Разработка технологии изготовления тормозной колодки из композиционных полимерных материалов (стр. 4 из 10)
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 | РБ10 – 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.
 | Рис. Диаграмма растяжения углеродных и базальтовых волокон:1 – РБН (б) 13 – 1200; 2 – РБ – 10 – 1000; 3 – РБК – 600;4 – раздув горячим воздухом;5 – фильерный способ;6 – раздув воздухом при нормальной температуре;7,8 – УКН – 5000. |
Табл 2.4. Механические свойства углеродных волокон УКН – 5000 (круглое сечение)
| №партии (катушки) | d | Vd | σ | Vσ | E | VE | εпред | Vε |
| мкм | % | МПа | % | ГПа | % | % | ||
| 1 | 6,9 | 9,0 | 3779,8 | 26,6 | 218,8 | 11,0 | 1,72 | 25,5 |
| 2 | 6,9 | 8,1 | 3816,1 | 22,1 | 226,7 | 14,0 | 1,68 | 22,5 |
| 3 | 6,7 | 7,2 | 3929,9 | 26,2 | 226,0 | 9,5 | 1,72 | 23,8 |
Для сравнения были также исследованы углеродные волокна типа УКН – 5000 круглого поперечного сечения, отобранные из трех партий по одной катушке от партии (табл. 2.4.). /8/
Таким образом базальтовый волокнистый наполнитель выбран в качестве основного наполнителя в фрикционном полимерном материале, так как обеспечивает необходимые фрикционные и прочностные свойства изделия и не выделяет вредных для человека и окружающей среды в отличии от асбестового наполнителя.
2.5 Выбор состава термоустойчивого фрикционного ПМ
Как было показано выше для получения термоустойчивого фрикционного ПМ целесообразно использовать в качестве связующего имидный состав АПИ-3, а в качестве основного наполнителя, обеспечивающего фрикционные показатели и несущую способность базальтовый волокнистый наполнитель.
Для обеспечения быстрого отвода тепла, выделяющегося при трении в состав материала необходимо ввести компоненты с высокой теплопроводностью. В качестве таких компонентов можно использовать углеродный, графит, медный порошок, латунныю стружку /2/.
Таблица 2.5. Составы для фрикционных ПМ
| № | Базальтовый наполнитель, %. масс | Связующее, %. масс | Углеродные волокна, %. масс | Графит, %. масс | Медный порошок, %. масс | Латунная стружка, %. масс | ПАВ, %. масс |
| 1 | 45 | 35 | 5 | - | - | 15 | 0,2 |
| 2 | 50 | 37 | - | 5 | 8 | - | 0,2 |
| 3 | 50 | 35 | - | 5 | 4 | 6 | 0,2 |
Исходя из конфигурации изделия и условий его формования полуфабрикат ФПМ должен представлять собой дозирующийся прессматериал (типа ФСВ): гранулы игольчатого типа, в которых волокнистый наполнитель конечной длинны (размер от 5 до 20 мм) покрытый оболочкой связующего, содержащего все остальные компоненты материала. Таким образом связующие представляет собой суспензию. Для того чтобы эта суспензия была устойчивой ее компоненты должны быть мелкодисперсными. Исходя из этого мы выбираем состав №3 который содержит медный порошок и графит. Гранулы прессматериала не должны слипаться при хранении.
Для обеспечения оптимальных условий прессования фрикционной накладки прессматериал – дозирующийся базальтоволокнит на основе имидного связующего АПИ – 3 (ДБВ-ФИ) должен удовлетворять следующим требованиям:
| -вязкость при температуре формования 300°С. | 106-107 Па*с. |
| -время вязкотекучего состояния | 6 мин |
| время отверждения | 20 мин. |
| -содержание летучих | не более 10% масс. |
Прессматериал ДБВ-ФИ должен сохранять свои свойства, т.е. иметь срок хранения не менее 1 года./6/.
Полуфабрикаты такого типа традиционно получают путем совмещения длинномерного волокнистого наполнителя со связующим по растворенной технологии, используя метод окунания. Такая технология реализуется на пропиточных установках, которые позволяют обеспечить заданную степень наполнения. Далее необходимо удалить растворитель и низкомолекулярные продукты из связующего, обеспечить заданную длинну гранул и сохранить механические свойства наполнителя./9/.
Для получения ДВБ-ФИ используют наполнитель в виде нитей, жгутов, лент, тканей, в зависимости от сочетания требований по эксплуатационным свойствам материала в изделии и производительности процесса в целом.
2.6 Получение прессматериала ДБВ-ФИ в лабораторных условиях и исследование технологических свойств
Для оценки пригодности выбранных типов связующего и наполнителя и для обработки технологии получения и прессования термоустойчивого фрикционного ПМ в лабораторных условиях был получен прессматериал, содержащий имидное связующее АПИ-3, базальтовые волокна в качестве основного наполнителя и углеродные волокна для увеличения теплопроводности материала.
Состав материала:
– связующее АПИ-3………………………30% об.
– базальтовый наполнитель………………50% об.
– углеродный наполнитель……………….20% об.
Материал получили таким образом:
Отрезали базальтовую ткань размером 400*400 мм, улажили на полиэтиленновую (ПЭ) пленку, нанесли из стеклянной емкости рассчитанное количество имидного связующего АПИ-3.
Далее накрыли ПЭ пленкой и равномерно с легким нажимом распределили связующее шпателем по всей площади ткани. Для обеспечения пропитки наполнителя ткань со связующим выдержали между пленками в свободном состоянии не менее двух часов. Пропитанную ткань перенесли на решетчатый поддон, предварительно удалив полиэтиленовые пленки и загружали в термошкаф для проведения процесса синтеза олигоимида на поверхности наполнителя.
Режим термообработки полуфабриката определялся из условий образования олигоимида из смеси имидообразующих мономеров АПИ-3/ /:
– нагрев от 20°С до 180°С со скоростью 4–6 °С в/мин.
– выдержка при 180 °С в течении 1-го часа.
– свободное охлаждение вне термошкафа.
Жесткий лист пропитанной ткани разрезали ножницами на отрезки размерами 15*1,5 мм. Для получения полуфабриката готового к формованию смешали пропитанный базальтовый и углеродный наполнитель исходя из заданного соотношения. Поместили их в стеклянную емкость и перемешали до состояния статистического смешения.
Затем пессматериал загрузили в прессформу и провели прессование на лабороторном ручном прессе.
Режим прессования:
– загрузка полуфабриката в прессформы при Т=20°С.
– устанавка прессформы под пресс разогретый до Т=300 °С.
– создание давления 20 кg/cм2 (по барометру пресса).
– выдержка в течении 25 минут.
– снятие прессформы и свободное охлаждение.
– разборка прессфомы и выемка образца.
Получаемые образцы имели вид таблеток с радиусом R=1,25 и толщиной 6 мм.
Отработку режима прессования проводили в основном по давлению прессования (Рпр). Для выбора температурновременных показателей использовались рекоменда-ции/11/. Технологические свойства оценивали пластометрическим методом (метод ротационной выскозиметрии) на приборе пластомер «Полимер Р-1».