ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КОМПРЕССОРОВ

Анализ развития конструкционных материалов свидетельствует, что удельный вес выпуска полимерных материалов превышает уровень выпуска металлических. Это обусловлено ростом применения полимерных композиционных материалов (ПКМ). Причем, увеличение выпуска таких материалов будет происходить не только за счет роста числа новых, но преимущественно за счет модифицирования уже имеющихся материалов различными физико-химическими методами. Новым, хотя и недостаточно изученным является метод термомагнитной обработки (ТМО) различных ПКМ. Подобные разработки ведутся в США, Японии, России, Украине и других странах [1-4].

В поршневых компрессорах есть ряд узлов, где применение композитов весьма перспективно: сальники, уплотнения штоков, поршневые кольца и др. Требования к ним – износостойкость и стойкость к высоким температурам, минимальные коробление и потеря формы уплотнительных зазоров.

Задачами нашего исследования было изучение возможностей модифицирования ПКМ физическими методами, в частности – термической обработкой и ТМО. Термическую обработку поршневых колец из полиамида (ПА-6) проводили в различных средах. Различные ПКМ с полимерной матрицей из поливинилиденфторида (ПВДФ), пентапласта (ПТП), поли-4-метилпентена-1 (П4МП-1) готовили путем смешивания порошкообразных компонентов, включая при необходимости и ферромагнитные, и последующей кристаллизации полимерной матрицы во вращающемся магнитном поле индукцией 0,11 Тл. Прессформы для приготовления образцов выполнены из слабомагнитной стали.

На рис. 1. показано модели структуры и структуру ПКМ до и после ТМО.

Характерной особенностью является образование слоистой структуры металл-полимер. Возможно при этом использовать несколько типов наполнителей, включая слабомагнитные, например дисульфид молибдена (М0S2), графит и др.

В табл. 1 представлены результаты измерения коэффициента линейного термического расширения ( ), выполненные на материале ПА-6. В зависимости от условий термообработки, количества термоциклов величина существенно изменяется, что обусловлено релаксацией напряжений, частичной диффузией жидкости в полимер.

Поскольку одной из причин разрушения поршневых колец из ПКМ является их низкая теплопроводность, то важно повысить ее величину за счет ТМО. Это достигается образованием цепочечных или слоистых структур теплопроводного наполнителя и, как результат, повышения теплопроводности (табл. 2).

В целом материал становится жестче после ТМО. Температура его эксплуатации расширяется на 10-15 К.

Таким образом, ТМО различных ПКМ открывает перспективу их использования в компрессоростроении.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004