величину порядка 0,1. С увеличением скорости скольжетптя коэффициент трения быстро возрастает в два-три раза при любых условиях нагрул<«ния, В этом случае начинает выделяться большое количество тепла, которое плохо отводится из зоны треиия вследствие низкой теплопроводности фторопласта (0,21 ккал/(м-ч-°С). В результате скольжения поверхностный слой приобретает высокую температуру (в пределе может быть достигнута температура разложения) и поверхность претерпевает существенные изменения, которые приводят к тому, что при последующем снижении скорости скольжения коэффициент трения остается высоким. Разработчики отечественных фторполи-меров, в том числе и фторопласта-4, Л. В. Черешкевич, Д. Д. Че-годаев и др. объясняют это явление образованием ориентированных молекул на трущейся поверхности фторопласта, благодаря которым даже при низких температурах облегчается создание мостиков сварки в контакте при трении [85, 86].

По данным фирмы «Дюпон», для подшипников сухого трения из фторопласта-4 при давлениях менее 7 кгс/см можно допустить следующие скорости скольжения: без наполнителя 0,5 м/с, с наполнителем I м/с и для подшипников из металлокерамики, пропитанной фторопластом, 5 м/с.

Влияние шероховатости поверхности и смазки. К обработке вала, работающего в паре с фторопластовым подшипником, предъявляются повышенные требования, так как фторопласг мягкий материал и даже незначительные микронеровности поверхности вала приводят к его повышенному изнашиванию. Износ является результатом срезывания поверхностного слоя и намазывания пленки фторопласта на вал. В дальнейшем трение происходит между двумя фторопластовыми поверхностями с низкой теплопроводностью. Следовательно, для повышения срока службы подшипника параметр шероховатости шейки вала Ra должен быть равен 0,2-0,4 мкм или 8в - 9-го класса шероховатости по гост 2789-73.

Попадание абразивных частиц в зону трения вызывает повышенный износ фторопласта, так же как и других пластмасс, путем микрорезания. Вследствие этого фторопластовые подшипники не предназначены для работы в абразивной среде.

Наилучшими материалами для вала в паре с фторопластовыми подшипниками являются стали термообработанные с твердостью не менее HRC 42-48, указанные в табл. 23, а также высокотвердые наплавочные сплавы (стеллиты, сормайт и др.), минералокерамика, силицированные графиты. Повышенный износ фторопластовых подшипников наблюдается в парах трения с бронзами, латунями, алюминиевыми сплавами.

Антифрикционные свойства трущейся пары фторопласт - металл улучшаются с введением в зону трения смазывающих жидкостей, воды, растворов кислот, щелочей. Коэффициент трения с водой и другими химическими средами снижается по

сравнению с коэффициентом трення без смазки в 10 раз и бо» лее. Смазывающий материал отводит тепло из зоны трения, что снижает коэффициент трения и изнашивание, увеличивает грузоподъемность подшипника. Поэтому благодаря сочетанию химической стойкости и антифрикционности фторопластовые подшипники нашли применение в химическом оборудовании при работе в условиях сухого и граничного трения В агрессивных средах химических производств.

Одним из эффективных способов использования фторопласта для подшипников является применение фторопластовых композиций с наполнителями. В этом случае увеличивается износостойкость подшипника и снижается коэффициент трения, увеличивается теплопроводность, уменьшается хладотекучесть и линейное расширение. Изменяются и другие физико-механические свойства. Введением во фторопласт при переработке различных наполнителей получают композиционные материалы с новыми качественными свойствами. Наполнителями служат металлические порошки (бронза, медь, никель), минеральные порошки (тальк, ситалл, рубленое стекловолокно) и твердые смазки (графит, дисульфид молибдена, коксовая мука, нитрид бора). Применяемые в качестве наполнителей материалы по разному влияют на физико-механические и антифрикционные свойства фторопласта, имеют различную химическую стойкость, и поэтому выбор того или иного наполнителя зависит от условий работы подшипника. Так, при введении во фторопласт бронзового порошка в количестве 30 и 40% по массе теплопроводности» материала увеличивается с 0,59-10-3 соответственно до 1,08-10- и 1,7-10-3 кал/(с-см-"С). Значительно повышает теплопроводность композиции графит (табл. 26). Твердые смазки в состава KOMHo:nnuiH сун1,ественн() снижают коэффициент сухого трения. Разработаны (1)торонластовь1е композиции с комбинированными наполнителями, которые улучигают анти([)рнкцнониые и физико-механические свойства и вместе с тем повышают теплопроводность и износостойкость. Обычно это достигают одновременным введением минерального или металлического наполнителя и твердых смазок. Марки этих композиций приведены в справоч-

Таб/ица 26. Теплопроводность фторопласта в зависимости ст содержания наполнителя

ннке [34]. Для фторопластовых композиций сугчествует оптимальное соотношение фторопласта и наполнителя, равное 20- 60% по массе или 20-25% по объему, при котором наблюдается минимальный износ. Установлено также, что наполнитель должен иметь размер частиц в пределе 10-60 мкм, преимущественно 20-30 мкм.

Таблица 27. Показатели износа наполненных фторопластовых композиций

В табл. 27 приведены данные по результатам испытаний толстостенной фторопластовой втулки, выполненной из различных марок наполненных фторопластовых композиций. Наряду с другими показателя.ми износостойкости в таблице приведен коэффициент износа К. Коэффициент износа К определяет качество наполненной композиции, ее износостойкость. Он связан с износом Л/г (см), критерием pv и временем работы t по формуле М. М. Хрущова

K = M/{pvt). (77)

При испытаниях установлен предельный износ подшипника 0,127 мм за 1000 ч, которому соответствует допустимое значение критерия теплостойкости [pv]. Значения pv могут быть повышены за счет улучшения условий теплоотвода от подшипника, изменения его конструкции или искусственного охлаждения.

Технология изготовления наполненных фторопластовых ком* позиций различается в зависимости от марки фторопласта. Так, изготовление композиций на основе фторопласта-40, представ* ляющего собой порошок, производится путем смешения компс1* нентов композиции в мешалке, прессовании в пресс-форме npif давлении 300-500 кгс/см, сплавлении в термостате вместе с пресс-формой при температуре 290-300 °С н подпрессовки под давлением 200-300 кгс/см. После охлаждения до температуры ниже 70 °С втулку выпрессовывают из пресс-формы и подвергают искусственному старению в термостате при температуре 180 °С не менее 3 ч [12]. Получение однородной смеси иа основе фторопласта-4 значительно сложнее. Фторопласт-4 имеет волокнистую комковатую структуру. Вследствие этого его смешение с наполнителем производится в коллоидной мель-ииг.е с одновременным размолом смеси между ее рабочими конусами. Изделие прессуется в пресс-форме под давлением 300- 350 кгс/см, а спекается в свободном состоянии (без формы) при температуре 370-380 °С с последующим охлаждением до температуры 150 С. Затем готовую втулку нодшипника охлаждают на воздухе. Полученные свободным спеканием втулки не имеют внутренних напряжений и не изменяют свою форму и размеры при эксплуатации.

Подробные исследовапня физико-механических и антифрикционных свойств композиций иа основе фторопласта-4 с наполнителями: сернокислым барием, тальком, сажей, безводной окисью алюминия, графитом, коксом, дисульфидом молибдена и нитридом бора изложены в работе [23]. Установлено, что оитимал1>пое массовое содержание наполнителей в материале составляет 20-357о и зависит от вида наполнителя. С введением наполнителей у комиозпциониого материала увеличивается износостойкость, повышается твердость, но уменьи1ается механическая прочность и появляется склонность к набуханию в воле и кислотах. Влагопоглощепие растет с увеличением количестпа наполнителя и концентрации кислоты, что необходимо учитывать при проектировании фторопластовых подшипников для агрессивных сред. Для исследованных ко.мпозиций коэффициент трения по стали 12Х18Н10Т (р = 40 кгс/см, v= 1,5 м/с) во время работы в серной и азотной кислотах очень низок и изменяется от 0,01 до 0,03 в диапазоне температур до 80 °С и давлениях до 80 кгс/см. Наиболее износостойкой в серной кислоте оказалась композиция фторопласта-4 с тальком и коксом.

Комплексное исследование композиционных материалов на основе фторопласта-40 проведено автором с сотрудниками [12]. В качестве наполнителей использовали графит, дисульфид молибдена, ситалл, глобулярную оловянисто-фосфористую бронзу. Разработаны марки композиционных материалов на основе фго-ропласта-40: Ф40Г20, Ф40М30, Ф40С15М1,5 и Ф40Б70 и освоена технология получения заготовок деталей, в том числе подшип-

4 3<u<. 116

НИКОВ нз этих материалов. Композиции были изучены с целью определения их физико-механических и антифрикционных свойств и стойкости к действию химических сред. Результаты и методика этих исследований подробно изложены в литературе "•[19, 21, 34, 57]. В табл. 28 даны физико-механические и антифрикционные свойства исследованных фторопластовых компо-з-ицнй.

Таблица 28. Физико-механические и антифрикционные свойства фторопластовых композиций

Изучение антифрикционных свойств и износостойкости композиционных материалов проводили на машине трения МИ-1М, переоборудованной для испытаний полимерных материалов. Испытуемый образец (плоская колодочка) закреплялся неподвижно. Вращающимся образцом служил ролик из стали ШХ15 Испытывали образцы без смазки и со смазыванием водой при скорости скольжения 1 м/с. Полученные зависимости коэффициента трения наполненного фторопласта-40 с различным содержанием наполыителя от давления без смазки представлены

на рис. 38. Из графиков видно, что вначале при постепенном увеличении нагрузки на образец коэффициент трения растет до некоторого максимального значения, соответствующего допускаемому давлению. Дальнейшее повышение нагрузки приводит к увеличению износа и площади контакта образца, а коэффициент трения несколько снижается. Правые ветви кривых со-

0,5 ол

0,6 0.5

ОЛ 0,3 О Л

р,кгс/см

0,5 ОЛ 0,3 0,2 0,1

2 4 6 в 10 12 1 16 О 2 4 6 д 10 12 1 р, КГС/СМ р, кгс/см

Рнс. 38. Зависимость коэффициента трения / от давления р при трении без смазки фторопласта-40 по стали ШХ15 с различным содержанием

наполнителя. %:

а - графита; б - дисульфида молибдена; в - ситалла; г - бронзы:

/ - 20; 2-30; .?-40; 4-10; 5 - 20; 6-40; 7 - 30; 5-10; 9-10; /i?-20; -40; /2 - 30; /3 - 0; /4 - 30; /5 - 70; /5 - 60; /7 - 40

ответствуют началу катастрофического износа, в результате которого давление при дальнейшем нагружении падает, коэффициент трения резко увеличивается и материал становится неработоспособным, так как поверхность трения разрушается. Полученные результаты показывают, что максимальные значения коэффициента сухого трения фторопластовых композиций изменяются в пределах 0,3-0,5 при допускаемых давлениях 3-> 8 кгс/см2.

Интенсивность изнашивания Iq материала уменьшается с введением наполнителя в зависимости от его содержания до