Исследование возможности использования некоторых видов волокон для изготовления безасбестовых фрикционных накладок

В качестве армирующего волокна на протяжении десятилетий использовалось асбестовое волокно, которое по всем показателям устраивало производственников. Оно является теплостойким, прочным, хорошо пропитывается латексной композицией, имеет высокую адгезию с компонентами полимерной матрицы, однако это волокно вызывает серьезные заболевания легких. Разработанные в КГТУ комбинированные нити на основе стеклянного волокна хорошо зарекомендовали себя и используются в производстве на протяжении нескольких лет. Однако стеклянные волокна также экологически небезопасны.

В работе исследовалась возможность использования сравнительно новых видов прочных термостойких волокон российского производства: арамидного (марки СВМ) и углеродного (Урал Т-10). Выбор углеродного волокна в качестве объекта для исследования был продиктован тем, что данный вид волокон имеет высокую прочность, хорошую теплостойкость, устойчивость к деформациям, имеют хорошо развитую поверхность, покрытую многочисленными порами, трещинами, раковинами [1, 2]. Волокна класса ароматических амидов (арамидов) уникальны тем, что при низкой плотности они по своей прочности на растяжение превосходят все волокна и сплавы, имеют высокое сопротивление удару, устойчивы действию повышенных температур и к динамическим нагрузкам. При относительно гладкой поверхности элементарных волокон они имеют отделившиеся фибриллоподобные ленты (диаметром 3–5 мкм), образовавшиеся при продольном расщеплении волокна, что показали проведенные ранее микроскопические исследования [3]. Трещины на поверхности волокна и отщепленные от него фибриллы должны способствовать проникновению и залипанию частиц латекса на поверхности элементарных волокон.

Для исследования был использован метод построения кинетических кривых сорбции полимера волокном, применяющийся в практике крашения волокон [4], но для исследований пропитки волокон латексами использован впервые [3]. По зависимости значения привеса связующего Q от времени t рассчитаны параметры сорбционного процесса.

Анализ кинетических кривых (рис. 1) показал, что все они представляют собой экспоненциальную зависимость, выраженную уравнением

,

где – основание натурального логарифма;

а и b – коэффициенты, которые равны:

для стеклянного волокна а = 5,03, b = 1,01;

для асбестового волокна a = 125,40, b = 1,50;

для углеродного волокна a = 47,00, b = 1,03;

для арамидного волокна a = 29,33, b = 0,86.


Рис. 1. Кинетические кривые сорбции

стеклянного (1), СВМ (2), углеродного (3),

асбестового (4) волокон
Из графиков видно, что для всех волокон при времени пропитки 6–8 с привес полимера имеет максимальное значение и далее практически не меняется, являясь равновесным Q_р.

В технологическом процессе время нахождения волокна в ванне с пропиткой составляет 2–3 с, массовая доля связующего в готовых накладках должна быть не менее 18–20 %.

Для стекла максимальное значение привеса не превышает 5,03%, а при времени пропитки 2 с оно составляет лишь 4,0%, именно поэтому чистое стеклянное волокно не может быть использовано для изготовления накладок.

Максимальное значение привеса связующего арамидного волокна составляет 29,3 %, при времени 2 с оно имеет значение 23,8%, что вполне приемлемо в производственных условиях.

Для углеродного волокна равновесное значение привеса составляет 47,0 %, а при времени 2 с –41,0 % .

Q_р для асбестового волокна имеет значение 125,40 %, поэтому на производстве после пропитки волокно подергается отжиму. При t = 2 с Q составляет 119,1 %.

Рассчитана начальная скорость сорбции V_нач в интервале времени от 0 до 2 с. Для асбеста V_нач = 62,75, для углеродного волокна – 20,7, для арамида – 12,25 и для стекла – 2,4.

Далее рассчитаны коэффициенты диффузии D и величины мгновенного сродства связующего к волокну –(dμ/dx)_x=0. Расчет этих параметров используется для описания процессов крашения [4]:

где r – радиус волокна.

Величина мгновенного сродства находится по уравнению

– (dμ/dx)_x=0 = ,

где Т – температура пропитки (298 К).

Коэффициент диффузии характеризует глубину проникновения частиц в объем волокна, а величина мгновенного сродства – адгезионные свойства, т.е. совместимость данного волокна с данным полимером. Результаты исследований представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы, привес связующего на исследуемых волокнах (арамидном и углеродном) при времени пропитки 2 с соответствует технологическим нормам (23,8 и 41,1 %) Использование этих волокон не потребует прикручивания дополнительного волокна для увеличения впитываемости, как это делается в случае стеклянного волокна, максимальная массовая доля связующего в котором составляет лишь 5,1 %.

Величины значений коэффициентов диффузии показывают, что самая высокая скорость проникновения латекса внутрь волокна у асбеста, который является эталонным, а самая маленькая у стекла. Из данных таблицы следует, что по этому показателю углеродное волокно более приемлемо для замены асбестового.

Сопоставляя значения мгновенного сродства, мы видим, что наибольшую величину этого параметра имеет арамидное волокно. Однако здесь возможно залипание латекса только на поверхности этого волокна, потому что коэффициент диффузии у него в несколько раз меньше, чем у асбеста и углеродного волокна.

Таким образом, исследования показали, что арамидные и углеродные волокна могут быть использованы для замены асбестового и стеклянного волокон в производстве фрикционных накладок, причем по всем исследуемым параметрам углеродное волокно наиболее подходит для этих целей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Армирующие химические волокна для композиционных материалов / Г. И. Кудрявцев, В. Я. Варшавский, А. М. Щетинин, М. Е. Казаков / под ред. Г. И. Кудрявцева. – М. : Химия, 1992.

2. Берестнев В.А. Макроструктура волокон и элементарных нитей и особенности их разрушения / В. А. Берестнев. – М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1982.

3. Шаповалюк Е.В. Определение совместимости латексного связующего и волокон различной природы физико-химическими методами / Е. В. Шаповалюк, И. Л. Верняева // Полимерные композиционные материалы и покрытия : материалы 2-й Международной науч.-технич. конф. – Ярославль : Изд-во ЯГТУ, 2005. – С.123.

4. Технологические расчеты в химической технологии волокнистых материалов : учеб. пособие для текстильных вузов / под ред. Л. И. Беленького. – М. : Высшая школа, 1985.

Purpose of this work is research of compatibility of carbon and aramid fibres with polymeric bonding agents that using for production of friction lining in motor industry. In research the physical-chemical method of plotting of adsorption curves.

Words: carbon fibre, aramid fibre, latex binder, adhesion properties.
E.V. Shapovalyuk

RESEARCH OF SOME KIND FIBRE USING

FOR ANASBESTOS FRICTION LINING PRODUCTION

жүктеу/скачать 67.13 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: