Фрикционные полимерные материалы

Для автомобилей малой и средней грузоподъемности и для сельскохозяйственных и промышленных тракторов малой и средней мощности обычно используются фрикционные материалы на полимерной основе. Они применяются также в сельскохозяйственном и дорожно-строительном машиностроении, в буровой технике и т. д.

Как правило, в состав фрикционных материалов входят три компо- нента:

теплостойкий армирующий материал с прочными волокнами, например, асбест (15…16%);

теплостойкие с высоким и стабильным коэффициентом трения порошкообразные наполнители неорганического происхождения (20…60%);

полимерное связующее: натуральные и синтетические каучуки, синтетические смолы (15…30%) с вулканизационными агентами или отвердителями, ускорителями и активаторами вулканизации или отверж- дения.

Наиболее распространенным армирующим элементом является уникальный природный минерал, добываемый открытым методом – асбест. Элементарные волокна асбеста имеют вид трубок с наружным диаметром около 32 нм и внутренним – 2,6 нм, т. е. в поперечном направлении волокно имеет размеры, характерные для коллоидно-дисперсных материалов. Элементарные волокна упакованы в пряди диаметром от нескольких десятков до сотен микрометров. В прядях волокна удерживаются силами межмолекулярного притяжения. Средняя длина волокна составляет 1…3 мм. По своей химической природе асбест является водным силикатом магния. Волокна асбеста обладают высокой прочностью на растяжение (до 3 ГПа), намного превышающей прочность стали. Асбест обладает высоким коэффициентом трения (до 0,8), который слабо меняется в зависимости от температуры. То же можно сказать о прочности волокон , которая при нагревании до 400 С снижается всего на 20%.

Однако у асбеста имеется и существенный недостаток. Он является экологически опасным материалом. Тончайшие моноволокна, попадая в воздух в виде пыли, образуют устойчивую взвесь, которая весьма медленно оседает. Попадая в легкие людей и животных, волокна поражают органы дыхания, вызывая особое заболевание – асбестоз.

Наполнителями асбестовых материалов служат железный сурик, баритовый концентрат, окислы хрома и других металлов. Добавляются также порошкообразный кокс, графит, технический углерод. Для повышения теплопроводности вводятся порошки и стружка из меди, латуни, цинка, алюминия, железа и т.д.

Связующими являются натуральные и искусственные каучуки и смолы, а также их комбинации. Используются бутадиеновые, бутадиен-террильные, бутадиен-метил-винилпиридиновые, стирольные и другие синтетические каучуки. В качестве смол применяются фенолформальдегидные, анилин- фенолформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные компаунды и др. Одновременно вводятся вулканизаторы и отвердители.

Изделия на каучуковой основе обладают достаточно высоким коэффициентом трения и износостойкостью. Однако при повышении температуры более 200…250 С коэффициент трения и износостойкость заметно снижаются. Изделия на смоляной основе имеют большую теплостойкость, но обладают нестабильным коэффициентом трения, хрупкостью. Поэтому наилучший результат достигается при совместном использовании смол и каучуков.