Анализ механических и триботехнических характеристик полиамида и композитов на его основе, применяемых на транспорте

В настоящее время широкое применение на транспортных средствах находят детали, выполненные из резины и полимеров. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что недостаточно изучено взаимодействие стальных деталей, резины и полимеров при высоких контактных давлениях, при которых наступает заедание в парах трения, воздействия на полимерные материалы и резину свободного и закрепленного абразива. Кроме того, для серийно выпускаемых полиамидов и их композитов малоизученными остаются вопросы влияния давления и скорости скольжения на моменты трения в парах трения со стальными поверхностями.
В работе представлены результаты по определению триботехнических свойств полиамидов ПА-6, маслонаполненных полиамидов с дисульфидом молибдена (ПА-6+MoS₂ ), полиамидов ПА-6 с графитом (ПА-6+Гр) при трении по стали 40Х с различной шероховатостью поверхности, свободным и закрепленным абразивным зерном в сравнении с эталоном, резиной, бутадиен-нитрильным каучуком (БНК).
Триботехнические испытания выполняли по схемам: «широкая сторона плоского образца (полиамид, композит, БНК) – торец кольцевой поверхности втулки контробразца (сталь 40Х)» и «кольцевая поверхность резинового диска – широкая сторона плоского образца (полиамид, композит, БНК)» при подаче в зону трения кварцевого песка. Целью исследования было определение зависимости моментов трения от давления и скорости скольжения, давления заедания от скорости скольжения, потери массы образцов при трении по свободному и закрепленному абразивному зерну серийно выпускаемых полиамида ПА-6 и композитов полиамида маслонаполненного с дисульфидом молибдена ПА-6+МоS₂ , полиамида с графитом ПА-6+Гр в сравнении с эталонным материалом, резиной, бутадиен-нитрильным каучуком (БНК). Результаты экспериментов могут быть полезны при разработке новых изделий и для замены резиновых прокладок, бронзовых втулок, уплотнений, гофр и других деталей на транспорте и в подвижном составе.

1. Horst, J. J., Salienko, N. V., Spoormaker, J. L. Fibermatrix debonding stress analysis for short fiber-reinforced materials with matrix plasticity, finite element modelling and experimental verification. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 1998, Vol. 29, Iss. 5–6, pp. 525–531. DOI: doi.org/10.1016/S1359–835X(97)00125–5.

2. Cartledge, H. C. Y., Baillie, C. A. Effects of crystallinity, transcrystallinity and crystal phases of GF/PA on friction and ear mechanisms. Journal of Materials Science, 2002, Vol. 37, Iss.14, pp. 3005–22. DOI: doi.org/10.1023/A:1016081317081.

3. Voyer, J., Klien, S., Velkavrh, I. Static and Dynamic Friction of Pure and Friction-Modified PA6 Polymers in Contact with Steel Surfaces: Influence of Surface Roughness and Environmental Conditions. Lubricants, 2019, Vol. 7 (2), pp. 17–31. DOI: doi.org/10.3390/lubricants7020017.

4. Jing Chen, Jiaming Zhu, Yiyue Luo. Achieving enhanced interfacial adhesion and highly oriented structure in PA6/Graphite composites for excellent tribological performance. Composites Science and Technology, 2022, Vol. 229, 109719. DOI: doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109719.

5. Tianxi Liu, In Yee Phang, Lu Shen, Shue Yin Chow, Wei-De Zhang. Morphology and mechanical properties of multiwalled carbon nanotubes reinforced nylon‑6 composites. Macromolecules, 2004, Vol. 37, Iss. 19, pp. 7214–7222. [Электронный ресурс]: https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=bfe74422fdd68264c3632eecfc26a922a1b7183e. Доступ 23.08.2024.

6. Ткаченко Э. В. Разработка армированных композитов на основе полиамида 6 и фенилона С‑1 / Дисс… канд. техн. наук. – Севастополь: СГУ, 2018. – 173 с. [Электронный ресурс]: https://rguk.ru/upload/iblock/000‑aspirantura/defence-archive/TkachenkoEV/диссертация%20 %20Ткаченко%20(3).pdf. Доступ 22.07.2024.

7. Qiaolie Zheng, Bin Wang, Xiping Li. Microstructural, Mechanical, and Tribological Performances of Composites Prepared via Melt Compounding of Polyamide 6, Basalt Fibers, and Styrene–Ethylene–Butylene–Styrene Copolymer. MDPI Materials, 2023, Vol. 16, 3237. DOI: doi.org/10.3390/ma16083237.

8. Hyung Jin Mun, Jae Ik Kim, Ki Dong Nam. Functionalized hexagonal shaped potassium titanate/PA66 composite for improved wear resistance. Polymer Bulletin, Vol. 78, 2020, pp. 3959–3971. DOI: doi.org/10.1007/s00289020-03307‑z.

9. Mengbo Qian, Pingan Song, Zhe Qin. Mechanically robust and abrasion-resistant polymer nanocomposites for potential applications as advanced clearance joints. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2019, Vol. 126, 105607. DOI: doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.105607.

10. Kalani, A., Vadher, J. A., Jani, R. Investigation of thermal and wear behaviour of 3D printed PA‑12 nylon polymer spur gears. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 2022, Vol. 9, Iss. 3, pp. 1121–1135. DOI: doi.org/10.31202/ecjse.1085328.

11. Unal, H., Yetgin, S. H., Kose, S. Tribological performance of polyamide 6/wax blend for rolling bearing, bushing and gear applications. The International Journal of Chemistry and Technology, 2023, Vol. 7, pp. 75–81. DOI: doi.org/10.32571/ijct.1292871.

12. Abdullah, S., Hassan, S. S., Al khazraji, A. N. Investigation of Wear Behavior for Novel Polyamide 66 Composites Under Dry Sliding Conditions. International Journal of Nanoelectronics and Materials, 2020, Vol. 13, Iss. 1, pp. 9–18. [Электронный ресурс]: https://ijneam.unimap.edu.my/images/PDF/IJNEAM%20JAN%202020 %20Vol%2013/Vol_13_No_1_2020_2_9–18.pdf. Доступ 22.07.2024.

13. Phani, K. S., Suman, K. N. S., Ramanjaneyulu, S. Application of a Novel Decision-Making Algorithm in Development of a Nylon Hybrid Composite for Manufacture of Plastic Gears. Journal of the Institution of Engineers (India): Series D, 2023. DOI: doi.org/10.1007/s40033-02300506-6.

14. Neis, P. D., Ferreira, N. F., Poletto, J. C., Sukumaran, J., Ando, M., Zhang Y. Tribological behavior of polyamide‑6 plastics and their potential use in industrial applications. Wear, 2017, Vol. 376–377, Part B, pp. 1391–1398. DOI: doi.org/10.1016/j.wear.2017.01.090.

15. Serbinovskiy, M., Popova, O., Finochenko, T., Serbinovskaya, A. Polyamide self-lubricating composites filled with thermolysis products of lignin: composition, structure, properties. Journal of Physics: Conference Series, 2021, Vol. 2131, 042020. DOI: doi.org/10.1088/1742–6596/2131/4/042020.

16. Ardila, M. A. N., Costa, H. L., de Mello, J. D. B. Influence of the ball material on friction and wear in microabrasion tests. Wear, 2020, Vol. 450–451, 203266. DOI: doi.org/10.1016/j.wear.2020.203266.

17. Józwik, J. Assessment of Selected Operating Characteristics of Polymer Composites with Non-Ferrous Materials Used in Friction Pairs. Manufacturing Technology, 2019, Vol. 19, Iss. 4, pp. 596–603. DOI: doi.org/10.21062/ujep/340.2019/a/1213–2489/MT/19/4/596.

18. Xin Li, Haiyan Li, Zhike Li, Jing Ji, Sijia Chen, Mingjun Zhang, Beiyao Zha. Preparation of double-walled polysulfone/graphene oxide microcapsules with high thermal stability and their application in self-lubricating polyamide. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2022, Vol. 635, 128111. DOI: doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.128111.

19. Sarankó, A., Kalácska, G., Keresztes, R., Comparison of S 235 steel and DLC coated steel using Pin-on-disc method in dry sliding conditions against PA 6 countersurface. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, Vol. 749, 012024. DOI: doi.org/10.1088/1757–899X/749/1/012024.

20. Бирюков В. П., Горюнов Я. А., Двоеглазов А. А., Якубовский А. А. Влияние состава полимерного материала на абразивное изнашивание // Journal of advanced research in technical science. – 2023. – № 34. – С. 13–16. DOI: doi.org/10.26160/24745901-2023-34-13-16.