Исследование процессов трения и износа конструкционных материалов сельскохозяйственного назначения

В связи с широким применением полимеров в качестве конструкционных материалов проблема повышения надежности и долговечности конструкции является актуальной. Эта проблема может быть решена использованием полимерных композитов, наполненных короткими углеродными волокнами. Наполнение полимеров твердыми волокнами обеспечивает стабильную работу узлов трения. Исследованы структурные особенности фрикционного износа углепластиков на основе фенилона, наполненного углеродным волокном. Показано, что трибологические свойства полимерных композитов фенилон/углеродное волокно, а именно коэффициент трения и фрикционный износ, полностью определяются тремя факторами: фрикционными характеристиками матричного полимера (фенилона), его структурой и режимом испытаний. Отмечено, что структура аморфного состояния матричного полимера представляет собой области локального порядка (кластеры), состоящие из нескольких коллинеарных плотноупакованных сегментов разных макромолекул. Обнаружена взаимосвязь кластерной структуры аморфного состояния полимеров с температурой в зоне трения, увеличение которого приведет к их частичному распаду, и, как следствие, повышению относительной доли рыхлоупакованной матрицы. Получены корреляционные зависимости между коэффициентом трения, линейным износом и относительной доли рыхлоупакованной матрицы. Результаты работы позволяют предложить методику прогнозирования параметров процессов трения и износа, а также выбора материала для использования в узлах трения сельскохозяйственных машин. Предложенная методика прогнозирования позволяет целенаправленно изменять трибологические характеристики рассматриваемых полимерных композитов.

Due to the widespread use of polymers as structural materials, the problem of increasing the reliability and durability of the structure is relevant. This problem can be solved by using polymer composites filled with short carbon fibers. Filling polymers with hard fibers ensures stable operation of friction units. Structural features of frictional wear of carbon fiber-based phenylene filled carbon fiber are investigated. It is shown that the tribological characteristics of phenylon/carbon fiber polymer composites, namely the coefficient of friction and friction wear, are completely determined by three factors: tribological characteristics of the matrix polymer (phenylon), its structure and test mode. It is noted that the structure of the amorphous state of the matrix polymer is a region of local order (clusters) consisting of several collinear densely packed segments of different macromolecules. The relationship of the cluster structure of the amorphous state of polymers with the temperature in the friction zone, an increase in which will lead to their partial decay, and as a consequence, an increase in the relative proportion of the loosely packed matrix, is found. Correlations between the coefficient of friction, linear wear and the relative fraction of the loosely packed matrix are obtained. The results obtained allow us to propose a methodology for predicting the parameters of friction and wear processes, as well as the choice of material for use in friction units of agricultural machines. The proposed forecasting technique makes it possible to change purposefully the tribological characteristics of the polymer composites under consideration.