Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu COMPOSITE

Sự đánh giá chịu mài mòn theo tỷ số trên có tính chất gần đúng do sự phụthuộc của sự mài mòn không chỉ vào tính chất vật liệu mà cả vào điều kiện thửnghiệm.Cờng độ mài mòn có thể đánh gi

Chơng I Tổng quan về ma sát - Mòn Khái quát về vật liệu có khả năng giảm ma sát

1 lý thuyết về ma sát - mòn.

Trong quá trình cọ sát, sẽ xảy ra tơng tác cục bộ của các lớp bề mặt vậtliệu trên diện tích rất nhỏ Sự tơng tác này làm thay đổi cấu trúc và tính chấtvật liệu trên bề mặt cọ sát Đối với các chất dẻo thay đổi này rất mạnh vàchúng xảy ra chuỗi tác dụng của nhiệt, tác động cơ học, các chất hoạt động bềmặt, điện tích xuất hiện

Để có sản phẩm từ chất đó với mỗi tổ hợp tính chất cho trớc điều quantrọng là phải sử dụng các sơ đồ thử nghiệm hệ số ma sát mô phỏng các điềukiện sử dụng điển hình nhất

Khi nghiên cứu sâu về ma sát và mài mòn đặc biệt là ma sát - mòn trong

điều kiện bôi trơn ngời ta đã dùng đến rô bốt Trong đa số các trờng hợp, các

đặc trng cần đánh giá hơn cả là lực ma sát, các thay đổi cơ lý bề mặt

Lực ma sát thờng đợc đo bằng các phơng pháp cân lực kế hoặc theo độtắt dần của con lắc Vì tính chất bề mặt cọ sát thờng xét theo kết quả đo, tuyếnhình bề mặt đợc đánh giá theo kết quả khối phổ, phổ điện tử và phân tích cấutrúc Rơn ghen Sự tăng tốc độ, nhiệt độ và tải trọng trong kỹ thuật hiện đại dẫn

đến sự gia tăng độ khắc nghiệt của các thử nghiệm về mòn vật liệu Bên cạnh

đó đôi khi phải tính đến các yếu tố ảnh hởng nh chân không sâu, bức xạ vàmôi trờng xâm thực

Hệ số ma sát phụ thuộc rất lớn vào tải trọng vuông góc, tốc độ trợt, nhiệt

độ và các yếu tố khác

Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào tải trọng thay đổi theo nhiệt độ ởnhiệt độ thử nghiệm cố định hệ số ma sát giảm khi tăng tải trọng còn nếu tảitrọng cố định, hệ số ma sát tăng khi nhiệt độ tăng

Khi thay đổi nhiệt độ thì cả vận tộc trợt của chất dẻo cũng có thể có các

đặc tính khác nhau nh một vật thuỷ tinh, vật mềm hoặc vật dẻo

Khi đánh giá độ chịu mài mòn của chất dẻo nên chọn một đặc trngkhông thay đổi theo lực ma sát Ví dụ : chọn tỷ số giữa độ mài mòn và lực ma

sát Sự đánh giá chịu mài mòn theo tỷ số trên có tính chất gần đúng do sự phụthuộc của sự mài mòn không chỉ vào tính chất vật liệu mà cả vào điều kiện thửnghiệm.

Cờng độ mài mòn có thể đánh giá định lợng theo một đại lợng thông số

đo

h

h V I

A : Diện tích chuẩn của bề mặt

Độ mài mòn có thể đánh giá bằng chỉ tiêu năng lợng :

n

V I

W

∆

=Trong đó : W - năng lợng cọ sát

Theo lý thuyết hiện đại thì lực ma sát không chỉ là hàm của lực pháptuyến mà còn phụ thuộc vào tổ hợp các yếu tố : tốc độ trợt, vật liệu, điều kiệnmôi trờng

Sự phụ thuộc này có thể biểu diễn bằng công thức tổng quát sau :

T(n) =f(n,V,C)Trong đó : T(n) : Lực ma sát ứng với tải pháp tuyến n

V : Tốc độ trợt

C : Các thông số nh môi trờng, vật liệu

Các khái niệm về ma sát này do Suh và Sin đề xớng (1981) Theo các tácgiả thì tính chất về cơ học có ảnh hởng lớn hơn so với các tính chất hoá học

đối với lực ma sát nếu trong quá trình chuyển động không có hiện tợng tăngnhiệt độ Theo quan điểm này có thể phân chia lực ma sát ra làm 3 phần :

- Biến dạng của các nhấp nhô trên bề mặt

- Sự bám dính của các diện tích tiếp xúc

- Sự tróc bề mặt

Đối với vật liệu ma sát trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt, tác giảS.K.Rhee và các cộng sự (1971) đã đi sâu nghiên cứu về ảnh hởng của các yếu

2

tố nh áp lực, vận tốc và thời gian tới lợng mài mòn của vật liệu ma sát trên cơ

sở nhựa Phenol - Formandehyt độn sợi amiăng và đa ra công thức sau : (ápdụng cho nhiệt độ bề mặt nhỏ hơn 2200C)

2 Các loại vật liệu có khả năng giảm ma sát.

Giảm ma sát - mòn có ý nghĩa quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân.Các nhà nghiên cứu đã đa ra 3 loại vật liệu chính có khả năng làm giảm masat

- mòn : gốm, hợp kim và Polymer

So với kim loại và Polymer, gốm có u điểm là hệ số ma sát thấp, độ cứng

bề mặt tơng đối cao, ít bị mài mòn và không bị ôxy hoá trong quá trình làmviệc Tuy nhiên, gốm lại bị ảnh hởng của nhiệt, dao động và đặc biệt dễ bị vỡkhi va đập

Kim loại và hợp kim đợc sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực vật liệuchống ma sát do những u điểm nổi bật nh : có độ cứng bề mặt cao, có khảnăng làm việc ở nhiệt độ cao Nhợc điểm của chúng là khó gia công, có giáthành cao và không bền hoá chất

Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Polymer cho các kết cấu ma sát đã chokết quả bất ngờ So với kim loại, Polymer có hệ số ma sát nhỏ hơn, ít mòn hơn,

ít bị ảnh hởng của dao động và va đập, có giá thành rẻ, tính công nghệ cao hơntrong việc chế tạo chi tiết, có khả năng làm việc trong môi trờng nớc - hoáchất

Tuy nhiên sự thay thế kim loại bằng Polymer không phải lúc nào cũng

có lợi Đối với kết cấu chống ma sát, hớng nghiên cứu có nhiều triển vọng nhất

là kết hợp giữa Polymer và các vật liệu khác

chơng ii Tổng quan về vật liệu Polymer

1 Khái niệm.

Trong vài chục năm trở lại đây, ngành công nghệ và vật liệu mới đã pháttriển rất nhanh Nhiều loại vật liệu mới đợc ra đời nhằm đáp ứng những nhữngyêu cầu khắt khe của công nghệ và dần thay thế một số vật liệu quý hiếmtruyền thống Trong số đó, Composite là loại vật liệu có nhiều u việt đang đợcthế giới rất quan tâm, nó đã có nhiều ứng dụng rất mạnh mẽ Mục đích chế tạovật liệu Composite là làm sao phối hợp đợc các tính chất mà mỗi vật liệu ban

đầu không thể có đợc Nh vậy có thể chế tạo vật liệu Composite từ những cấu

tử mà bản thân chúng không thể đáp ứng đợc các yêu cầu đối với vật liệu

Vật liệu Composite nói chung là loại vật liệu đồng nhất trong thể tíchlớn nhận đợc bằng cách hợp nhất các thể tích nhỏ của các vật liệu khác Vềbản chất vật liệu Composite là hệ thống hai hay nhiều pha khác nhau về bảnchất hoá học gần nh không tan lẫn trong nhau, phân cách nhau bằng ranh giớipha trong đó pha liên tục hay nền là Polymer, pha phân tán là phụ gia tăng c-ờng Ngoài ra còn có một số hợp chất khác nh: chất tạo màu, chất tăng cờng

đặc biệt

Vật liệu Composite có thể chế tạo bằng các phơng pháp cơ nhiệt từ cácthành phần hay bằng phản ứng hoá học mà dẫn đến sự phân chia pha trong hỗnhợp đồng nhất ban đầu Vật liệu Composite có thể đợc chế tạo bằng nhiều ph-

ơng pháp khác nhau nh đúc ép, quấn ống

4

*Những đặc điểm nổi bật của vật liệu Composite là :

- Là vật liệu nhiều pha, trong thực tế phổ biến nhất là loại vật liệuComposite hai pha, pha gián đoạn là cốt đợc bao bọc bởi nhiều pha liên tục lànền Polymer Các pha tơng tác với nhau qua bề mặt phân chia pha nên tínhchất của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào bản chất của các thành phần mà cóphụ thuộc rất nhiều vào liên kết giữa các thành phần Vật liệu có tính chấtcàng cao khi liên kết giữa các thành phần càng chặt chẽ Cơ tính của vật liệucòn phụ thuộc vào hình thái học nh hình dạng, kích thớc và mật độ phân bố,phơng và thứ tự sắp xếp của cốt Mật độ của cốt đợc xác định qua tỷ lệ khối l-ợng hoặc thể tích Đây là một thông số quan trọng trong việc quyết định tínhchất cơ học của vật liệu Khi cốt phân bố không đồng đều vật liệu sẽ bị pháhuỷ trớc tại những vị trí mật độ cốt thấp do đó làm giảm độ bền kết cấu của vậtliệu Đây là một đặc trng trội nhất của vật liệu Composite Vì vậy với nhữngphơng pháp chế tạo khác có thể đa lại những vật liệu Composite có tính chấtcơ lý khác mặc dù có cùng thành phần giống nhau nh phơng pháp quấn ống và

đúc kéo liên tục

- Trong vật liệu Composite tỷ lệ hình dáng - kích thớc cũng nh sự phân

bố của nền, cốt tuân theo các qui định thiết kế trớc, nói cách khác với sự lựachọn thích hợp chất tăng cờng và nhựa nền tính chất của vật liệu Composite cóthể tính toán trớc

- Tính chất của các pha thành phần đợc kết hợp để tạo nên tính chấtchung của Composite Tuy vậy, tính chất Composite không bao hàm tất cả cáctính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn vàphát huy thêm những tính chất tốt

- Có nhiều phơng pháp gia công cho phép chế tạo nhiều dạng sản phẩm

có đặc tính khác

*Tuy nhiên vật liệu Composite còn có một số nhợc điểm :

- Là vật liệu đa thành phần nên việc đồng thời thoả mãn tất cả các yêucầu của vật liệu rất khó khăn Chỉ có thể lựa chọn các thành phần và phơngpháp chế tạo thích hợp để có thể đáp ứng những yêu cầu quan trọng nhất.

- Mô đun đàn hồi không cao

- Nhiệt độ làm việc tơng đối thấp

3 Phân loại vật liệu Composite

Để phân loại vật liệu Composite ngời ta dựa vào đặc điểm đặc trng của

nó Có thể phân loại vật liệu Composite theo những cách sau :

• Theo bản chất của nhựa nền.

- Vật liệu Composite nền nhựa nhiệt dẻo

- Vật liệu Composite nền nhựa nhiệt rắn

• Theo bản chất của cốt tăng cờng.

- Composite chất khoáng : Thuỷ tinh, Cacbon

- Composite kim loại : Bo, Nhôm

- Composite hữu cơ : Polyamit, Xenlulô

• Theo đặc điểm hình học của cốt hoặc đặc điểm của cấu trúc.

Đây cũng là phơng pháp phân loại phổ biến nhất Theo phơng pháp nàyvật liệu Composite chia thành 3 nhóm :

- Composite cốt hạt : Các phần tử chất độn không có kích thớc u tiên

đ-ợc phân tán vào cấu trúc của mạng Polymer Vật liệu Composite cốt hạt thờng

có tính đẳng hớng

- Composite cốt sợi : Cốt sợi có tỷ lệ chiều dài trên đờng kính khá lớn.

Vật liệu Composite cốt sợi thờng có tính chất dị hớng

- Composite cấu trúc : Khái niệm này thờng dùng để chỉ các bán thành

phẩm trong đó thông dụng nhất là dạng lớp và dạng tổ ong đợc cấu thành từcác vật liệu đồng nhất, phối hợp với các Composite khác Vật liệu Compositecấu trúc có tính chất kết hợp của các nguyên liệu thành phần.Ta có bảng nhhình vẽ sau :

6

Vai trò của các thành phần :

a Nền Polymer.

Trong vật liệu Composite, nền Polymer đóng vai trò chủ yếu sau :

- Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất

- Tạo khả năng gia công vật liệu Composite thành các chi tiết thiết kế

- Che phủ bảo vệ cốt tránh các phá huỷ cơ học và hoá học duy trì tínhtoàn vẹn và hình dạng của các thành phần

Hình 1.1 Phân loại cấu trúc Polymer Composite

- Truyền ứng suất tập trung lên chất độn thờng có tính cao hơn nhờ đólàm giảm độ nhạy cảm với quá tải cục bộ do ứng suất tập trung Nhvậy hệ số an toàn sử dụng vật liệu Composite nói chung cao hơn vậtliệu truyền thống.

- Nền có ảnh hởng lớn tới đặc tính sử dụng của vật liệu Composite nhnhiệt độ làm việc, độ bền mỏi tỷ trọng, độ bền riêng, khả năngchống lại tác dụng của môi trờng ngoài

- Nhựa nền đợc lựa chọn cho vật liệu phải thoả mãn các yêu cầu nhiềukhi là mâu thuẫn nhau Bởi vậy việc chế tạo, lựa chọn một loại nhựanền tối u luôn phải dung hoà các thông số về độ bền độ mềm dẻo,khả năng gia công và các tính chất khác

* Nhựa nền đợc lựa chọn trên một số cơ sở sau :

- Yêu cầu của sản phẩm chủ yếu là các đặc tính kỹ thuật cơ lý độ bềnnhiệt ngoài ra độ bền hoá, khả năng chống cháy, đặc tính điện

Trong công nghiệp vật liệu Composite hiện nay nhựa nhiệt dẻo chủ yếu

đợc sử dụng với chất tăng cờng dạng bột, sợi ngắn, các dạng sợi liên tục đã đợc

sử dụng để tăng cờng cho nhựa nhiệt dẻo trong một số lĩnh vực nh ống chịu áplực, cáp các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng : PVC, PE, PS, PA

Nhựa nhiệt rắn cho phép tạo hình một lần, nó tạo thành lới không giandới dạng tác dụng của nhiệt độ hoặc xúc tác Nhựa nhiệt rắn có cơ tính cao và

đặc biệt độ bền nhiệt cao hơn hẳn nhựa nhiệt dẻo Vật liệu trên cơ sở nhựanhiệt rắn có thể gia công dới áp suất và nhiệt độ cao Phơng pháp này cho phépsản xuất những sản phẩm có kích thớc lớn và không tốn năng lợng Các loại

8

nhựa chủ yếu dùng trong công nghiệp vật liệu Composite hiện nay nh : nhựaPolyeste không no, nhựa Epoxy, Fenol - Formandehyt

b Chất gia cờng.

Trong vật liệu Composite chất gia cờng có tác dụng chịu ứng suất tậptrung cho cơ tính cao hơn nhựa nền Đặc trng và mức độ ảnh hởng của chất

độn lên tính chất của vật liệu phụ thuộc vào bản chất cấu trúc ban đầu hìnhthái hình học và phân bố, diện tích bề mặt riêng của chất gia cờng trong vậtliệu tơng tác và độ bền liên kết giữa chất gia cờng và nền Chất gia cờng qui

định khả năng gia công của vật liệu ngoài ra còn ảnh hởng đến các tính chấthoá, điên

Đánh giá chất gia cờng trên những đặc điểm :

- Khả năng tăng cờng độ bền cơ học

- Độ bền nhiệt

- Độ bền hoá chất, môi trờng

- Khả năng thấm ớt bề mặt bởi nhựa nền

- Thuận lợi trong quá trình gia công

- Giá thành hạ - có sẵn

Chất gia cờng làm thay đổi đặc trng cơ bản của vật liệu gọi là chất gia ờng hoạt tính, chất gia cờng làm thay đổi đặc trng cơ bản của vật liệu gọi làchất gia cờng trơ Tuy nhiên chất gia cờng hoạt tính hay không hoạt tính phụthuộc rất nhiều vào bản chất của nhựa nền Các chất gia cờng trơ chủ yếunhằm mục đích giảm giá thành vật liệu, cải thiện khả năng gia công

độ tới 140-1450C, cho xúc tác và Formandehyt vào ( xúc tác có thể là kiềm,axit) Hỗn hợp tạo thành đợc tách nớc với thời gian 2 giờ Sau đó tiếp tục nângnhiệt của phản ứng lên 1600 C và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 1 giờ 30phút Sản phẩm đợc lấy ra khi đã đợc làm bay hơi hết nớc Dung môi đóng rắn

ở nhiệt độ 2000C đem nghiền mịn với kích thớc hạt đạt từ 74 ữ 104 àm Tiếnhành tổng hợp bột ma sát với 4 tỷ lệ khác nhau : Fenol - Formandehyt

10

(1ữ1,12 ; 1ữ1,13 ; 1ữ1,14 ; 1ữ1,15) đợc ký hiệu FR1, FR2, FR3, FR4 tơng ứng.Qua một số thí nghiệm sơ bộ có đợc tỷ lệ các cấu tử cho vào tổng hợp vật liệu

ma sát

- Phối liệu của hỗn hợp đợc trình bày ở bảng sau : (theo % trọng lợng)

Bảng 1 Phối liệu của hỗn hợp ép (theo % trọng lợng)

Kết quả đánh giá độ mài mòn đợc trình bày ở bảng 2

Bảng 2 ảnh hởng của các loại bột ma sát đến độ mài mòn và hệ số

Tổ hợp vật liệu có chứa bột ma sát ký hiệu FR2 sau khi trải qua 1000vòng mài mòn đợc tiếp tục cho mài mòn tiếp và đo hệ số ma sát Kết quả cho

ta thấy không có sự sai khác nhiều về kết quả giữa hai lần đo, độ mài mòn sailệch khoảng 0,8% và hệ số ma sát sai lệch xấp xỉ 1% Điều này chứng tỏ khi

đa bột ma sát FR2 vào trong vật liệu đã làm cho tính chất của sản phẩm ổn

định hơn trong quá trình sử dụng Kết quả đo độ mài mòn và hệ số ma sát sauvài lần thử nghiệm đợc trình bày ở bảng 3.

Bảng 3 Độ mài mòn, hệ số ma sát với chu kỳ mài mòn khác nhau

của tổ hợp VLMS chứa FR 2.

Số vòng thử mài

mòn (vòng)

Độ mài mòn (g/1000 vòng)

độn lại với nhau Nếu hàm lợng quá cao (>50%) thì việc tạo hình càng khó do

tổ hợp vật liệu có độ nhớt thấp ảnh hởng của hàm lợng nhựa đến tính chất cơ

lý của vật liệu Polymer - Composite trên cơ sở nhựa phenol Formandehyt vớibột độn thông dụng đợc trình bày ở bảng sau (Bảng 4)

Qua hình 4 có thể thấy việc thay đổi hàm lợng của một cấu tử nào đótrong tổ hợp vật liệu đề đạt mong muốn là tăng một số tính chất cơ lý nào đóthì lại làm giảm một số tính chất cơ lý khác Đối với trờng hợp vật liệu ma sáttrên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt để đạt đợc tính chất cơ lý mong muốn tacần phải xác định đợc một tỷ lệ nhất định các thành phần trong tổ hợp đồngthời giữ đợc một tỷ lệ chất dính kết thấp nhất không làm thay đổi độ mài mòn,

3 Nghiên cứu vấn đề đa cao su vào tổ hợp vật liệu

ma sát

Để giải quyết vấn đề có đợc một vật liệu vừa có đầy đủ tính chất cơ lýcủa nhựa tổng hợp sử dụng cho vật liệu ma sát đồng thời có tính mềm dẻo, cókhả năng phục hồi cao thì việc sử dụng cao su để biến tính nhựa đặc biệt là cácloại nhựa Phenol - Formandehyt đem lại hiệu quả cao Cao su dùng để biếntính là cao su Butadienitil và cao su Clopren

Nguyên tắc để biến tính nhựa bằng cao su là trộn hỗn hợp nhựa với cao

su sau đó cho đóng rắn Trong quá trình đóng rắn cao su phản ứng với nhựa vàcùng tham gia vào quá trình khâu mạch Cũng có thể nhựa tham gia vào quátrình lu hoá cao su và đợc coi nh một mắt xích trong mạng lới Tuy vậy tổ hợpnhựa và cao su đợc coi nh một hệ thống hai pha riêng biệt Cao su có thể liênkết với nhựa bởi liên kết hoá học (nếu phản ứng hoá học giữa cao su và nhựaxảy ra) hoặc đơn thuần là liên kết vật lý tức là chỉ có sự trộn hợp thông thờng

- Cao su sau khi lu hoá thờng có độ chịu mài mòn lớn, hệ số ma sát cao,khả năng biến dạng, phục hồi cao

- Nhựa là một hợp chất sau khi đóng rắn có độ cứng cao, giòn, độ màimòn lớn và hệ số ma sát nhỏ hơn cao su từ 5 - 6 lần Sản phẩm biến tính thu đ-

ợc ngoài những tính chất cơ bản của nhựa nền có thêm những tính chất quí giákhác, nổi bật nhất là khả năng chịu va đập tăng lên, độ cứng của sản phẩmgiảm xuống rõ rệt

Dựa trên các đề tài nghiên cứu khoa học có thể khái quát và giải thíchkhả năng tăng cờng độ bền va đập của tổ hợp có cao su nh sau : Dới tác độngcủa ngoại lực vật liệu bắt đầu bị biến dạng điểm bị phá hỏng là những chỗ cóliên kết yếu nhất Nếu vật liệu chỉ có nhựa và chất độn thì điểm phá huỷ này cóthể ở trên bề mặt phân chia pha và chất độn hoặc trong các liên kết của cácphân tử nhựa Khi có mặt cao su trong tổ hợp thì dới tác dụng của ngoại lựcchất dính kết là nhựa với chức năng là chất chuyển ứng suất tập trung sẽ ngaylập tức chuyển lực tác động này cho các hạt cao su Do cao su là một thànhphần có khả năng phục hồi, hấp thụ và phân tán năng lợng lớn nên năng lợngcủa ngoại lực sẽ bị tiêu tốn nhiều hơn so với trờng hợp không có cao su để kéo

đứt phân tử cao su đó hoặc để phá huỷ liên kết giữa cao su và nhựa Đặc biệtkhi nghiên cứu biến tính nhựa Fenol - Formandehyt bằng cao su cho thấy : khilợng nhựa Fenol - Formandehyt trong tổ hợp càng lớn thì độ liên kết nói chung

14

càng cao nhng sản phẩm trở nên giòn hơn Khi hàm lợng cao su tăng dẫn đến

độ cứng của sản phẩm giảm xuống

Theo đề tài nghiên cứu của tiến sĩ Nguyễn Thanh Liêm thì vật liệu cao

su đợc sử dụng đa vào tổ hợp đó là cao su Butadienitil Loại cao su này sau khi

đợc lu hoá có khả năng chịu đợc tác động của môi trờng dầu mỡ và các dungmôi hữu cơ Khối lợng riêng của cao su này biến đổi từ 0,95 ữ 1,02g/cm3 tuỳtheo hàm lợng của nhóm Nitril Ngoài ra, cao su này có khả năng dẫn nhiệtcao, độ mài mòn thấp khả năng trộn hợp tốt với các Polymer phân cực (đặcbiệt nhựa Fenol - Formandehyt là loại là loại nhựa có độ phân cực cao, khảnăng trộn hợp tốt) Cho ta đợc một tổ hợp vật liệu có nhiều u điểm nh chịunhiệt cao, độ bền kết dính tốt, chống xé rãnh lớn, phân giải đều điện tích tích

tụ khi có ma sát Trong quá trình chế tạo vật liệu ma sát, chất dính kết là nhựaFenol - Formandehyt đợc thay một phần bằng cao su theo tỷ lệ 21:6 Tính theotrọng lợng (tài liệu tham khảo), nhiệt độ gia công là 1400C ữ 1500C và 1600Cvới thời gian ép là 10 ữ 20 ữ 30 phút với áp lực là 50kg/cm2. Điều kiện giacông ảnh hởng đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát đợc trình bày ở bảngsau :

Bảng 6 ảnh hởng của nhiệt độ gia công đến độ mài mòn và hệ số ma sát.

chuyên gia thì hàm lợng cao su tối đa đa vào tổ hợp vật liệu là 15% (tính theotrọng lợng).

Ta có bảng đánh giá sau : Khi hàm lợng cao su thay đổi từ 3%-15%

Bảng 7 ảnh hởng của hàm lợng cao su Butadiennitril đến tính chất cơ lý

Hệ số

ma sát Độ cứng HB Độ bền va đập

(KJ/m 2 )

Độ hút nớc (%)

Độ hút dầu (%)

- Với 6% trọng lợng cao su trong tổ hợp độ bền va đập từ 4 -7 KJ/m2.

- Nếu tiếp tục tăng hàm cao su trong tổ hợp vật liệu thì mọi tính chất cơ

ra sản phẩm có độ bó kết cao cải thiện đợc một số tính chất nh độ bền nén,chịu mài mòn và độ bền va đập

Cũng cần lu ý rằng đối với nhựa Fenol - Formandehyt ở nhiệt độ bằng

2200C xảy ra quá trình oxy hoá nhựa, làm yếu các liên kết Metylen, phân huỷquá trình tạo gốc nếu phải chịu một khoảng thời gian dài

16

Điều kiện khảo sát ngiên cứu : nhiệt độ 1000C và 1400C, thời gian làmviệc 6 giờ.

Mẫu vật đợc chuẩn bị với tỷ lệ tối u song khác nhau ở chỗ không có cao

su và có 6% cao su Butadielntril Cuối quá trình các mẫu đợc xử lý nhiệt trong

lò sấy Kết quả ảnh hởng của yếu tố xử lý nhiệt đợc thể hiện ở bảng 8 và 9

Bảng 8: Vật liệu không có cao su.

Chế độ xử lý Độ mài mòn

g/1000 vòng

Hệ số ma sát

Độ bền va

đập KJ/m 2

Độ bền nén MPa

Độ bền va

đập KJ/m2

Độ bền nénMPa

4.2 Yếu tố khuếch tán của nớc vào vật liệu.

Môi trờng ảnh hởng rất nhiều đến ma sát thể hiện ở chất lợng bề mặtthông qua các chỉ tiêu độ mài mòn, hệ số ma sát Nếu môi trờng tác động lênvật liệu trong một thời gian dài có thể ảnh hởng tới cấu trúc bên trongcủa vậtliệu và phá huỷ mối liên kết trên bề mặt, giảm độ bền của vật liệu mà điểnhình là độ bền va đập và độ bền nén

Tác động của môi trờng rất đa dạng có thể là độ ẩm - nớc dầu mỡ hoặccác chất hoạt hoá ăn mòn khác

Nớc có thể xâm nhập vào vật liệu ma sát, tác dụng nh một chất bôi trơntrên bề mặt làm giảm hệ số ma sát, tăng độ mài mòn hoặc công phá vào liên

kết trên bề mặt phân chia pha giữa chất dính kết và các chất độn làm yếu đikhả năng liên kết dẫn tới kéo theo các tính chất cơ lý khác của vật liệu bị suygiảm theo.

Để đánh giá khả năng bảo vệ của vật liệu ma sát trên cơ sở Fenol Formandehyt với môi trờng nớc thờng sử dụng hệ số khuyếch tán Vật liệu masát đợc coi là có khả năng bảo vệ ít bị ảnh hởng của độ ẩm, nớc nên vật liệu có

-hệ số khuyếch tán thấp

Mức độ khuyếch tán của nớc vào vật liệu Polymer - Composite chủ yếutập trung vào 3 yếu tố :

- Khả năng khuyếch tán qua chất dích kết

- Xâm nhập qua mối liên kết giữa chất dính kết và chất độn

- Khả năng khuyếch tán qua chất độn

Theo kết quả của một số đề tài nghiên cứu cho thấy sự khuyếch tán củanớc vào vật liệu không có cao su nhỏ hơn khi vật liệu có 6% cao suButadielnitril Đây cũng là mặt hạn chế của vật liệu có cao su vì khi đa cao suvào trong tổ hợp vật liệu thì hàm lợng nhựa Phenol Cacbanol - Formandehytgiảm đi một cách tơng ứng do đó làm giảm đi khả năng liên kết các bột độnvới nhau dẫn tới tạo điều kiện cho nớc thâm nhập vào vật liệu qua bột độn Tuynhiên hạn chế rất nhỏ không đáng kể nếu đem nó so sánh với các mặt tích cựckhác mà cao su Butadiennitril đem lại cho tổ hợp vật liệu ma sát

4.3 ảnh hởng của các chất hoạt hoá khác đến vật liệu.

Ngoài nớc ra thì xăng dầu và mỡ bôi trơn là ba yếu tố mà vật liệu thờngxuyên tiếp xúc trong quá trình sử dụng Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hởngcủa nó đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát là rất cần thiết qua đó đánh giá

đợc thời gian làm việc tối đa của vật liệu trong môi trờng đó đồng thời chophép ta lựa chọn đợc vật liệu làm việc trong một môi trờng xác định

Các tổ hợp vật liệu đợc sử dụng để khảo sát ảnh hởng của môi trờnghoạt hoá gồm : vật liệu không chứa cao su và vật liệu chứa 0,6% cao suButadielnitril Kết quả đợc phản ánh ở các bảng sau :

Bảng 10: ảnh hởng của dầu đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát Thời gian Tổn hao Độ suy giảm cơ lý tính %

Dấu (-) : Không quan sát thấy.

Bảng 11 : ảnh hởng của xăng đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát.

Thời gian Tổn hao Độ suy giảm cơ lý tính %

Dấu (-) : Không quan sát thấy

Bảng 12: ảnh hởng của dầu phanh đến tích chất cơ lý của vật liệu ma sát.

Thời gian Tổn hao Độ suy giảm cơ lý tính %

– Mức suy giảm các tính chất cơ lý thấp, độ mòn tăng 0,03%.

Độ bền va đập và độ bền nén suy giảm không đáng kể Vật liệu có chứa6% cao su Butadielnitril suy giảm ít hơn

– Trong môi trờng xăng các vật liệu bị tổn hao trọng lợng nhiều hơn sovới dầu và nó nằm trong khoảng từ 0,2 ữ 0,6% Và độ bền va đập giảm từ 3 ữ

6% Độ bền nén từ 8 ữ 10% hệ số ma sát giảm từ 5 ữ 8%

– Hình dáng, mầu sắc của vật liệu không thay đổi

– Đối với môi trờng dầu phanh các tính chất cơ lý thay đổi mạnh Cóthể thấy bề mặt vật liệu bị phồng rộp, với vật liệu không có cao su còn bị rạnnứt hay cong vênh

– Tổn hao trọng lợng khá lớn Các tính chất cơ lý khác bị suy giảmmạnh, đặc biệt là với vật liệu không có cao su Vật liệu có chứa 6% cao suButadielnitril ít bị ảnh hởng hơn

5 Nghiên cứu ảnh hởng của các chất gia cờng ảnh

h-ởng đến tính cơ lý của vật liệu ma sát

Nh phần trên đã đề cập đến : Việc đa các chất gia cờng vào tổ hợp vậtliệu ma sát đem lại cho vật liệu những u điểm nổi bật so với vật liệu truyềnthống Độ bền riêng cao - mô đun đàn hồi cao, tỷ trọng thấp ổn định tính chấttrong nhiều môi trờng hoá chất, chống mài mòn tốt

20

Vấn đề tập trung nghiên cứu là khảo sát ảnh hởng của một số chất độnchủ yếu là Oxyt kẽm, Bazit và Oxyt Magie đến tĩnh chất cơ lý của vật liệu masát Phân tích đa ra đợc tỷ lệ tối u của chúng trong tổ hợp vật liệu.

Nhận xét:

- Nếu tăng hàm lợng của bột axit magie - oxyt kẽm thì độ mài mòn lúc

đầu giảm xuống sau đó tăng lên nếu kết hợp đa bột Barit vào thì độ mài mòntăng lên rõ rệt

- Khi hàm lợng cao su đa vào tổ hợp đến 15% thì độ mài mòn tăng lênkhông đáng kể, sau đó tăng mạnh

- Hàm lợng bột cao su và oxyt kẽm tăng cờng thì hệ số ma sát của tổhợp vật liệu cũng tăng theo Mức độ làm tăng hệ số ma sát của tổ hợp vật liệu

có chứa bột cao su nhanh hơn mức độ tăng của tổ hợp có chứa bột oxyt kẽm.Với bột oxyt magie và bột Barit có làm giảm hệ số ma sát nhỏ không đáng kể

Qua đó cho thấy các bột độn cao su - oxyt magie, oxyt kẽm với nhữnghàm lợng thích hợp có ảnh hởng tốt đến độ mài mòn và hệ số ma sát của vậtliệu Bột Barit trong tổ hợp vật liệu không ảnh hởng nhiều đến cơ lý tính củavật liệu tổ hợp

22

chơng Iv Nghiên cứu sơ lợc guốc phanh xe lửa chế tạo

bằng gang

1 Tính chất chủ yếu của Gang.

- Nhiệt độ nóng chảy thấp(1100-13000C) Tính lu động tốt, ít co ngót rất thuận lợi cho quá trình chế tạo bằng phơng pháp đúc

- Chịu nén tốt, khả năng dập tắt rung động nhanh

- Độ cứng tơng đối cao trong khoảng từ 150 ữ 250 HB Dễ dàng gia

công trên các máy cắt gọt

- Gang có độ bền kéo thấp thờng chỉ bằng 1/3 ữ 1/5 giới hạn bền nén,

khả năng chịu uốn - xoắn hoặc va đập kém

2.Thành phần chủ yếu của Gang đúc guốc phanh.

- Cacbon : Với hàm lợng từ 2,8 - 3,5% Cacbon là một nguyên tố có tác

dụng graphit hoá gang Hàm lợng cacbon càng cao khả năng graphit càng

mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, tính đúc tốt, nhng cơ tính kém

- Silic : là nguyên tố thúc đẩy quá trình Graphit hoá rất quan trọng trong

tổ chức gang Hàm lợng Silic thay đổi từ 1,5 ữ 3%

- Mangan : Là nguyên tố cản trở sự Graphit hoá Nó có tác dụng làm

tăng độ bền, cứng của vật liệu Hàm lợng Mn thờng từ 0,5 ữ 1%

- Phôtpho : Là nguyên tố không có ảnh hởng gì đến quá trình graphit

hoá nhng có tác dụng làm tăng độ chảy loãng của vật liệu

*Đặc biệt làm tăng khả năng chống mài mòn : thờng làm hàm lợng có từ0,1 ữ 0,2% Khi cần tăng khả năng chống mài mòn có thể tăng P lên đến 0,5%.Cũng cần lu ý nếu tăng quá nhiều thì vật liệu trở nên giòn và cứng

* Lu huỳnh : là nguyên tố cản trở rất mạnh việc graphit hoá, làm xấu

tính đúc của vật liệu, làm giảm độ chảy loãng, cần hạn chế hàm lợng S từ 0,08

Thành phần gang đúc guốc hãm Độ

cứn g

G Ghi chú

T Quèc 340 85 50 290 3-3,8 0,4-0,8 1,2 1,4 0,12-0,15

190-200 Cøng,CRßn cã g©n, cã

Guèc h·m chÕ

t¹o tõ gang tiªu

chuÈn 0,27 0,162 0,116 0,168 6,168 0,162 0,097 0,093 0,09 0,085 0,038Guèc h·m chÕ

c¸t

24