12 (в виде тонкой стружки, получаемой при точении с глубиной резания и подачей порядка 0,02 мм). Образцы изготовляли из смесей компонентов (получаемых совместной коагуляцией соответствующих суспензий) прессованием и последующим спеканием под давлением. Испытания проводили по схеме «стальная сфера - кольцевой образец» [33] при коэффициенте взаимного перекрытия, равном единице. Скорость скольжения 0,21 м/с, начальная нагрузка в контакте 75 кгс/см, длительность испытаний 20 ч.

Проведенные испытания показали, что при введении наполнителей во фторопласт износостойкость его резко повышается, несмотря на то, что значения коэффициента трения для ряда композиций даже увеличиваются. Темп износа композиций с бронзовой стружкой в несколько тысяч раз ниже, чем темп износа чистого фторопласта-4. Даже при введении во фторопласт свинца (менее всего повлиявшего на износостойкость) темп износа снизился в 130 раз.

Обширные исследования влияния различных наполнителей на износ и трение фторопласта выполнены Н. П. Истоминым [21,

22,42, 43]. ЁкаЧестЁё наполнйТёЛей применили п6рб1пкй различных материалов разной дисперсности: графита натурального и синтетического, дисульфида молибдена, меди, молибдена, свинца, титана, кобальта, бронз разного состава (в виде мелкой стружки), талька, сернокислого бария, молотого кварцевого песка, ситалла. Композиции изготовляли смешиванием исходных компонентов, прессованием и спеканием при температуре 380° С в свободном состоянии или под давлением (в закрытой пресс-форме). Испытания проводили- по схеме трения «стальная сфера - кольцевой образец» и «ролик - плоский обра?ец».

Было установлено, что для большинства испытанных наполнителей оптимальное их содержание в композиции, обеспечивающее при трении без смазки минимальный изнрс, лежит в пределах 20-30% (объемн.). При этом износостойкость композиций в 1000 раз (и более) превышает износостойкость чистого фторопласта. Установлено, что большую рЪль играет не только природа, но и дисперсность наполнителя. Так, если частицы такого наполнителя, как графит или дисульфид молибдена, имеют размеры порядка нескольких микрометров и меньше, то износостойкость композиций значительно снижается по сравнению с композицией, имеющей размер частиц наполнителя до 75-100 мкм. При еще более крупных частицах наполнителя износостойкость композиций снова уменьшается. Наиболее высокую износостойкость показала композиция с графитом марки СКЛН с размером частиц до 75 мкм; вместе с тем для нее характерны и наиболее высокие значения коэффициента трения (0,22). Вообще же по износостойкости композиции с различными графитами отличаются одна от другой до 10 раз, а по коэффициенту трения более чем в 2 раза.

Интересное наблюдение сделано [22] о влиянии ориентации плоскостей спайности графитового наполнителя (по отношению к направлению скольжения) на износ и трение. При применении в качестве наполнителя явно кристаллического серебристого графита марки КЛТ Тайгинского месторождения с размером частиц до 0,125 мм обнаружено, что из трех возможных ориентации частиц графита (направление трения перпендикулярно плоскостям спайности, направление трения и ось вращения параллельны плоскостям спайности, направление трения параллельно, а ось вращения перпендикулярна плоскостям спайности) наиболее высокой износострйкостью обладает ориентация, при которой направление действия силы трения перпендикулярно к плоскостям спайности частиц графита. Наибольшей износостойкости соответствует и максимальное значение коэффициента трения (/ = 0,20). Минимальная износостойкость и меньший коэффициент трения (/ = = 0,16) соответствуют второй возможной ориентации частиц

«Ориентированные» образцы получались из отпрессованного и спеченного образца композиционного материала (частицы графита расположены перпендикулярно направлению прессования) разрезкой по соответствующим направлениям.

Рис. 26. Зависимость линейного износа наполненного фторопласта-4 от содержания коллоидного графита С-1 при сухом трении по стали 45 (р= 16 кгс/см; V = 0,64 м/с)

11000 % 23Л

208 186

120 98 76 54 32 10

40 %

наполнителя. Промежуточная износостойкость характерна для ориентации третьего типа.

Результаты испытаний образцов со скрытокристаллическим графитом марки СКЛН Ногинского месторождения с размером частиц до 75 мкм показали, что износостойкость и значения коэффициента трения практически одинаковы для всех трех случаев ориентации плоскостей.

В работе [11] описано исследование влияния добавки йодистого свинца (до 10 вес. %) на износостойкость фторопласта-4, содержащего оловянную бронзу (10% олова) и латунь. Автор при объяснении • наблюдаемого существенного снижения теулпа износа исходит из предположения, что йодистые соединения (PbJg, CdJa, BiJg) могут в рассматриваемом случае одновременно играть роль твердых смазок и химически активных присадок. П. А. Северин и др. [42, 43] изучали влияние на антифрикционные свойства высокомолекулярного фТоропласта-4 марки А введения в него различных количеств коллоидного графита С-1 (дисперсностью 400 меш.). Были исследованы композиционные материалы, содержащие 15, 30 и 40% (объемн.) графита, полученные: а) свободным спеканием (ФГ-15, ФГ-30, ФГ-40); б) спеканием под давлением (ФГ-15А, ФГ-ЗОА, ФГ-40А); в) спеканием под давлением с последующей термической обработкой в течение 24 ч при температуре 310-312° С (ФГ-15А0, ФГ-ЗОАО, ФГ-40АО). Длительной термической обработкой достигалась высокая степень кристалличности фторопласта и обеспечивалась дополнительная прививка молекул полимера на частицах наполнителя. Трение и износ материалов изучали на машине МДП-1 Ивановского завода ЗИП (трение о стальной диск пальчиковых образцов).

• Работоспособность трущегося сопряжения в значительной мере определяется температурой поверхности полимера и сильно зависит от теплоотдачи, непосредственно связанной с коэффициентом взаимного перекрытия. При испытании на машине МД11-1 коэффициент этот близок к нулю, и значительная часть тепла отводится в окружающую среду. Это затрудняет возможность использования результатов, полученных на машинах трения такого типа, в реальных сопряжениях с коэффициентом взаим-