Анотація до роботи:

Мідак Л.Я. Фізико-хімічні та антифрикційні властивості композитів термотривких полімерів під час взаємодії з титановими сплавами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.21 – хімія твердого тіла. – Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника. Міністерство освіти і науки України. Івано-Франківськ, 2005.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню фізико-хімічних та антифрикційних властивостей композиційних полімерних матеріалів, їх залежності від впливу компонентів композитів для виготовлення композиційних полімерних матеріалів на основі термотривких полімерів, які б забезпечили максимальну зносостійкість під час тертя по титану і його сплавах в океанській воді та інших хімічно-активних середовищах.

Встановлено, що наповнення полімерного матеріалу волокнистим наповнювачем – карбоновим волокном (вмістом до 15-20%) зменшує зношування та коефіцієнт тертя полімеру під час тертя по титанових сплавах в хімічно-активних середовищах та покращує його та фізико-хімічні властивості. Ротапринтне нанесення тонкої плівки шарового мастила зменшує інтенсивність об’ємного зношування композиційних матеріалів на основі політетрафторетилену як в режимі надграничних питомих навантажень, так і в режимах граничних навантажень.

Встановлено, що антифрикційні властивості композитів, отриманих за хемо-механо-активаційною технологією не залежать від твердості суміжної поверхні, а визначаються станом вихідної поверхні контртіла і антифрикційними шарами, що утворюються на поверхнях зразка і суміжної поверхні в процесі тертя. Виявлено, що для композиційних матеріалів на основі ароматичного поліаміду між інтенсивністю зношування та коефіцієнтом тертя існує лінійний зв’язок. Для композиційного матеріалу на основі політетрафторетилену такої залежності не знайдено. Для композитів на основі термотривких полімерів, одержаних за ХМА-технологією, отримані нові співвідношення між фізико-механічними властивостями та вмістом компонентів і технологічними характеристиками з метою оптимізації технології.

Встановлено, що попередня хімічна обробка композиційних матеріалів на основі ПТФЕ та карбонового волокна, особливо сильними окисниками, покращує їх антифрикційні властивості. Попередня навантажувальна часова підготовка композиційного матеріалу на основі ПТФЕ та його наповнювачів в 2 рази покращує експлуатаційні властивості елементів конструкцій рідинних хроматографів при контакті з титановими сплавами в хімічно-активних середовищах.

1. Встановлено, що наповнення полімерного матеріалу волокнистим наповнювачем – карбоновим волокном (вмістом до 15-20%) зменшує зношування та коефіцієнт тертя полімеру під час тертя по титанових сплавах в хімічно-активних середовищах та покращує його та фізико-хімічні властивості при чому наповнення карбонізованими волокнами приводить до більшого фрикційного зміцнення, ніж наповнення графітованими волокнами. Встановлено, що напрямок армування композиту (орієнтація шарів волокон та самих волокон відносно площини ковзання та вектора швидкості) є визначальним фактором, що впливає на інтенсивність зношування і коефіцієнт тертя композитів.

2. Природа карбонових волокон здійснює суттєвий вплив на зносостійкість композиційних матеріалів. При цьому важливу роль відіграють механічні та антифрикційні властивості, а також структура наповнювача. Введення до складу композиційного матеріалу дисперсного наповнювача (коксу) зменшує абразивну дію карбонових волокон на поверхню металічного контртіла. Антифрикційні властивості матеріалів, які містять волокнистий і дисперсний наповнювачі, у всіх випадках переважають над антифрикційними властивостями матеріалів, що містять тільки волокно.

3. Встановлено, що ротапринтне нанесення тонкої плівки твердого шарового мастила зменшує інтенсивність об’ємного зношування композиційних матеріалів на основі політетрафторетилену як в режимі надграничних питомих навантажень, так і в режимах граничних навантажень, при чому найбільшу ефективність виявлено при нанесенні MoS₂ і тальку. Нанесення твердого мастила при використанні композиційних матеріалів з волокнистим наповнювачем є ефективнішим, ніж для матеріалів, що одночасно містять і волокнистий, і дисперсний наповнювач.

4. Встановлено, що антифрикційні властивості композитів, отриманих за ХМА-технологією не залежать від твердості суміжної поверхні, а визначаються станом вихідної поверхні контртіла і антифрикційними шарами, що утворюються на поверхнях зразка і суміжної поверхні в процесі тертя. Для цих карбопластиків встановлений лінійний зв’язок між антифрикційними та деякими теплофізичними властивостями суміжної поверхні, а саме між інтенсивністю зношування та енергією пластичного деформування контртіла, між коефіцієнтом тертя та енергією пластичного деформування контртіла і енергією деформування при розтягуванні. Виявлено, що для композиційних матеріалів на основі АПА між інтенсивністю зношування та коефіцієнтом тертя існує лінійний зв’язок. Для композиційного матеріалу на основі ПТФЕ такої залежності не знайдено.

5. Дослідження впливу зміцнюючих поверхневих покриттів титанових сплавів на антифрикційні властивості пари тертя показало, що в хімічно-активних середовищах найкращі антифрикційні характеристики виявляє пара тертя із оксидованим титано-цирконієвим сплавом.

6. Встановлено, що інтенсивність лінійного зношування композиту на основі АПА є дуже чутливим параметром до тиску пресування зразків, в той час як для коефіцієнта тертя композиту існує сильна залежність від температури термообробки волокон при відсутності такої залежності від тиску пресування зразків. Технологічні фактори впливають на властивості композиту, що відбивається під час тертя на шорсткості поверхонь полімерного матеріалу і металу, а це, в свою чергу, приводить до зміни протизносних та антифрикційних властивостей пари тертя. Для композиту на основі ПТФЕ найголовнішим технологічним чинником, що визначає його антифрикційні властивості є час попереднього подрібнення карбонового волокна, або час змішування полімерної композиції (при відсутності попереднього подрібнення наповнювача). Для фізико-механічних властивостей цього матеріалу визначальними є вміст твердого мастила та карбонового волокна.

7. Виявлено, що введення наповнювача – карбонового волокна до полімерної матриці на основі ПТФЕ, зменшує повзучість під навантаженням.

8. Встановлено, що взаємодія композитів з хімічно-активними рідинами полягає у проникненні реагенту у порожнини всередину композиту, а не з набряканням матеріалу. Низьке поглинання рідкої фази і мала зміна механічних властивостей полімерних матеріалів на основі термотривких полімерів (особливо ПТФЕ) при витримці в хімічних реагентах дозволяє зробити висновок, що хімічний опір не є лімітуючим фактором при використанні їх в якості матеріалів для виготовлення деталей вузлів тертя та ущільнень рідинних хроматографів.

9. Встановлено, що попередня хімічна обробка композиційних матеріалів на основі ПТФЕ та карбонового волокна, особливо сильними окисниками, покращує їх антифрикційні властивості. Попередня навантажувальна часова підготовка композиційного матеріалу на основі ПТФЕ та його наповнювачів в 2 рази покращує експлуатаційні властивості елементів конструкцій рідинних хроматографів під час контакту з титановими сплавами ВТ 1-0 та РК-20 в хімічно-активних середовищах.

10. У математичну процедуру оцінки адекватності моделі введений новий критерій – ступінь неадекватності, який уявляє собою співвідношення розрахункового і табличного значення критерію Фішера з поступовим наближенням до границі визначення за рахунок зменшення ступеня значущості прийняття або неприйняття нульової гіпотези. Введено поняття потужності лінійного зв’язку як відношення абсолютної величини вибіркового коефіцієнта кореляції до його критичного значення.