ВУГЛЕПЛАСТИКИ ТРИБОТЕХНІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ НА ОСНОВІ ПТФЕ ТА ВТОРИННИХ МАТЕРІАЛІВ

Руденко П.В., СумДУ, м. Суми
Будник О.А., к.т.н., доцент
БДТУ ім. В.Г. Шухова, м. Бєлгород
Томас А.О., к.т.н., СумДУ, м. Суми


ВУГЛЕПЛАСТИКИ ТРИБОТЕХНІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ НА ОСНОВІ ПТФЕ ТА ВТОРИННИХ МАТЕРІАЛІВ

Проблема переробки вторинних матеріалів з ПТФЕ композитів має не тільки значне економічне, але і екологічне значення. Наразі залучення таких вторинних матеріалів у виробництво залишається досить складним завданням як в процесі виготовлення, так і регулювання властивостей створюваних матеріалів [1].
Фізико-механічні властивості композитів на основі ПТФЕ з наповнювачем з вторинних матеріалів тісно пов’язані з особливостями структури полімерних композицій, яка залежить від природи окремих компонентів, умов їх змішування, термодинамічних, реологічних та ряду інших властивостей [2].
Проведені дослідження спрямовані на визначення зміни морфології наповнювача з вторинної сировини при змішуванні компонентів композиції. Рентгенографічні дослідження проведено на дифрактометрі «Дрон-2». Зразки було виготовлено з подрібненої композиції та наповнювача з вторинного матеріалу.
Досліджувані полімерні композити виготовляли за двома технологіями змішування, з яких вибирали оптимальну. За технологією I попереднє подрібнення вторинного наповнювача (ВН) проводилося 2-30 хв в МРП-1. Змішування протягом 5 хв компонентів: порошку політетрафторетилену (ПТФЕ) і ВН, яке проводили на тому ж обладнанні, супроводжувалося разом з тим додатковим подрібненням компонентів композиції. Наповнювач у зразках був розташований випадково в площині, спрямованій перпендикулярно до напрямку пресування.
Технологія II полягала в подрібненні ВН в МРП-1 по вибраному режиму і змішуванні компонентів композиції в МРП-1 протягом 20-45 хв при 500 об/хв. Отриману шихту пропускали через вальці і подрібнювали в МРП-1 протягом 3-5 хв при 7000 об/хв. Пошук оптимального режиму змішування пов'язаний з тим, що технологія суміщення полімеру і наповнювача значно впливає на інтенсивність зношування. При збільшенні вмісту ВН знижується об'ємна частка полімерної матриці, яка приймає участь у формуванні переносної плівки, а основне навантаження несуть на собі частинки ВН, виступаючі над поверхнею тертя. Граничний та оптимальний вміст ВН при фрикційних випробуваннях може не збігатися з таким при випробуванні на згин, розтяг або стиск.
Оптимальний вміст композиції буде визначатися разом з тим вмістом частинок подрібненого ВН в одиниці об'єму композиту, тобто способом введення ВН в композицію, тривалістю подрібнення ВН і змішування композиції.
Виявлено, що механічні та термомеханічні впливи на ВН, на відміну від графіту, призводять до вдосконалення турбостратної структури: зменшується міжплощинна відстань, зростає ширина і довжина пакету і тим більше, чим менше кінцева температура термообробки, але одночасно істотно збільшується частка аморфної фази.
Подрібнення на вальцях ВН сприяє подальшому утворенню сіток зі структурою, близькою до графіту, і їх взаємній укладці в пакети. Збільшення часу подрібнення ВН призводить до ще більш досконалої турбостратної структури, але одночасно частина ВН аморфізується.
Таким чином, при термомеханічних впливах і, зокрема, при терті, частина турбостратної структури модифікованих ВН аморфізується, інша частина - впорядковується. Тривимірно упорядкована структура графіту частково аморфізується, а велика частина перетворюється в турбостратну [3].
Як показали дослідження, фізико-механичні характеристики створеного композиту максимальні при сумісному подрібненні в МРП-1 протягом 10 хв при n=7000 об/хв і вальцюванні протягом 5 хвилин. При цьому руйнівна напруга при розтязі σр=20 МПа, інтенсивність зношування I=10,5∙10-7 мм3/Н∙м, що близько до значень первинного композитного матеріалу з наповнювачем із вуглецевого волокна (ТУ У22.2-05408289-011:2012).
Таку поведінку композиту, отриманого за цією технологією, можна пов'язати з трьома процесами: аморфізацією ПТФЕ за рахунок руйнування кристалітів і паракристалітів (відомо, що при 300-420 К проходять релаксаційні процеси на цих ділянках); утворенням квазирідких кристалітів [4]; утворенням міжфазних шарів на поверхнях ВН, які різко відрізняються від полімерної матриці з в’язкопружними властивостями.
Подані дослідження дозволяють суттєво підвищити ефективність процесів виготовлення виробів з пластмасових відходів за рахунок зниження витрат на первинну вихідну сировину шляхом заміни вихідної первинної сировини на частину вихідної вторинної сировини з прийнятними характеристиками, що знаходяться в межах характеристик первинної сировини [5], підвищити ефективність переробки та використання пластмасових відходів, покращити екологічну ситуацію у навколишньому природному середовищі за рахунок забезпечення можливості перетворення пластмасових відходів у корисні товари широкого вжитку, розширити базу сировинних ресурсів за рахунок раціонального використання відходів споживання у вигляді зношених та таких, що втратили споживчу цінність виробів з термопластів, підвищити якість пластмасових виробів при повторній переробці термопластів без додаткових витрат або з мінімальними витратами, підвищити ефективність переробки та використання пластмасових відходів.

Список використаних джерел: 1. Берлин, А.А. Принципы создания композиционных полимерных материалов / А.А. Берлин и др. - М. : Химия, 1990. - 240 с. 2. Будник, О.А. Вуглепластики триботехнічного призначення на основі фторопласту-4 та модифікованого вуглецевоволокнистого наповнювача : дис. … канд. техн. наук / О.А. Будник. – Д., 2011. – 160 с. 3. Руденко, П.В. Научно-технические основы формирования структуры углеволокнистого наполнителя фторопластоматричного композита / А.Ф. Будник, М.В. Бурмистр, О.А. Будник, П.В. Руденко // Тезисы Международной технической конференции «Полимерные композиты и трибология» (Поликомтриб-2009), 22-25 июня 2009 г. - Гомель, Беларусь, 2009. - С. 38. 4. Руденко, П.В. Технологія отримання вуглецевого фторопластового композиту та його вологовбирання і властивості / А.Ф. Будник, А.А. Томас, П.В. Руденко, О.А. Будник, А.А. Ільїних // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2008. - №4/6(34). – С. 24-26. 5. Руденко, П.В. Разработка технологического процесса вторичной переработки полимерных композитных материалов с матрицей фторопласт-4 / П.В. Руденко, Д.А. Петров / Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів інженерного факультету. Частина ІІ. 18-22 квітня 2011р. - Суми, 2011. - С. 125.