Исследование поведения в условиях изнашивания полифениленсульфидных (PPS) композиционных материалов, армированных стекловолокном и органической глиной

Введение. В данном исследовании изучается влияние ключевых рабочих параметров (нагрузки, скорости скольжения и пути скольжения) на поведение в условиях изнашивания композиционных материалов, изготовленных из 40 % стекловолокна и полифениленсульфида (PPS) с различным процентным содержанием бентонитовой глины по весу. Основная цель работы заключалась в оценке того, как различные экспериментальные условия влияют на характеристики изнашивания. Для достижения этой цели проводили эксперименты с использованием ортогональной матрицы L9 в соответствии с методом Тагучи при трех уровнях сложности. Трибологические испытания выполняли на установке, которая реализует схему трения «стержень – диск» в соответствии со стандартами ASTM G99 с шестью образцами материалов, содержащими различные процентные доли бентонитовой глины. Результаты показывают, что износ исходного образца увеличивается с ростом приложенной средней нагрузки. В отличие от этого образцы, содержащие бентонитовую глину, демонстрируют уменьшение износа с увеличением средней нагрузки. Кроме того, увеличение содержания бентонитовой глины приводит к значительному уменьшению износа, но дальнейшее увеличение до 7 % глины приводит к заметному увеличению износа. Методы исследования. В этом исследовании изучено влияние нагрузки, скорости скольжения и весовой доли бентонитовой глины на износ и коэффициент трения (COF) композиционного материала. Композиционные образцы с различным содержанием глины были испытаны с использованием установки, реализующей схему трения «стержень – диск», а износ и коэффициент трения измерялись как зависимые параметры. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) использовалась для анализа поверхностей износа после испытаний, чтобы определить влияние независимых параметров на механизмы изнашивания и морфологию поверхности. Результаты выявили важные направления в характере трения и изнашивания при различных условиях. Сравнительный анализ дал представление об оптимизации трибологических характеристик материала путем балансировки нагрузки, скорости и содержания глины. Результаты и обсуждение. В данном исследовании изучено влияние добавления бентонитовой глины на износостойкость композитов PPS + GF (полифениленсульфид + стекловолокно). Полученные данные показывают, что износ снижается до 3 % при первоначальном увеличении процентного содержания бентонитовой глины по весу, но вновь возрастает при дальнейшем увеличении содержания глины. Отмечено, что более высокое процентное содержание бентонитовой глины по весу приводит к увеличению удельной скорости изнашивания и снижению коэффициента трения из-за проявления абразивного механизма изнашивания, вызванного агломерацией глины. Наоборот, более низкое процентное содержание бентонитовой глины по весу способствует снижению скорости изнашивания, увеличивая при этом коэффициент трения. Эта работа направлена на решение двойной задачи: оптимизации характеристик и снижения себестоимости материалов, используемых в условиях трения и износа. Обоснование актуальности исследования. Цель этого исследования – разработать органический полимерный композиционный материал, обладающий улучшенными характеристиками и конкурентоспособный с точки зрения затрат и прибыли. Одной из ключевых задач является создание такого композиционного материала с использованием бентонитовой глины – органического и легкодоступного материала, который можно приобрести по низкой цене. Это позволит производить композит по конкурентоспособной цене без ущерба для качества. Другой целью исследования является замена существующих фрикционных материалов в тормозных системах и муфтах новым разработанным композитом, что потенциально улучшит их характеристики и долговечность. Помимо этого, работа направлена на создание композиционного материала, пригодного для использования в подшипниках скольжения, особенно работающих в агрессивных средах. Такой композит должен обладать повышенной устойчивостью к химическому разрушению, обеспечивая увеличенный срок службы и надежность в тяжелых условиях эксплуатации.

Полифениленсульфид (PPS), стекловолокно, Бентонитовая глина, трение и износ, трибологические испытания по схеме «стержень – диск», Метод Тагучи, износостойкость