Разработка эффективных составов антифрикционных композиционных древесно-полимерных материалов на основе местного сырья и деталей машиностроительного назначения

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время мировой объем производства полимеров составляет более 200 млн. тонн. Из них выпуск полиэтилена и полипропилена составляет от 35 до 45% общего объема производства. Ускоряющееся развитие мирового научно-технического прогресса, отраслей экономики, особенно в области машиностроения, решение экологических проблем, производство гибкой конкурентоспособной продукции, в том числе при создания антифрикционных композиционных древесио-полимерных материалов и изделий из нихдля рабочих органов машини механизмоввее больше превращает использование современных инновационных технологий в актуальную задачу. С момента обретения независимости нашей Республикой реализуются масштабные мероприятия, и достигнуты определенные результаты в организации на высоком уровне научных исследований в области развития создания на основе местного сырья антифрикционных композиционных древесно-полимерных материалов для машиностроения, и обеспечения машиностроительной отрасли антифрикционными композиционными древесно-полимерными материалами. Следует особо подчеркнуть, что созданы высоко эффективные, научно обоснованные технологии изготовления из древесины и полимеров продукции импортозамещающих композиционных материалов. Важнейшей задачей на сегодняшний день по всему миру является улучшение охраны окружающей среды при производстве обладающих конструкционными и антифрикационными свойствами, металлозаменяющих в узлах трения машин и механизмов в эксплуатационных условиях, способных прослужить долго, недефицитных и недорогих машиностроительных материалов. В частности, особое внимание уделяется следующим вопросам: получение на основе местного минерального и вторичного сырья древесно-полимерных недефицитных, недорогих композиционных антифрикционных-износостойких материалов, предназначенных для машиностроения; определение физико-химических закономерностей материалов и оптимальных параметров изготовления из них машиностроительных деталей; разработка оптимального состава материалов и рекомендаций по изготовлению подшипников скольжения; определение влияния минеральных и органических наполнителей, модифицированных полимеров на физико-механические и антифрикционные свойства материалов, влияния технологических параметров прессования композиций на физико-механические и антифрикционные свойства материалов; разработка оптимальной конструкции подшипников скольжения, технологического режима изготовления подшипников скольжения из древесно-полимерных композиционных материалов, апробация подшипников скольжения. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указе Президента Республики Узбекистан от 04 марта 2015г. № У П-4707 «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства в 2015-2019 гг.» и постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан ПП-832 от 7 апреля 2008 года «О программе модернизации и реконструкции предприятий хлопкоочистительной промышленности на 2007-2011 годы». Указе Президента Республики Узбекистан №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О стратегии действий по цельнейшему развитию Республики Узбекистан», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Цель исследования является разработка эффективных составов антифрикционно-износостойких композиционных древесно-полимерных материалов на основе местного сырье и изготовления из них различных деталей. Научная новизна исследования заключается следующем: выявлены закономерности изменения физико-механических свойств композиций от содержания и вида термопластичных полимеров, углеграфитовых наполнителей и различных добавок, а также степени уплотнения древесины модифицированными полимерными композициями; разработаны антифрикционные композиционные древссно-полимерные материалы на основе местных древесин - тополя, тала (ивы) и модифицированных полимеров путем предварительного диспергирования минеральных и углеграфитовых наполнителей; выявлено оптимальное содержание наполнителей, обеспечивающее создание анти фрикцион но - износостойких композиционных древесно-полимерных материалов машиностроительного назначения; доказаноплотно-сросшаяся структура всех компонентов антифрикционного композиционного древесно-поли мерного материала, которая образовывается за счёт химической связи частиц полиэтилена и исходных ингредиентов; выявлено, что разработанные композиционные древссно-полимерные материалыобладают высокими прочностными характеристиками, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и повышенной надежностью в процессе эксплуатации в различных климатических условиях Узбекистана; выявлены влияние технологических и эксплуатационных факторов на свойства композиционных древесно-полимерных материалов, а также разработаны конкретные рекомендации для рационального использования потенциальных возможностей этих материалов в устах трения рабочих органов хлопковых машин и механизмов, работающих в условиях высокой запыленности окружающей среды. Заключение 1. Изучены физико-механические, фрикционные и другие свойства разработанных композиционных дрсвссно-полимсрных материалов с плотностью 0,95-1,0 г/см5 и твердостью 8,0-11,0 МПа.Созданы новые теплостойкие, формоустойчивые антифрикционные композиционные материалы, представляющие собой многокомпонентные системы из уплотненной древесины и растворов на основе модифицированных полимеров в моторном масле и парафине. Предложены рецептура и составы дрсвссно-полимсрных композиций в определенном соотношении компонентов. 2. Установлены основные закономерности влияния вида и содержания термопластичных полимеров - полиэтилена высокой плотности и полипропилена и углеграфитовых наполнителей - сажи и графита на физико-механические свойства. Рекомендовано оптимальное содержание наполнителей (5-10 мас.ч.), обеспечивающее достаточно высокие прочностные и триботехнические свойства модифицированной полимерной композиции. 3. Проведены исследования ИК-спсктров и микроструктуры композиционных дрсвссно-полимсрных материалов. Установлено, что несмотря на различную микроструктуру, наблюдается плотно-сросшаяся структура всех компонентов композиционного дрсвссно-полимсрного материала, которая обусловливается за счёт химической связи частиц исходных ингредиентов: целлюлозы и других компонентов древесины, масла, полиэтилена. 4. Установлены и рекомендованы оптимальные технологические режимы изготовления деталей из антифрикционных композиционных дрсвссно-полимсрных материалов для рабочих органов комплекса оборудован нм ллонкоочисипсльиыд заводов, рабошющнх в 1яжелых эксплуатационных условиях и высокой запыленности. 5. Выпущены опытно-производственные партии подшипников скольжения различных типоразмеров из композиционных дрсвссно-полимсрных материалов.Проведены испытания деталей в производственных условиях на питающих валиках очистителей мелкого и крупного сора и разрыхляющих барабанах линтера марки 5ЛП Букинского и Пискситского хлопкоочистительных заводов. Испытания деталейиз антифрикционных композиционных дрсвссно-полимсрных материалов в производственных условиях показали высокие их срок службы ресурса работы по сравнению с серийными, что приводит к снижению себестоимости подшипников скольжения и металлоемкости машин и механизмов. 6. Даны практические рекомендации по применению подшипников скольжения из композиционных дрсвссно-полимсрных материалов в узлах трения рабочих органов машин и механизмов Букинского и Пискситского хлопкоочистительных заводов. Экономический эффект от внедрения разработанных композиционных дрсвссно-полимсрных материалов в деталях оборудования очистительного и джинно-линтерного цеха Букинского хлопкоочистительного завода составил около 15,5 млн. сум в год (февраль 2012 г), а на Пискентском хлопкоочистительном заводе - 66 млн. сум (февраль 2016 г), в год.