Регистрация / Вход
Прислать материал

Антифрикционные материалы для узлов, функционирующих в режимах гидродинамического и граничного трения, на основе наполненных нанодисперсными материалами термостойких полимеров

Номер контракта: 14.578.21.0108

Руководитель: Чердынцев Виктор Викторович

Должность: с.н.с.

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
композиционный материал, полимер, фторопласт, полифениленсульфид, полиимид, квазикристаллы, нанодисперные наполнители, шаровая мельница, термопрессование, трение, износ

Цель проекта:
Разработка принципов создания антифрикционных материалов на основе теплостойких полимерных связующих (фторопласт, полифениленсульфид), содержащих многофункциональные наноразмерные наполнители, такие как углеродные, квазикристаллические и т.д., для узлов трения, работающих в режимах упругогидродинамического, смешанного и граничного трения. Получение на базе разработанной технологии модельных образцов продукции (детали и узлы трения для судостроительной техники) с установленными эксплуатационными характеристиками.

Основные планируемые результаты проекта:
Основной задачей, решаемой в рамках выполнения данной работы, является создание износостойких антифрикционных теплостойких композиционных материалов на основе фторопласта и полифениленсульфида, содержащих нанодисперсные частицы квазикристаллов,
технического углерода, порошков полиимида и тефлона, для работы в механизмах, функционирующих в условиях водной среды.
Ожидается, что разрабатываемые материалы будут превосходить существующие отечественные и импортные аналоги по комплексу трибологических и физико-механических характеристик.

В работе планируется получение следующих научно-технических результатов:
- разработка износостойких антифрикционных материалов для узлов, функционирующих в режимах упругогидродинамического, смешанного и граничного трения, на основе наполненных нанодисперсными материалами термостойких полимеров
- определение способов усиления сцепления частиц наполнителей с полимерной матрицей, что улучшит износостойкость композита при повышенных деформациях;
- исследование физико-механических и трибологических свойств композиционных материалов;
- установление взаимосвязи структурных особенностей и граничных эффектов с физико-механическими, температурными и трибологическими характеристиками материала;
- теоретическое моделирование упругого взаимодействия поверхности с неровностями произвольной формы с композитом в условиях нормального и одностороннего фрикционного контакта;
- моделирование фрикционного взаимодействия поверхности с рациональной формой неровностей шероховатости с учетом прерывистого движения, вязкоупругости, адгезии и нагрева;
- разработка программного комплекса для расчета фрикционных и контактных характеристик пары трения композит – упругая поверхность с рациональной формой неровностей.
- разработка математической модели контактного взаимодействия упругой поверхности с рациональной геометрией шероховатостей с композитом в режиме упругогидродинамического и смешанного трения при переменной относительной скорости движения;
- разработка алгоритма численного решения уравнений математической модели контактного взаимодействия композита и упругой поверхности с рациональной геометрией шероховатостей при переменной относительной скорости движения.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Ожидается получение материала со следующими рабочими характеристиками: плотность не менее 1,4 г/см3; прочность при сжатии при 23 °С не менее 80 МПа; комплексный модуль при 23 °С не менее 1,5 ГПа; температура тепловой деформации при нагрузке 1,8 МПа не менее 100 °C;
коэффициент теплового разширения в интервале 23-200 °С не более 70 мкм/м/°C; коэффициент трения по стали в водной среде не более 0,03, допустимое контактное давление не более 20 МПа.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения ПНИЭР будут созданы научные основы формирования износостойких антифрикционных материалов, обладающих повышенными физико-механическими и трибологическими характеристиками. С использованием этих материалов предполагается
разработка моделей, методов, программ и алгоритмов расчета и конструирования узлов трения, включая опорные и упорные подшипники скольжения, а также уплотнения этих и других конструкций.
Результатом выполнения ПНИЭР будет разработка проекта технического задания на выполнение ОТР по теме: «Производство изделий из износостойких антифрикционных материалов для ответственных узлов морской техники». Основой такого проекта является анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований и аппроксимация результатов расчетов аналитическими зависимостями с целью получения инженерной методики расчета рациональной геометрии шероховатостей, а также разработка моделей, методов, программ и алгоритмов расчета и конструирования подшипников скольжения, позволяющих увеличить объем знаний для более глубокого понимания изучаемого предмета исследования и пути применения новых явлений, механизмов или закономерностей.
Эффективность разработанных методик и материалов должна быть подтверждена лабораторными испытаниями. Полученные результаты должны быть ориентированы на широкое применение в научно-исследовательских организациях и фирмах производителях наукоемкой продукции и должны быть конкурентоспособными на мировом рынке. По итогам выполнения проекта должны
быть разработаны рекомендации по возможности использования результатов проведенных ПНИЭР в реальном секторе экономики.
Разрабатываемые рекомендации должны быть основаны на понимании (а) набора
функциональных свойств, который может обеспечить потребность в разрабатываемых
материалах; (б) возможности масштабирования разрабатываемых лабораторных технологий; (в)
возможностей обеспечения экономичности процесса на уровне, необходимом для обеспечения
платежеспособного спроса на изделия на основе разрабатываемых материалов.

Текущие результаты проекта:
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической литературы, методической, нормативной документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме, в том числе, обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96. Выполнены выбор и обоснование направления исследований, в том числе: выбор и обоснование путей создания износостойких антифрикционных материалов для узлов, функционирующих в режимах упругогидродинамического, смешанного и граничного трения, на основе наполненных нанодисперсными материалами термостойких полимеров; разработка способов усиления сцепления частиц наполнителей с полимерной матрицей для улучшения износостойкости композита при повышенных деформациях; подбор и обоснование выбора матричных теплостойких полимеров для создания композиционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками; подбор и обоснование выбора нанодисперсных квазикристаллических, углеродных и полимерных наполнителей для создания композиционных материалов. Разработан лабораторный технологический регламент получения порошковых композиционных материалов на основе термостойких полимеров. Изготовлены экспериментальные партии порошковых композиционных материалов на основе термостойких полимеров. Осуществлено теоретическое моделирование упругого взаимодействия поверхности с неровностями произвольной формы с композитом в условиях нормального и одностороннего фрикционного контакта. Определены рациональные параметры модельных узлов трения и рациональные режимы испытаний модельных узлов трения при эксплуатационных параметрах. Осуществлен выбор материала модельных металлических контртел, разработана конструкторская документация на модельный узел трения. Проведены модернизация и подготовка стенда для испытаний модельных узлов трения при эксплуатационных параметрах.