Услуги

Разработки

Москва, Ленинский пр-т. 6. стр.7

(территория НИТУ "МИСиС")

 Ленты трибологического назначения получают из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) методом экструзии с добавлением небольшого количества растворителя - п-ксилола (2,5 мл растворителя на 1 гр. полимера). Далее полученные ленты подвергаются ступенчатой термоориентационной многократной вытяжке. Разработанная технология позволяет получать ориентированные ленты толщиной в диапазоне от 100 до 700 мкм и шириной, ограниченной только размерами экструзионной фильеры. Ленты могут быть дополнительно наполнены различными дисперсными наполнителями. На рисунке 1 представлен внешний вид ориентированных лент. Ленты обладают выраженной ориентированной фибриллярной структурой, рисунок 2, степень кристалличности  достигает 95 %.

Рис. 1 - Внешний вид лент в зависимости от степени вытяжки (DR - draw ratio)

Рис. 2 - Фибриллярная структура разработанных ориентированных лент трибологического назначения

 Ориентированные ленты СВМПЭ демонстрируют великолепные трибологическими свойства при сухом трении, рисунок 3 и 4. Схема проведения трибологических испытаний приведена на рисунке 5. Условия испытаний: скорость вращения контртела 2,5 м/с, диаметр контртела 100 мм, шероховатость контртела не хуже Ra=0,4, путь трения 2,335 км, нагрузка варьировалась в диапазоне от 9,64 до 32 Н. Износ ориентированных лент на порядок меньше износа традиционного СВМПЭ (полученный метод термопрессования). Стоит отметить, что по трибологическим характеристикам традиционный СВМПЭ превосходит фторопласт. Рисунок 3 также демонстрирует влияние добавления многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ).

Рис. 3 - Схема проведения трибологических испытаний 

   Добавление МУНТ в ориентированные ленты СВМПЭ позволяет дополнительно в два раза снизить износ.  Ориентированные ленты имеют коэффициент сухого трения более чем в два раза ниже, по сравнению с традиционных СВМПЭ. В выбранных условиях проведения трибологических испытаний традиционный СВМПЭ может работать только до нагрузки 19.2 N или контактного давления 1.7 MPa (контактное давление было рассчитано по площади пятна износа в конце испытания). Нагрузка в 19,2 Н для традиционного СВМПЭ  приводит к интенсивному износу материала. Ориентированные ленты СВМПЭ армированные 1% МУНТ могут работать при нагрузке 32 Н или контактном давлении 31.4 MPa, демонстрируя экстремально низкий коэффициент трения. Ориентированные ленты СВМПЭ могут работать в области более высоких контактных давлений в области трения, что позволяет использовать эти материалы для проектирования средненагруженных узлов трения.

Рис. 4 - Удельный износ ориентированных лент в сравнении с традиционным СВМПЭ

Рис. 5 - Коэффициент сухого трения ориентированных лент армированных 1% МУНТ в сравнении с традиционным СВМПЭ

   Добавление МУНТ в ориентированные ленты СВМПЭ позволяет дополнительно в два раза снизить износ.  Ориентированные ленты имеют коэффициент сухого трения более чем в два раза ниже, по сравнению с традиционных СВМПЭ. В выбранных условиях проведения трибологических испытаний традиционный СВМПЭ может работать только до нагрузки 19.2 N или контактного давления 1.7 MPa (контактное давление было рассчитано по площади пятна износа в конце испытания). Нагрузка в 19,2 Н для традиционного СВМПЭ  приводит к интенсивному износу материала. Ориентированные ленты СВМПЭ армированные 1% МУНТ могут работать при нагрузке 32 Н или контактном давлении 31.4 MPa, демонстрируя экстремально низкий коэффициент трения. Ориентированные ленты СВМПЭ могут работать в области более высоких контактных давлений в области трения, что позволяет использовать эти материалы для проектирования средненагруженных узлов трения.

    Столь значительное улучшение  износостойкости ориентированных лент по сравнению с традиционным СВМПЭ вызвано несколькими причинами: увеличением механических свойств полимерной матрицы, увеличением твердости, ориентированием макромолекул СВМПЭ в направлении трения и добавлением антифрикционного наполнителя.

     Разработанные ленты могут найти своё применение в качестве поверхности трения для различных антифрикционных материалов. Например, сейчас ведутся работы по использованию лент для создания подшипников скольжения. Лента СВМПЭ может быть намотана на цапфу подшипника скольжения, рисунок 6, тем самым формируя поверхностью трения. Для успешного изготовления подшипников скольжения необходимо решить задачу крепления ленты СВМПЭ на цапфе. Наиболее перспективным способом крепления лент является  приклеивание. Однако, как известно, полиэтилен является неполярным полимером и очень плохо клеится. В настоящий момент ведутся работы по функционализации  поверхности СВМПЭ и подбора клея оптимального состава для крепления ориентированных лент на поверхность цапфы подшипника.

Рис. 6 - Ориентированная лента СВМПЭ на цапфе подшипника скольжения

  Мы ищем инвесторов для продолжения проекта и выпуска опытной партии подшипников скольжения. Мы также приглашаем к сотрудничеству людей со свежими идеями для потенциального использования разработанных лент трибологического назначения на основе СВМПЭ.