Трение резины по металлу

Обновлено: 07.01.2025

Приведены осреднённые значения статического коэффициента сухого трения (без смазки) и значения коэффициента трения покоя со смазкой в сравнении для различных металлов и сплавов. Уточнённые значения коэффициента трения покоя зависят от шероховатостей контактных поверхностей, наличия на них окисной плёнки, влажности воздуха, нагрузки и времени нахождения в покое под нагрузкой. Значения коэффициентов трения со смазкой также зависят от её типа, толщины смазочного слоя, физических и химических свойств применяемой смазки и рабочей температуры.

Статический коэффициент трения (страгивания)

Коэффициент сухого трения (без смазки)

Алюминий - Алюминий 1.05 - 1.35

Бронза - Сталь 0.30

Кадмий - Кадмий 0.50

Кадмий - Хром 0.41

Чугун - Чугун 1.10

Чугун - Низкоуглеродистая сталь 0.40

Хром - Хром 0.41

Медь - Медь 1.00

Медь - Низкоуглеродистая сталь 0.53

Магний - Магний 0.60

Никель - Никель 0.70 - 1.1

Серебро - Серебро 1.40

Сталь - Сталь 0.50 - 0.80

Цинк - Цинк 0.60

Сталь - Латунь 0.35

Сталь - Алюминий 0.38

Коэффициент трения со смазкой

Алюминий - Алюминий 0.3

Бронза - Сталь 0.19

Кадмий - Кадмий 0.05

Кадмий - Хром 0.34

Чугун - Чугун 0.07

Чугун - Низкоуглеродистая сталь 0.21

Хром - Хром 0.34

Медь - Медь 0.08

Медь - Низкоуглеродистая сталь 0.18

Магний - Магний 0.08

Никель - Никель 0.28

Серебро - Серебро 0.55

Сталь - Сталь 0.16

Цинк - Цинк 0.04

Сталь - Латунь 0.19

Сталь - Алюминий 0.18

НИОКР в машиностроении

Инновационное импортозамещение

г. Коломна, Московская область
Россия, 140400

Содержание

Наша группа инженеров
Услуги
Результаты
Инженерные расчёты онлайн
Информация для инженеров
Статьи

Услуги и опытная продукция

Опытно-конструкторские работы
Инженерные расчёты и моделирование
Экспертиза и анализ
Расчёт, конструирование и модернизация торцевых уплотнений, изготовление опытных образцов
Обход патентов конкурентов
Погодозависимая автоматика отопления и горячего водоснабжения
Микропроцессорные устройств мониторинга и диагностики

© Copyright Шепелёв А.В & Шепелёв В.А. | Информация настоящего сайта защищена Гражданским кодексом РФ, а также другими международными законами. Копирование и/или использование любой части информации с настоящего сайта без указания прямой ссылки на него и без согласия авторов не допускается. Информация, опубликованная на настоящем интернет-ресурсе, не является публичной офертой, предоставлена по принципу "как есть", без каких-либо гарантий. Уточнённые инженерные расчеты и консультации, а также опытно-конструкторские работы, выполняются на договорных условиях.

Снижение трения и износа в парах "резина-металл" с технологией твердой смазки

Применение покрытий MODENGY, реализующих технологию твердой смазки, позволяет максимально снизить потери на трение и повысить срок эксплуатации резино-металлических уплотнительных устройств.

Наиболее распространенными уплотнительными устройствами в машиностроении являются манжетные и кольцевые уплотнения. Они широко используются в трубопроводной арматуре, погружных насосах, на валах, в подшипниках и других узлах с парами трения "резина-металл". Конструкция многих винтовых насосов также предусматривает металлический ротор, который при вращении контактирует с резиновой оболочкой.

Упругость и эластичность конструкционных материалов позволяет таким уплотнениям плотно прилегать к металлическим поверхностям и обеспечивать хорошую герметизацию. В то же время при взаимном перемещении элементов большое количество энергии уходит на преодоление сил трения. Это явление приводит к повышенному износу и деформациям резиновых элементов, нарушению герметичности сопряжений и снижению ресурса оборудования в целом.

При проектировании и изготовлении уплотнительных устройств используются современные технологичные материалы. Это позволяет решить две противоречивые, на первый взгляд, задачи – обеспечить их максимальную эффективность и одновременно снизить потери на трение.

Механизм трения в парах "резина-металл"

Одной из проблем, возникающих при работе резиновых уплотнений, является прилипание резины к сопряженным металлическим поверхностям. В состоянии покоя коэффициент трения резины по металлу достигает огромных значений – f=1,0…1,2. Для страгивания деталей в этом случае необходимо преодолеть силу трения и приложить к уплотнению значительные усилия. При этом резина выдавливается в зазоры, и на поверхности уплотнения часто образуются характерные повреждения (илл. 1). В дальнейшем они могут привести к разрыву материала и разгерметизации узла.

Илл. 1. Внешний вид повреждений резиновой детали, вызванных прилипанием к металлической поверхности

Величина силы трения резины по металлу прямо пропорциональна коэффициенту трения, который, согласно молекулярно-механической теории, имеет механическую и молекулярную составляющие. Механическая возникает вследствие взаимного перемещения и деформации контактирующих поверхностей, имеющих миконеровности. Молекулярная составляющая обусловлена силами притяжения молекул конструкционных материалов.

В резино-металлических парах преобладает механическое трение. Снизить его можно путем шлифования, полирования или других методов финишной обработки металлической поверхности. Сглаживание микронеровностей увеличивает площадь площадь контакта деталей, однако в этом случае начинает преобладать молекулярное трение.

Таким образом, снижение трения в парах "резина-металл" является сложной инженерной задачей. Для ее решения существует современная технология твердой смазки, которую реализуют антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY.

Принцип работы покрытий

Антифрикционные твердосмазочные покрытия формируют на поверхности металлической детали композиционный слой толщиной около 15-25 мкм. Связующее вещество прочно сцепляется с основой и образует полимерную матрицу, ячейки которой заполнены частицами твердых смазочных материалов – дисульфида молибдена, политетрафторэтилена, графита и др.

При нанесении покрытия микронеровности поверхности заполняются и выравниваются, увеличивается ее опорная площадь (илл. 2). Слоистая структура материала обеспечивает малое сопротивление сдвигу. При этом снижается механическая составляющая коэффициента трения.

Илл. 2. Покрытие на поверхности детали

Образовавшийся защитный слой препятствует прилипанию резины к металлу и выполняет разделительную функцию. Это снижает молекулярную составляющую коэффициента трения.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY во многих случаях полностью заменяют другие виды смазочных материалов. В отличие от пластичных смазок или масел покрытия выдерживают очень высокие нагрузки, не выдавливаются из зоны трения, инертны по отношению к различным химическим веществам и устойчивы к агрессивным факторам.

Выбор покрытия для пар трения "резина-металл"

Задачу снижения трения в парах "резина-металл" успешно решают покрытия MODENGY 1006 , MODENGY 1010 , MODENGY 1011 , MODENGY 1014 . Инженеры компании "Моденжи" реализовали десятки проектов, основанных на применении данных покрытий на:

Внутренних цилиндрических поверхностях пневмо- и гидроцилиндров (илл. 3)
Вращающихся валах, контактирующих с резиновыми манжетными уплотнениями
Штоках трубопроводной арматуры
Металлических деталях насосов – роторах и подшипниках скольжения
Элементах торцовых уплотнений

Илл. 3. Элементы гильзы пневоцилиндра до и после нанесения покрытия MODENGY 1014

Покрытия MODENGY для пар трения "резина-металл" обладают следующими параметрами и характеристиками.

MODENGY 1006 с дисульфидом молибдена и графитом имеет серо-черный матовый цвет. Диапазон его рабочих температур -70…+315 °С, несущая способность (машина трения SRV) – 1800 МПа, коэффициент трения при контактном давлении 1300 МПа – 0,05.

Черное глянцевое покрытие MODENGY 1010 с ПТФЭ в качестве твердосмазочного компонента работает при температурах от -70 до +250 °С. Его несущая способность по методу Falex составляет 2300 H, а степень защиты от коррозии – более 300 часов в соляном тумане.

MODENGY 1011 на основе ПТФЭ после нанесения и полимеризации образует серебристый защитный слой, выдерживающий температуры от -70 до +250 °С. Данное покрытие обладает такое же несущей способностью, как и MODENGY 1010 , однако от коррозии оно защищает дольше – в течение 500 часов.

MODENGY 1014 с дисульфидом молибдена и ПТФЭ имеет серый матовый цвет. Диапазон его рабочих температур составляет -75…+255 °С. Покрытие имеет самые высокие показатели несущей способности (2800 МПа) и антикоррозионных свойств (более 672 часов в соляном тумане) среди всех перечисленных материалов.

Все покрытия наносятся на предварительно подготовленную (очищенную и обезжиренную) поверхность методом распыления. Уже через 10 минут жидкий состав высыхает и набирает начальную прочность, при которой детали можно транспортировать без риска повреждения покрытия. Полноценная эксплуатация деталей возможна только после полной полимеризации слоя.

Преимущества покрытий MODENGY

Покрытия MODENGY предотвращают скачкообразное движение и прилипание резины к металлу при страгивании с места, за счет чего плавность хода деталей и ресурс механизма в целом повышаются.

За счет заполнения впадин и выравнивания микронеровностей улучшается герметичность конструкции.

Покрытия MODENGY обеспечивают отличную антикоррозионную защиту металла, что в ряде случаев позволяет отказаться от применения нержавеющих сталей и заменить их более дешевыми конструкционными материалами.

Поверхности под нанесение покрытий не требуют сложной финишной обработки. При условии предварительной очистки и обезжиривания достаточно шероховатости 0,8 мкм. Это снижает стоимость изготовления деталей.

Благодаря снижению трения в уплотнительных устройствах повышается КПД механизмов.

На сухой защитный слой не налипают абразивные частицы, что обеспечивает возможность работы в условиях запыленности.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY разработаны с учетом всех триботехнических процессов, протекающих в парах трения "резина-металл". Именно поэтому они позволяют максимально снизить потери на трение и повысить срок эксплуатации резино-металлических уплотнительных устройств.

Все материалы сайта https://atf.ru/ принадлежат
ООО "НОВЫЕ РЕШЕНИЯ" ИНН 5751054390

Смазка для узлов трубопроводной арматуры в парах трения резина-металл

Около 75 % отказов узлов трубопроводной арматуры связаны с повышенным трением в уплотнениях. Результаты испытаний свидетельствуют, что специальные смазочные материалы для пар трения резина-металл значительно сокращают количество таких отказов.

Введение

В уплотнительных устройствах различного оборудования часто встречаются пары трения резина-металл. В частности, они широко применяются в кольцевых уплотнениях трубопроводной арматуры и пневмоприводов. Проектирование уплотнительных устройств осложняется необходимостью решения комплекса противоречивых задач.

С одной стороны, необходимо максимально снизить потери на трение. С другой – одновременным обеспечить заданную герметичность и ресурса узла. Надежная герметизация осуществляется за счет плотного прилегания уплотняющих резиновых и металлических поверхностей. Однако такие уплотнения недолговечны, так как при движении их элементы вынуждены преодолевать значительные силы трения.

Эффективность пар трения резина-металл повышается применением при обслуживании специальных смазочных материалов.

Особенности условий трения

Мягкие резиновые уплотняющие детали обеспечивают высокие герметизирующие характеристики. За счет поджатия к сопряженным поверхностям они препятствуют появлению зазоров, по которым может проходить утечка.

При эксплуатации уплотнений обычными проблемами являются прилипание резины к металлу, выдавливание резины, необходимость приложения значительных усилий при страгивании подвижных частей (коэффициент трения покоя может достигать величин 1,0…1,2). При этом возможны повреждения резиновых деталей (см. Рис. 1).

Еще одна проблема – эксплуатация в широком диапазоне температур. При отрицательных температурах твердость резиновых элементов возрастает, что препятствует плотному прилеганию к сопряженным поверхностям. При нагреве резина становится пластичной и теряет часть упругих свойств.

Для уменьшения силы трения в резинометаллической системе стремятся улучшить качество металлической поверхности путем ее полирования. Однако с повышением качества поверхности растет площадь контакта, что приводит к увеличению коэффициента трения.

Специальные смазочные материалы в парах трения резина-металл выступают в качестве разделительной среды. Они должны повышать герметичность, препятствовать адгезии, снижать трение и мощность, необходимую на привод устройств. Еще одной важной функцией таких материалов является сокращение разброса между коэффициентами трения скольжения и покоя. Это позволяет устранить скачкообразное движение и прилипание, характерные для пар трения резина-металл.

Выбор таких материалов является достаточно сложной инженерной задачей, которая должна решаться только в комплексе с учетом процессов трения и изнашивания, а также условий эксплуатации для конкретного применения

Основные критерии при выборе пластичной смазки:

диапазон рабочих температур
устойчивость к рабочей среде
коэффициент трения в заданной паре материалов

При выборе пластичной смазки необходимо также анализировать ее совместимость с конкретным материалом уплотнения. Для пар трения резина-металл решающую роль играет базовое масло. Например, минеральные масла совместимы лишь с некоторыми типами резин и не вызывают их набухания или усадки.

Современные синтетические масла на основе силиконов (полидиметилсилоксаны, полифенилметилсилоксаны, фторсиликоны) совместимы с большинством резин. Они образуют на поверхности уплотнений сплошной разделительный слой, придают резине высокие антифрикционные и антиадгезионные свойства, защищают уплотнения от старения и агрессивных воздействий окружающей среды, облегчают монтаж. Силиконовые масла отличают высокий индекс вязкости, термическая и окислительная стабильность, химическая стойкость.

Именно эти свойства позволяют широко применять силиконовые масла и смазки на их основе в различных уплотнительных устройствах трубопроводной арматуры в широком диапазоне температур от -70 о С до +230 о С, в вакууме и в условиях воздействия химически агрессивных сред.

Материалы Molykote для резинометаллических пар

Компания Dow Corning, пионер и мировой лидер в области химии силиконов, разработала серию силиконовых смазочных материалов Molykote, включающую в себя несколько десятков масел, пластичных смазок и компаундов. Основные свойства и характеристики некоторых из них приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные свойства и характеристики материалов Molykote для пар резина-металл

Материал	Состав		Диапазон рабочих температур, °С	Характерные особенности
Наименование

ПДМС – полидиметилсилоксан;
ПФМС – полифенилметилсилоксан;
ФС – фторсиликон;
ПТФЭ – политетрафторэтилен.

Наиболее устойчивы к топливу и растворителям пластичные смазки Molykote 3451 и Molykote 3452 на основе фторсиликонового масла и политетрафторэтилена в качестве загустителя и антифрикционного наполнителя. Эти материалы широко применяются в нефтехимической промышленности.

Пластичная смазка Molykote 55 O-Ring отличается низким коэффициентом трения в паре металл-резина и термостойкостью. Может применяться в системах быстрого срабатывания, пневматических устройствах.

Силиконовые компаунды (рис. 2), обладая уникальными сочетаниями свойств, в последнее время приобретают все большую популярность. Композиции из базового полидиметилсилоксанового масла загущены твердым высокодисперсным порошкообразным загустителем.

Главная отличительная особенность компаундов – способность герметизировать и смазывать соединения, одновременно сохраняя их подвижность. Эти материалы химически инертны и безопасны для здоровья человека, поэтому могут использоваться в системах питьевого водоснабжения, в пищевой промышленности и т.д. (рис. 3).

Компаунды характеризуются хорошими электроизоляционными свойствами, широко применяются для повышения герметичности электрических контактов и разъемов, в том числе для монтажа подводных электрических коммуникаций.

Рис. 3. Применение силиконового компаунда Molykote 111 при сборке дискового затвора

Инженеры ATF тесно сотрудничают со специалистами промышленных предприятий. В рамках этих работ выполняется комплекс работ по выбору смазочного материала и технологий предварительной обработки контактных поверхностей, проводятся необходимые расчеты, стендовые и лабораторные испытания.

Cбор, систематизация и анализ информации по триботехническим свойствам материалов, опыту их применения в различных условиях, осуществляются с помощью созданной ATF информационной системы. Это позволяет существенно ускорить поиск решений конкретных триботехнических задач и повысить надежность полученных результатов.

Некоторые виды работ ATF производит совместно ведущими научно-исследовательскими центрами и лабораториями. Так, в настоящее время на базе научно-исследовательской лаборатории «Триботехника» Брянского государственного технического университета проходят комплексные исследования резинометаллических пар трения.

Результаты испытаний

В ходе испытаний создавалось высокое контактное давление, которое приводило к созданию между контактирующими поверхностями тонкой граничной пленки смазки. По эффективности этой пленки отслеживались влияние силиконовых смазочных материалов Molykote на тенденцию прилипания резинометаллической пары в состоянии покоя.

Некоторые результаты испытаний трибологических свойств при смазывании стали в паре с резинами различных видов приведены в табл. 2.

Коэффициент трения скольжения металлов и сплавов

Приведены осреднённые значения динамического коэффициента сухого трения (без смазки) и значения коэффициента трения скольжения со смазкой в сравнении для различных металлов и сплавов. Уточнённое значение коэффициента трения скольжения зависит от шероховатостей их контактных поверхностей, наличия на них окисной плёнки, влажности воздуха, действующей в контакте нагрузки, скорости скольжения и температуры окружающей среды. Значения коэффициентов трения скольжения также зависят от волнистости и неплоскостности рабочих поверхностей, типа смазки, толщины смазочного слоя, её физических и химических свойств и температуры в зоне контакта.

Динамический коэффициент трения (скольжения)

Коэффициент сухого трения (без смазки)

Чугун - Бронза 0.22

Чугун - Свинец 0.43

Чугун - Чугун 1.10

Чугун - Низкоуглеродистая сталь 0.23

Чугун - Магний 0.25

Медь - Низкоуглеродистая сталь 0.53

Магний - Магний 0.60

Никель - Никель 0.70 - 1.1

Сталь (твёрдая) - Баббит 0.33 - 0.35

Сталь (твёрдая) - Сталь (твёрдая) 0.42

Малоуглеродистая сталь - Бронза 0.34

Малоуглеродистая сталь - Медь 0.36

Мягкая сталь - Мягкая сталь 0.57

Коэффициент трения со смазкой

Чугун - Бронза 0.07 - 0.08

Чугун - Свинец 0.13 - 0.36

Чугун - Чугун 0.06 - 0.1

Чугун - Низкоуглеродистая сталь 0.17

Чугун - Магний 0.133

Медь - Низкоуглеродистая сталь 0.18

Магний - Магний 0.08

Никель - Никель 0.28

Сталь (твёрдая) - Баббит 0.05 - 0.16

Сталь (твёрдая) - Сталь (твёрдая) 0.03 - 0.12

Малоуглеродистая сталь - Бронза 0.17

Малоуглеродистая сталь - Медь 0.09 - 0.19

Мягкая сталь - Мягкая сталь 0.09 - 0.19

НИОКР в машиностроении

Инновационное импортозамещение

г. Коломна, Московская область
Россия, 140400

Содержание

Наша группа инженеров
Услуги
Результаты
Инженерные расчёты онлайн
Информация для инженеров
Статьи

Услуги и опытная продукция

Опытно-конструкторские работы
Инженерные расчёты и моделирование
Экспертиза и анализ
Расчёт, конструирование и модернизация торцевых уплотнений, изготовление опытных образцов
Обход патентов конкурентов
Погодозависимая автоматика отопления и горячего водоснабжения
Микропроцессорные устройств мониторинга и диагностики

АТФ. Прудников М. И. Особенности трения и смазки в парах резина-металл насосов и арматуры

Пары трения «резина-металл» достаточно часто используются в машиностроении. Как правило, они имеют место в различных уплотнительных устройствах: манжетных уплотнениях вращающихся валов, кольцевых уплотнениях трубопроводной арматуры и пневмоприводов. Кроме того, конструкция многих винтовых насосов предусматривает наличие резиновой обкладки и контактирующего с ней стального ротора. При проектировании подобных узлов решается комплексная задача, связанная с удовлетворением противоречивых требований – максимальное снижение потерь на трение с одновременным обеспечением заданного ресурса и герметичности. Резиновые контактные уплотнения осуществляют герметизацию за счет плотного прилегания уплотняющих деталей к соответствующим сопряженным металлическим поверхностям. Такие уплотнения имеют наиболее высокую надежность герметизации, но ограниченную долговечность и значительные потери энергии на преодоление сил трения при движении. Во многом эффективность этих узлов определятся применяемыми в них смазочными материалами.

Особенности условий трения

Мягкие уплотняющие детали из резины плотно прилегают к сопряженным с ними деталям за счет предварительного поджатия и поджатия рабочим давлением, не допускают при движении зазора, по которому могла бы происходить утечка. Существенными проблемами при работе уплотнений являются прилипание резины к сопряженным металлическим поверхностям в состоянии покоя, значительные силы трения при страгивании деталей с места, выдавливание резины в зазоры. Прилипание резиновых деталей к металлическим является весьма нежелательной особенностью, способствующей более быстрому выходу уплотнений из строя и применению больших усилий для страгивания с места подвижных частей. За счет прилипания резиновых манжет возможно повреждение их острой запирающей кромки в начале работы механизма. Коэффициент трения покоя может достигать значений f=1,0…1,2. В результате повреждения и местного защемления уплотнения оно часто разрывается и происходит прорыв рабочей среды.

При отрицательных температурах многие резины твердеют и при движении начинается утечка. При нагреве резина также теряет часть упругих свойств, становясь более пластичной. Коэффициент трения, согласно молекулярно-механической теории, состоит из двух компонентов – механического, обусловленного зацеплением микронеровностей и их деформацией, и молекулярного, вызванного наличием сил молекулярного притяжения. В резинометаллической системе, в отличие от пар трения «металл-металл», механическая составляющая коэффициента трения достаточно велика. Для ее уменьшения стремятся улучшить качество металлической поверхности с точки зрения микрогеометрии, подвергая ее различным методам финишной механической обработки, в частности, полированию.

Однако с увеличением качества поверхности одновременно увеличивается молекулярная составляющая коэффициента трения из-за роста площади контакта. Таким образом, задача выбора материалов пар трения, метода механической обработки контактных поверхностей является достаточно сложной с инженерной точки зрения и должна решаться в комплексе с учетом процессов трения и изнашивания.

Для пар трения «резина-металл» важно применять смазочные материалы в качестве разделительной среды, препятствующей адгезии. Дополнительная смазка обеспечивает снижение трения и повышение герметичности. Кроме того, с уменьшением силы трения уменьшается потребная мощность привода, что позволяет сделать его более компактным. Для смазывания уплотнений применяют пластичные смазочные материалы. Это специальные смазки, которые не только способствуют эффективному снижению трения, но и обеспечивают минимальный разброс между коэффициентами трения покоя и скольжения. Это позволяет предотвратить эффекты прилипания и скачкообразного движения, характерные для такого рода пар.

Способность смазки разделять сопряженные поверхности и не выдавливаться из зоны контакта под действием нагрузки и давления рабочей среды зависит от реологических свойств тонких смазочных слоев, а также протекающих на контактных поверхностях физико-химических процессов.

Герметизирующая способность и антифрикционные свойства смазки определяются ее композицией: базовым маслом, загустителем, присадками и твердыми антифрикционными наполнителями.

Критерии выбора смазочного материала

При выборе пластичной смазки для конкретного применения важно учитывать следующие факторы:
– диапазон рабочих температур;
– коэффициент трения в заданной паре материалов;
– устойчивость к рабочей среде;
– совместимость с материалами уплотнений.

Последний пункт требует пояснения. Набухание или усадка – наиболее значимые изменения, которые могут происходить с резиной после контакта со смазочным материалом. Набухание обусловлено диффузией в материал компонентов смазки и зависит от их химической структуры. Усадка – это, как правило, результат потери пластификатора. Необходимо учитывать, что в результате набухания или усадки существенно изменяются такие механические характеристики резины как модуль упругости, предел прочности на растяжение и твердость. Допускаются лишь незначительные набухание (до 8 % прироста массы) или усадка (до 4 % потери массы), не влияющие на эксплуатационные свойства. Для набухания допускаются большие значения прироста массы, поскольку небольшое расширение резинового уплотнения при использовании смазки создает дополнительный эффект герметизации.

При выборе пластичной смазки необходимо анализировать ее совместимость с конкретным материалом уплотнения. Решающую роль в этом играет совместимость базового масла в составе смазки. Как правило, минеральные масла совместимы лишь с некоторыми типами резин. Во многих случаях эти масла вызывают недопустимое набухание резин и их размягчение. На практике достигались значения набухания, приводящие к увеличению линейных размеров уплотнения в 1,5-2 раза. В таких случаях базовое масло из пластичной смазки полностью поглощается резиной. Смазка на поверхности резины «высыхает», теряя смазочную способность.

На сегодняшний день современные достижения в химии позволили создать синтетические масла особой структуры, совместимые с большинством типов резин. Это силиконовые масла различных типов: полидиметилсилоксаны, полифенилметилсилоксаны, фторсиликоны. Всем известна уникальная способность силиконов придавать резине высокие антифрикционные и антиадгезионные свойства. Такая смазка, обволакивая уплотнение, образует сплошной разделительный слой с низким трением, облегчающий сборку и защищающий уплотнения от воздействия среды и старения.

Силиконовые масла и смазки на их основе успешно применяются в различных уплотнительных устройствах с резиновыми деталями: в шаровых кранах, задвижках, клапанах, пневмоцилиндрах, винтовых насосах. Также их используют в качестве разделительных технологических составов на формах при литье резиновых деталей. Силиконовые масла отличаются высоким индексом вязкости, термической и окислительной стабильностью, химической стойкостью. Это позволяет использовать их в широком диапазоне температур от –70оС до +230 оС, в вакууме и в условиях воздействия химически агрессивных сред.

Корпорация Dow Corning, история которой насчитывает уже более 70 лет, известна своими достижениями в области химии силиконов. Официальным дистрибьютором Dow Corning в России является ООО «АТФ». Dow Corning получила известность благодаря своим инновационным решениям и большому количеству действующих патентов. Разработана серия смазочных материалов под торговой маркой Molykote®, в которую входит несколько десятков наименований пластичных смазок, компаундов и масел на основе силиконов. Некоторые характеристики этих материалов приведены в таблице 1.

Пластичная смазка Molykote 55 O-Ring изначально разрабатывалась для смазывания резиновых кольцевых уплотнений, но впоследствии нашла более широкое применение. Она отличается высокой термостойкостью и низким коэффициентом трения в паре «металл-резина». Может применяться в системах быстрого срабатывания, пневматических устройствах.

Пластичные смазки Molykote 3451 и Molykote 3452 нашли применение в нефтехимической промышленности благодаря их термостойкости, устойчивости
к топливу и растворителям. В их составе фторсиликоновое масло и высокодисперсный политетрафторэтилен в качестве загустителя и антифрикционного наполнителя (рис. 1)

Силиконовые компаунды (см. табл. 1) представляют собой особый вид смазок (рис. 2), которые в последнее время приобретают все большую популярность благодаря уникальному сочетанию свойств. Компаунды представляют собой композиции полидиметилсилоксанового высоковязкого масла, загущенного твердым высокодисперсным порошкообразным загустителем (рис. 1). Отличительная особенность этого класса смазок – исключительно высокая герметизирующая способность. Это так называемые «смазки-герметики», которые одновременно с герметизацией сохраняют подвижность сопряжения и снижают трение. Кроме того, эти материалы наиболее безопасны для здоровья человека и могут использоваться в системах питьевого водоснабжения (рис. 3). Компаунды обладают электроизоляционными свойствами и применяются также для облегчения сборки и повышения герметичности электрических разъемов. Ряд производителей рекомендует их для монтажа подводных электрических коммуникаций.

Работая в тесном взаимодействии со специалистами промышленных предприятий, инженеры АТФ выполняют комплекс работ, направленных на оптимальный выбор смазочного материала и технологии обработки контактных поверхностей. В рамках этих работ выполняются не только
необходимые расчеты, но также лабораторные и стендовые испытания. С этой целью АТФ активно сотрудничает с ведущими научно-исследовательскими лабораториями. В частности, обширные исследования резинометаллических пар трения проводятся в настоящее время в научно-исследовательской лаборатории (НИЛ) «Триботехника» Брянского государственного технического университета. Для сбора, систематизации и анализа данных по триботехническим свойствам и практическому опыту применения смазочных материалов в различных условиях АТФ создана и постоянно развивается многоуровневая информационная система. Она позволяет инженеру существенно сократить сроки поиска решений конкретных триботехнических задач и повысить надежность результатов.

В таблице 2 приведены результаты триботехнических испытаний различных резин в паре со сталью в среде воды при смазывании разными силиконовыми смазками. Определялся коэффициент трения покоя f сразу после нагрузки до создания контактного давления P=0,6 МПа и после выдержки в нагруженном состоянии в течение 24 часов f24. Контактное давление было достаточно высоким для рассматриваемой пары трения. В результате действия такого давления между контактирующими поверхностями оставалась только тонкая граничная пленка смазки, эффективность которой и была проверена. Таким образом, отслеживалась тенденция резинометаллической пары к прилипанию в состоянии покоя и влияние смазки на этот процесс. Из данных таблицы 2 видно, что с помощью дополнительного смазывания можно снизить коэффициент трения f до 9 раз и коэффициент трения f24 до 5,4 раз в зависимости от конкретного сочетания резина-смазка.

Заключение

Смазочный материал является неотъемлемым конструктивным элементом узла трения, существенно влияющим на все его эксплуатационные свойства. На долю смазки, как правило, приходится меньшая часть себестоимости машины. Однако недостаточное внимание к этому компоненту приводит к утрате значительных резервов в повышении надежности и эффективности. Все это хорошо видно на примере резинометаллических пар трения, рассмотренных в настоящей статье. Путем использования специальных смазочных материалов на основе силиконов можно существенно влиять на их эксплуатационные свойства в части повышения энергоэффективности, ресурса и герметичности. Более 75 % отказов трубопроводной арматуры обусловлены проблемами, связанными с уплотнениями, и трением в них. Этот факт подчеркивает важность правильного выбора смазочного материала с учетом всех конструктивных особенностей и эксплуатационных факторов.

Читайте также: