Дипломная работа: Разработка технологии изготовления тормозной колодки из композиционных полимерных материалов

Состав АПИ, в котором в качестве растворителя использован фуриловый спирт носит название АПИ-3. Присутствие в составе связующего фуранового полимера увеличивает время вязко-текучего состояния при одновременном снижении температур отверждения олигоимида до 300°С, сокращается и длительность отверждения. Эффективная энергия активации начала процесса отверждения снижается с 93,2 кДж/моль до 53,0 кДж/моль поскольку фурановый полимер принимает участие в реакции полимеризации олигоимида. При этом, на границе раздела фаз образуется, по видимому, сетчатый фурановый полимер.

Давление формования оказывает такое же влияние на поведение олигоимидов и КМ на их основе, как и в случае фенопластов.

Вязкость наполненных олигоимидов АПИ-2 и АПИ-3 при температурах плавления аналогична вязкости фенольных пресс-порошков (10 ⁶ -10 ⁷ Па с). Присутствие наполнителя сокращает время вязко-текучего состояния по сравнению с ненаполненными олигоимидами. В случае КМ на основе АПИ-2 время вязко-текучего состояния при 320–340°С сокращается до нуля. Это заставляет формовать изделия в две стадии: при 290°С – проводить формообразование, а при 340°С – отверждать их. КМ на основе АПИ-3 формуются в одну стадию при температуре отверждения изделия.

Рекомендуется прессовать КМ на основе АПИ-3 при 300°С и давлении 10–20 МПа в зависимости от применяемого наполнителя. Время подачи давления и отверждения зависит от применяемого наполнителя. Углеродный наполнитель сокращает время вязко-текучего состояния в КМ на основе АПИ-3 с 9 мин. до 4 мин. при 300°С, но не влияет на продолжительность реакции отверждения. В присутствии базальтового и стеклянного наполнителя время вязко-текучего состояния также сокращается при 300°С по сравнению с ненаполненным АПИ-3, а при 270°С, наоборот, увеличивается. Но замедляется стадия отверждения. Разрыхленность полуфабриката и малая теплопроводность наполнителя затрудняет его прогревание на начальной стадии отверждения, повышая на этой стадии эффективную энергию активации. Чем выше теплопроводность наполнителя и степень асимметрии его частиц, тем в большей степени энепгия активации начального периода отверждения приближается к значению энергии активации связующего. Длительный период вязко-текучего состояния всех КМ на основе АПИ-3 при 270°С можно использовать для предварительной пластикации при литьевом прессовании. Время вязко-текучего состояния имидопластов при 300°С (3–4 мин.) меньше чем при 270°С, но достаточно для предварительного подогрева в поле ТВЧ, таблетированного материала, предназначенного для прямого прессования, что может сократить длительность пребывания материала в формующем оборудовании. Для повышения теплостойкости целесообразно проводить дополнительную термообработку изделий вне формующей оснастке при 350°С.

Эксплуатационные свойства изделий на основе АПИ-3

Присутствие фуранового полимера в составе отвержденного полиимида не снижает температуру начала термодеструкции и не увеличивает потери массы в процессе деструкции полимера, даже при прогреве до 600⁰ С. На основе АПИ-3 были созданы композиционные материалы с повышенным уровнем рабочих температур с различными наполнителями: рубленные углеродные, базальтовые, стеклянные волокна, порошкообразный термоантрацит.

Разработанные КМ на основе АПИ-3 не изменяют своих свойств в течение длительного времени (не менее 12 мес.).

При получении антифрикционного самосмазывающегося материала (АСП) с использованием связующего АПИ-3 была использована технологическая схема изготовления пресспорошков на основе порошкообразных наполнителей и раствора связующего, состав и количество наполнителя были оставлены такими же, как и в АСП АТМ-2: смесь порошкообразного термоантрацита и природного графита в соотношении 9:1, содержание наполнителя составляло 50–55% масс. Пресспорошок на основе АПИ-3 (марка ИГП) готовили путем смешения связующего АПИ-3 и наполнителя в смесителе лопастного типа до получения однородного состава с последующей его термообработкой для перевода связующего в олигоимидную форму. После термообработки (сушки) массу измельчали в шаровой мельнице до размеров гранул с d_ср =0, 15–0,25 мм.

Изучение технологических свойств разработанного на основе АПИ-3 ИГП показало, что он пригоден для переработки в изделия прямым прессованием.

Вязкость материалов и условия отверждения позволяют проводить процесс прессования также, как и фенопластов, в одну стадию, что не удавалось реализовать при использовании связующего АПИ-2. Материалы на основе АПИ-3 при температуре отверждения 300⁰ С, которую можно считать за оптимальную, сохраняют вязко-текучее состояние в течение времени, достаточного для прогрева материала по всему объему изделия и созданию давления формования. При сравнении свойств имидопластов на основе АПИ-3 и АПИ-2 можно видеть, что использование фурилового спирта в качестве модифицирующего активного компонента в составе имидообразующих мономеров не снижает механические свойства стандартных образцов как при 20⁰ С, так и при повышенных температурах. Показатели прочности имидопластов на основе АПИ-2 и АПИ-3 аналогичны показателям свойств фенольного прессматериала ВПМУ-1 при 20⁰ С. В отличие от ВПМУ-1, имидопласты АПИ значительно более теплостойки: даже при 350⁰ С они сохраняют 81–82% исходной прочности при изгибе, 62% – ударной вязкости. Показатели свойств ВПМУ-1 уже при 200⁰ С снижаются на 50%.

Заменив в составе АСП АТМ-2 термопластичную матрицу на АПИ-3 удалось повысить теплостойкость АСП с +90⁰ С до 350⁰ С. Механические, кроме прочности при изгибе, и триботехнические свойства материала ИГП по сравнению с АТМ-2 при этом не ухудшаются.

Таким образом для изготовления фрикционных накладок наиболее рационально использовать состав АПИ-3 так, как этот состав имеет меньшую по сравнению с АПИ-2 вязкость, формуются в одну стадию при температуре отверждения изделия и не снижает механические свойства стандартных образцов как при 20⁰ С, так и при повышенных температурах./6/.

2.4 Выбор и характеристика основного наполнителя для фрикционных ПМ

Наиболее распространенным армирующим компонентом для ФПМ ранее являлось асбестовое волокно. Обладая высокой прочностью (до 3 ГПа), оно обеспечивает высокие механические свойства и теплостойкость. При температуре 400°С прочность асбестового волокна снижается лишь на 20%, полное разрушение наступает при 700…800°С. Фрикционные изделия в тормозах и муфтах сцепления работают в условиях знакопеременных тепловых нагрузок (периодические нагревы и охлаждения). Армирование асбестом в этом случае повышает стойкость изделий к растрескиванию. Асбест обладает способностью очищать поверхности трения от загрязнений, что обеспечивает высокие значения коэффициента трения (до 0,8).

Из-за вредных воздействий на окружающую среду и здоровье человека применение асбеста во многих узлах трения запрещено решением ЮНЕСКО. Это создало очень серьезную научно-техническую проблему замены асбеста во фрикционных материалах другими экологически чистыми материалами.

В качестве армирующих компонентов, наряду с асбестом, используют минеральную (шлаковую) вату. Минеральная вата не разрушается при температуре до 700ºС, но в связи с хрупкостью и наличием в составе твердых включений («корольков»), повреждающих поверхность фрикционного контртела, имеет ограниченное применение. В качестве армирующих компонентов применяют также стеклянные, базальтовые, углеродные и другие волокна /7/.

Использование базальтовых волокон (БВ) для армирования с повышенным коэффициентом трения ФПМ является одним из альтернативных путей решения проблемы создания безасбестовых изделий фрикционного назначения. Сопоставительные испытания показали, что полимерные композиции, содержащие базальтоволокнистые наполнители, по износостойкости находятся на уровне композитов, армированных асбестом, а по коэффициенту трения превосходят их. Так как БВ обладают по сравнению с асбестовым существенным преимуществом по жаростойксти и жаропрочности, то армирование ими взамен армирования асбестом позволяет композиту работать в более высоком температурном интервале, что улучшает эксплуатационные характеристики.

Помимо вышесказанного базальт является экологически чистым и не выделяет вредных веществ, в том числе и при повышенных температурах.

Отечественными учеными разработаны базальтовые волокна, получаемые из расплавов базальтовых горных пород, и технология производства изделий из них. Основными преимуществами этих перспективных материалов являются: 1) превосходство над широко используемыми другими видами по температуростойкости, теплозвукоизоляционным свойствам, виброустойчивости, долговечности;

2) экологическая безопасность, негорючесть, взрывобезопасность;

3) химическая инертность (не выделяет и не образует токсичных веществ в воздушной и химически активных средах);

4) невысокая стоимость изделий из них по сравнению со стоимостью изделий из стеклянных волокон;

5) неограниченность сырьевых запасов базальта (от 25 до 38% площади, занимаемой на Земле всеми магматическими породами).

Из таблиц представленных ниже видно что, статистические параметры распределения упруго – прочностных и деформационных характеристик базальтовых волокон находятся в тех же пределах, что и для углеродных, обладающих заведомо однородным химическим составом и полученных непрерывным способом

Таблица 2.3. Механические свойства БВ

Определяемые параметры волокон	Вид волокна, способ его получения
	Ровинг			«Дуп-лекс – процесс»	раздув
	РБН (б) 23 – 1200	РБ 10 – 1000	РБК – 600		Горячим воздухом	Воздухом при нормальной температуре
Количество моноволокон	20	20	25	23	9	26
Среднее значение диаметра волокна, d, мкм	10,1	10,5	9,5	12,2	6,3	14,8
Коэффициент вариации Vd значений di , %	9,1	13,5	19,2	37,7	47,6	48,0
Среднее значение прочности σ, МПа	2880,0	1760	3470	731,8	840,3	656,3
Коэффициент вариации Vσ значений σi , %	44,5	29,5	25,6	102,0	40,4	90,9
Среднее значение модуля упругости E, ГПа	91,9	87,5	86,1	66,8	71,9	34,6
Коэффициент вариации VE значений Ei , %	7,0	9,5	12,7	120,3	27,3	93,4
Среднее значение предельной деформации εпред , %	3,29	2,13	4,36	1,12	1,17	1,90
Коэффициент вариации Vε значений εпред , %	44,2	32,7	24,3	26,8	29,8	29,5

Дискретные БВ, полученные с помощью «дуплекс – процесса», а также с использованием индукционных высокочастотных установок с раздувом воздухом при нормальной и повышенной температурах, сильно отличаются по всем параметрам от волокон, изготовленных непрерывным способом (см. табл. 2.3.):их прочность в 2,1 – 5,3 раза уступает прочности ровинга, а модуль упругости – в 1,2 – 2,7 раза.

« 1 2 3 4 5 » К-во Просмотров: 566 Бесплатно скачать Дипломная работа: Разработка технологии изготовления тормозной колодки из композиционных полимерных материалов >>> Скачать <<< Меню Поиск