Фрикционные свойства
Фрикционные свойства – свойства, проявляющиеся при трении. Трение (точнее – внешнее трение) – сопротивление движению, возникающее в результате молекулярного взаимодействия при относительном перемещении соприкасающихся тел. Различают три вида внешнего трения: статическое, кинетическое (динамическое) и трение качения. Статическое или трения покоя возникает при относительной неподвижности двух соприкасающихся тел. Оно измеряется силой, необходимой для начала их относительного перемещения. Кинетическое трение – трение движения. Его величина измеряется силой, необходимой для движения соприкасающихся тел с определённой скоростью. Для кристаллических низкомолекулярных тел сила трения статическая обычно превосходит кинетическую. Для полимерных тел имеет место, однако, обратная зависимость, обусловленная особенностями поведения макромолекул. Наиболее общий закон статического трения (закон Амонта) устанавливает прямую связь между силой F, возникающей между соприкасающимися телами при их относительном перемещении (силой трения), и нормальной нагрузкой N. F = μN, где μ – коэффициент пропорциональности, названный коэффициентом трения. ГОСТ 10851 определяется коэффициент трения как силу сопротивления при вариации скоростей и нагрузок. Коэффициент трения равен отношению касательной силы (F), необходимой для движения тел по границе раздела между нами, к нормальной силе (M), прижимающей эти тела Μ = F/M Коэффициенты трения для каждого вида трения имеют свои значения и определяются многими факторами – температурой, скоростью скольжения, величиной нормальной силы, природой материалов, природой поверхностей (гладкая или шероховатая), площадью контакта, наличием или отсутствием смазки и др. Их величины для разных тел и разных условий могут меняться от единицы до сотых долей единицы. Для практических целей удобно представлять закон статического трения уравнением F = μ S, где S – площадь фактического контакта трущихся поверхностей, зависящая от механических свойств фрикционной пары, шероховатости поверхностей и величины нормальной нагрузки. Коэффициент трения полимеров много меньше, чем у металлов, минералов и других веществ (табл 5). Объясняется это прежде всего молекулярной адгезией, которая для пар металл - полимер весьма мала. Вторым по величине фактором, определяющим силу трения, является площадь контакта. У полимерных материалов она обычно мала, вследствие того, что фактическая площадь контакта составляет весьма малую долю от кажущейся площади соприкосновения. Это следствие теплового движения участков макромолекул. При трении полимеров по твёрдым поверхностям звенья макромолекул находятся в сцеплении с поверхностью твёрдого тела ограниченное время, а затем отрываются и переходят в новые места контакта. Такой процесс совершается под действием теплового движения и аналогичен перебросу сегментов макромолекул из одного равновесного состояния в другое в самом полимере. В итоге площадь фактического контакта в каждый момент времени много меньше кажущейся площади контакта, определяемой геометрическими размера фрикционной пары. Величина коэффициента трения во многих случаях определяет возможность использования полимерного материала для определённых целей. Высокий коэффициент трения необходим для автомобильных шин, подошв обуви, покрытий полов; низкий - для подшипников и пр.
Таблица 5. Значения коэффициентов трения
Коэффициент трения может определяться различными способами, начиная с простейшего метода наклонной плоскости и кончая сложной аппаратурой, с помощью которой измеряется лобовое сопротивление движению цилиндрической иглы по гладкой поверхности или сила, необходимая для качения шара или колеса по поверхности. Помимо коэффициента трения фрикционные свойства характеризуются показателем износостойкости (истирания). Эти же показатели характеризуют и антифрикционные свойства. Износ или истирание характеризует интенсивность разрушения поверхностного слоя пластмасс при трении. В РФ стандартизовано испытание на абразивное истирание пластмасс при их скольжении по шлифовальной шкурке. Кроме того, предусмотрены испытания при скольжении по чугуну и стали (ГОСТ 10851, 11529, 11225). К одному из видов абразивного износа относится и царапание поверхности полимеров. Высокая износоустойчивость к царапанию особенно важна для прозрачных полимеров, так как царапины нарушают прозрачность и ухудшают оптические свойства. По устойчивости к царапанию полимерные стёкла уступают минеральным. Однако плохая устойчивость полимеров к царапанию не обязательно сопровождается плохой устойчивостью к износу с точки зрения потери массы. Например, полиэтилен из-за низкой твёрдости легко процарапывается, но его абразивный износ в некоторых случаях весьма мал. Коэффициенты трения и износ полимерных материалов можно существенно уменьшить наполнением их твёрдыми смазками типа дисульфида молибдена, графита и т. п.
|
