Đề tài Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

54 6 0,0298 0,561 23,6 7 0,0249 0,0262 9 0,0319 0,538 19,7 6 0,0355 0,0375 12 0,0339 0,492 16,3 4 0,0434 0,0496 15 0,0381 0,490 14,8 3 0,0516 0,053 Nhận xét : - Khi hàm lượng cao su trong tổ hợp vật liệu ma sát tăng từ 3%-15% thì độ cứng giảm từ 36,2 HB xuống còn 14,8HB. - Với 6% trọng lượng 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 lý đều giảm. 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát. 4.1. Yếu tố xử lý nhiệt. Để cải thiện tăng cường độ bền vững của cấu trúc, nâng cao đặc tính cơ lý của tổ hợp vật liệu ma sát trên cơ sở của các Polymer thì phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng nhiều nhất và đem lại hiệu quả đáng kể. Nó làm giảm nội ứng suất bên trong vật liệu, tăng mật độ mạng lưới không gian của Polymer tạo ra sản phẩm có độ bó kết cao cải thiện được một số tính chất như độ bền nén, chịu mài mòn và độ bền va đập. Cũng cần lưu 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 huỷ quá trình tạo gốc nếu phải chịu một khoảng thời gian dài. Điều kiện khảo sát ngiên cứu : nhiệt độ 1000C và 1400C, thời gian làm việc 6 giờ. Mẫu vật được chuẩn bị với tỷ lệ tối ưu song khác nhau ở chỗ không có cao su và có 6% cao su Butadielntril. Cuối quá trình các mẫu được xử lý nhiệt trong lò sấy. Kết quả ảnh hưởng của yếu tố xử lý nhiệt được 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/m2 Độ bền nén MPa Không xử lý 0,0377 0,482 3,2 88,1 1000C trong 6h 0,0365 0,487 3,5 92,4 1400C trong 6h 0,0320 0,520 4,2 99,4 Bảng 9: Vật liệu có 6% cao su Butadielnitril. Chế độ xử lý Độ mài mòn g/1000 vòng Hệ số ma sát Độ bền va đập KJ/m2 Độ bền nén MPa Không xử lý 0,0344 0,532 5,3 92,0 1000C trong 6h 0,0334 0,534 5,7 117,4 1400C trong 6h 0,0298 0,561 7,0 120,0 Nhận xét : - Vật liệu không chứa cao su. Xử lý nhiệt đã làm tăng độ bền va đập, độ bền nén và giảm độ mài mòn. - ở nhiệt độ 1400C, cho kết quả tốt. Đối với vật có chứa 6% cao su Butadien Nitril tăng độ bền va đập từ 5,3KJ/m2 á 7KJ/m2. 4.2. Yếu tố khuếch tán của nước vào vật liệu. Môi trường ảnh hưởng rất nhiều đến ma sát thể hiện ở chất lượng bề mặt thông qua các chỉ tiêu độ mài mòn, hệ số ma sát... Nếu môi trường tác động lên vật liệu trong một thời gian dài có thể ảnh hưởng tới cấu trúc bên trongcủa vật liệu và phá huỷ mối liên kết trên bề mặt, giảm độ bền của vật liệu mà điển hình là độ bền va đập và độ bền nén. Tác động của môi trường rất đa dạng có thể là độ ẩm - nước dầu mỡ hoặc các chất hoạt hoá ăn mòn khác. Nước có thể xâm nhập vào vật liệu ma sát, tác dụng như một chất bôi trơn trên 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 đi khả năng liên kết dẫn tới kéo theo các tính chất cơ lý khác của vật liệu bị suy giảm theo. Để đánh giá khả năng bảo vệ của vật liệu ma sát trên cơ sở Fenol - Formandehyt với môi trường nước thường sử dụng hệ số khuyếch tán. Vật liệu ma sát được coi là có khả năng bảo vệ ít bị ảnh hưởng của độ ẩm, nước nên vật liệu có hệ số khuyếch tán thấp. Mức độ khuyếch tán của nước vào vật liệu Polymer - Composite chủ yếu tập 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 của nước vào vật liệu không có cao su nhỏ hơn khi vật liệu có 6% cao su Butadielnitril. Đây cũng là mặt hạn chế của vật liệu có cao su vì khi đưa cao su vào trong tổ hợp vật liệu thì hàm lượng nhựa Phenol Cacbanol - Formandehyt giảm đi một cách tương ứng do đó làm giảm đi khả năng liên kết các bột độn với nhau dẫn tới tạo điều kiện cho nước thâm nhập vào vật liệu qua bột độn. Tuy nhiên hạn chế rất nhỏ không đáng kể nếu đem nó so sánh với các mặt tích cực khác mà cao su Butadiennitril đem lại cho tổ hợp vật liệu ma sát. 4.3. ảnh hưởng của các chất hoạt hoá khác đến vật liệu. Ngoài nước ra thì xăng dầu và mỡ bôi trơn là ba yếu tố mà vật liệu thường xuyên tiếp xúc trong quá trình sử dụng. Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nó đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát là rất cần thiết qua đó đánh giá được thời gian làm việc tối đa của vật liệu trong môi trường đó đồng thời cho phép ta lựa chọn được vật liệu làm việc trong một môi trường xác định. Các tổ hợp vật liệu được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của môi trường hoạt hoá gồm : vật liệu không chứa cao su và vật liệu chứa 0,6% cao su Butadielnitril. Kết quả được phản ánh ở các bảng sau : Bảng 10: ảnh hưởng của dầu đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát. Thời gian Tổn hao Độ suy giảm cơ lý tính % (ngày) khối lượng (%) Độ mài mòn Hệ số ma sát Độ bền va đập Độ bền nén Vật liệu không có cao su 5 – – 4,2 – – 10 – – 7,0 – 3,8 20 0,040 – 17,4 – 4,2 30 0,048 0,023 18,4 6,25 4,6 Vật liệu có 6% cao su Butadielnitril 5 – – 2,1 – – 10 – – 4,2 – – 20 0,018 – 8,6 – 2,4 30 0,025 – 9,6 3,5 3,6 Dấu (-) : Không quan sát thấy. Bảng 11 : ảnh hưởng của xăng đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát. Thời gian Tổn hao Độ suy giảm cơ lý tính % (ngày) khối lượng (%) Độ mài mòn Hệ số ma sát Độ bền va đập Độ bền nén Vật liệu không có cao su 5 4,4 2,6 5,2 – 7,0 10 6,8 9,0 6,0 – 7,7 20 10,5 14,2 8,8 6,3 10,3 30 16,0 19,1 10,5 6,3 15,1 Vật liệu có 6% cao su Butadiennitril 5 1,7 1,9 2,1 – – 10 2,5 5,0 4,7 – – 20 5,3 8,6 5,3 – 6,8 30 8,0 12,2 7,0 – 9,0 Dấu (-) : Không quan sát thấy. Bảng 12: ảnh hưởng của dầu phanh đến tích chất cơ lý của vật liệu ma sát. Thời gian Tổn hao Độ suy giảm cơ lý tính % (ngày) khối lượng (%) Độ mài mòn Hệ số ma sát Độ bền va đập Độ bền nén Vật liệu không có cao su 5 4,4 2,6 5,2 – 7,0 10 6,8 9,0 6,0 – 7,7 20 10,5 14,2 8,8 6,3 10,3 30 16,0 19,1 10,5 6,3 15,1 Vật liệu có 6% cao su Butadiennitril 5 1,7 1,9 2,1 – – 10 2,5 5,0 4,7 – – 20 5,3 8,6 5,3 – 6,8 30 8,0 12,2 7,0 – 9,0 Dấu (-) : Không quan sát thấy. Nhận xét: – Sau 30 ngày chịu môi trường dầu BP, tính chất cơ lý của tất cả các mẫu vật tổn hao khối lượng rất nhỏ từ 0,03 á 0,06%. – 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 chứa 6% cao su Butadielnitril suy giảm ít hơn. – Trong môi trường xăng các vật liệu bị tổn hao trọng lượng nhiều hơn so với dầu và nó nằm trong khoảng từ 0,2 á 0,6%. Và độ bền va đập giảm từ 3 á 6%. Độ bền nén từ 8 á 10% hệ số ma sát giảm từ 5 á 8%. – Hình dáng, mầu sắc của vật liệu không thay đổi. – Đối với môi trường dầu phanh các tính chất cơ lý thay đổi mạnh. Có thể thấy bề mặt vật liệu bị phồng rộp, với vật liệu không có cao su còn bị rạn nứt hay cong vênh. – Tổn hao trọng lượng khá lớn. Các tính chất cơ lý khác bị suy giảm mạnh, đặc biệt là với vật liệu không có cao su. Vật liệu có chứa 6% cao su Butadielnitril ít bị ảnh hưởng hơn. 5. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất gia cường ảnh hưởng đến tính cơ lý của vật liệu ma sát. Như phần trên đã đề cập đến : Việc đưa các chất gia cường vào tổ hợp vật liệu ma sát đem lại cho vật liệu những ưu điểm nổi bật so với vật liệu truyền thống. Độ bền riêng cao - mô đun đàn hồi cao, tỷ trọng thấp ổn định tính chất trong nhiều môi trường hoá chất, chống mài mòn tốt... Vấn đề tập trung nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng của một số chất độn chủ yếu là Oxyt kẽm, Bazit và Oxyt Magie đến tĩnh chất cơ lý của vật liệu ma sát. Phân tích đưa ra được tỷ lệ tối ưu của chúng trong tổ hợp vật liệu. 0 Độ mài mòn (mmg/1000m2) 1- oxyt magie. 2- oxyt kẽm. 3- Cao su. 4- Birit. 5 15 20 25 28 29 30 32 31 33 34 Tỷ lệ, % 10 30 4 3 2 1 Hình 1.3. ảnh hưởng của các loại bột độn đến độ mài mòn của VLMS Hệ số ma sát 5 10 15 20 25 0,1 0,2 0,3 0,5 0,4 0,6 Tỷ lệ % 0,7 4 3 2 1 1- oxyt magie. 2- oxyt kẽm. 3- Cao su. 4- Birit. 0 Hình 1.4: ảnh hưởng của bột độn đến hệ số ma sát của vật liệu Nhận xét: - Nếu tăng hàm lượng của bột axit magie - oxyt kẽm thì độ mài mòn lúc đầu giảm xuống sau đó tăng lên nếu kết hợp đưa bột Barit vào thì độ mài mòn tăng lên rõ rệt. - Khi hàm lượng cao su đưa vào tổ hợp đến 15% thì độ mài mòn tăng lên không đáng kể, sau đó tăng mạnh. - Hàm lượng bột cao su và oxyt kẽm tăng cường thì hệ số ma sát của tổ hợp 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 những hàm lượng thích hợp có ảnh hưởng tốt đến độ mài mòn và hệ số ma sát của vật liệu. Bột Barit trong tổ hợp vật liệu không ảnh hưởng nhiều đến cơ lý tính của vật liệu tổ hợp. chương Iv Nghiên cứu sơ lược guốc phanh xe lửa chế tạo bằng gang 1. Tính chất chủ yếu của Gang. - Nhiệt độ nóng chảy thấp(1100-13000C) Tính lưu động tốt, ít co ngót rất thuận lợi cho quá trình chế tạo bằng phương pháp đúc. - Chịu nén tốt, khả năng dập tắt rung động nhanh. - Độ cứng tương đối cao trong khoảng từ 150 á 250 HB. Dễ dàng gia công trên các máy cắt gọt. - Gang có độ bền kéo thấp thường chỉ bằng 1/3 á 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 lượng từ 2,8 - 3,5%. Cacbon là một nguyên tố có tác dụng graphit hoá gang. Hàm lượng cacbon càng cao khả năng graphit càng mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, tính đúc tốt, nhưng cơ tính kém. - Silic : là nguyên tố thúc đẩy quá trình Graphit hoá rất quan trọng trong tổ chức gang. Hàm lượng Silic thay đổi từ 1,5 á 3%. - Mangan : Là nguyên tố cản trở sự Graphit hoá. Nó có tác dụng làm tăng độ bền, cứng của vật liệu. Hàm lượng Mn thường từ 0,5 á 1%. - Phôtpho : Là nguyên tố không có ảnh hưởng gì đến quá trình graphit hoá nhưng có tác dụng làm tăng độ chảy loãng của vật liệu. *Đặc biệt làm tăng khả năng chống mài mòn : thường làm hàm lượng có từ 0,1 á 0,2%. Khi cần tăng khả năng chống mài mòn có thể tăng P lên đến 0,5%. Cũng cần lưu ý nếu tăng quá nhiều thì vật liệu trở nên giòn và cứng. * Lưu 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 lượng S từ 0,08 á 0,12%. Guốc hãm bằng gang của một số nước hiện dùng. Các nước Kích thước guốc hãm Diện tích ma sát danh nghĩa Thành phần gang đúc guốc hãm Độ cứng GGhi chú Dài Rộng Dầy C Mn Si P S T. Quốc 340 85 50 290 3-3,8 0,4-0,8 1,2 1,4 0,12-0,15 190-200 CCứng, Ròn có gân, có gờ dài Liên Xô 430 80 60 344 3-3,4 1-1,5 1-1,5 0,2-0,6 0,21 197-229 Anh 350 80 50 280 2,95 0,265 1,59 1,22 0,17 259-530 Nhật 350 80 55 280 2,8-3 0,5-0,85 1,2-1,4 0,7 0,1 190±20 Mỹ 350 85,7 38,1-60,8 300 2,92 0,33 0,85 0,17 0,15 280 Pháp 254 80 50 235 3,14 0,37 2,29 0,98 0,1 192 Thuỵ Sĩ 240 80 60 218,4 3,14 0,37 2,29 0,48 0,1 192 Hệ số ma sát bình quân jKb Loại guốc hãm Hệ số ma sát ứng với tốc độ đoàn tầu (km/h) 0 20 40 50 60 70 80 90 100 120 130 Guốc hãm chế tạo từ gang tiêu chuẩn 0,27 0,162 0,116 0,168 6,168 0,162 0,097 0,093 0,09 0,085 0,038 Guốc hãm chế tạo từ gang có hàm lượng P từ 1-1,4% 0,30 0,18 0,14 0,129 0,12 0,114 0,018 0,004 0,1 0,094 0,092 Guốc hãm phi kim loại 0,36 0,322 0,297 0,288 0,28 0,273 0,267 0,262 0,257 0,249 0,246 Bảng: Số liệu thí nghiệm về ảnh hưởnh của chiều dài guốc hãm đối với sự mài mòn. Tên gọi Chiều dài guốc hãm(mm) 340 370 400 430 Chiều rộng guốc hãm(mm) 85 85 85 85 Chiều dầy guốc hãm(mm) 50 50 50 50 Công nghệ chế tạo Đúc trong khuôn cát Số guốc hãm mỗi lần đúc 129 110 111 112 Độ cứng bình quân trước thí nghiệm (HB) 202 215 208 218 Độ cứng bình quân sau thí nghiệm (HB) 171 175 163 178 Trọng lượng bình quân trước thí nghiệm (gam) 10215 12128 12658 13039 Trọng lượng bình quân sau thí nghiệm (gam) 4940 5200 5500 5500 Số km chạy 3625 6960 6335 7100 Lượng mài mòn bình quân hàng ngày (gam) 140 365 348 374 Số ngày chạy bình quân 12 19 18 20 Lượng mài mòn trong 100km chạy (gam) 1457 997 1129 1655 Lượng mài mòn tổng cộng(gam) 5275 6928 7158 7484 * Hiện nay guốc phanh của Việt Nam sản xuất với tốc độ của tàu đang sử dụng <100km/h có thành phần như sau : Thành phần tỷ lệ của vật liệu gang như sau: C(%) Si(%) Mn(%) P(%) S(%) G(%) 3,3 á 3,5 1,4 á 1,6 0,4 á 0,6 0,6 á 0,8 nhỏ hơn 0,06 nhỏ hơn 0,06 Tiêu chuẩn kỹ thuật. - Độ cứng của sản phẩm cho phép (190 á 220HB). - Độ bền kém ³ 200 N/mm2 - Độ bền uốn ³ 380 N/mm2. Chương IV chế tạo má phanh bằng vật liệu composite trên cơ sở nhựa phenol Formandehyt. 1. Một số đặc đIểm khi ép guốc phanh composite trên cơ sở nhựa phenol Formandehyt. Như chúng ta đã biết nhựa Phenol - Formandehyt là loại Polymer được phát hiện đầu tiên có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành. Nhựa có nhiều đặc tính tốt như: độ cách điệm cao (điện áp đánh thủng 8 á 12 KV/mm), không chịu tác động của vi khuẩn, bền với hoá chất và các môi trường hoạt hoá khác. Tổ hợp nhựa Phenol - Formandehyt với sợi Amiăng bền với axit, kiềm ở nồng độ nhỏ hơn 40%, bền với Axeton ở nhiệt độ 500C cũng như bền với axit axetic ở bất kỳ nồng độ nào. Đồng thời nhựa có độ bền nhiệt cao, nhiệt độ làm việc 150 á 2000C. Dựa vào đặc tính này khi cho trộn chất độn như sợi thuỷ tinh, sợi amiăng thì khả năng làm việc còn được nâng cao hơn tới 2500C hoặc trong điều kiện phạm vi thay đổi nhiệt độ rộng và không làm ảnh hưởng đến kích thước. Khả năng chịu mài mòn của tấm phẳng từ nhựa Phenol - Formandehyt có thể so sánh với nhôm, đồng. Tuy nhiên khả năng này bị suy giảm khi độ ẩm của môi trường tăng do nước có thể thẩm thấu qua bề mặt phân chia giữa nhựa và bột độn. Hệ số ma sát nhựa nằm trong khoảng 0,2 á 0,3. So sánh tính chất cơ lý của một số loại nhựa nhiệt rắn được thể hiện ở bảng: Tính chất Đơn vị Polyeste không no Epoxy Phenol Formandehyt Ure Formandehyt Độ bền kéo MPa 25 á 28 30 á 100 25 á65 25 á45 Độ bền nén Mpa 60 á 160 60 á 190 45 á 95 45 á 95 Độ bền uốn Mpa 70 á 140 60 á 180 45 á 95 45 á 95 Độ hút nước Mg 10 á 30 7 á 20 15 á 30 15 á 30 Tỷ trọng g/cm3 1,1 á 1,15 1,15á1,25 1,15 á 1,3 1,1 á 1,4 Qua bảng so sánh trên ta thấy khối lượng riêng của nhựa phenol Formandehyt thấp 1,15 á 1,31 g/cm3, do đó có thể trộn thêm các chất độn với hàm lượng 50 á 70% vì khi sản phẩm được tạo thành có khối lượng riêng khoảng 1,23 á 1,67 g/cm3, thấp hơn khoảng từ 2 á 3 lần so với các kim loại thông dụng (khối lượng riêng của nhôm là 2,8 á 3,1 g/cm3, của thép là 7 á 8 g/cm3). Các bột độn thông dụng là: Bột amiăng : tỷ trọng là 2,55 g/cm3. Bột gỗ : tỷ trọng là 1,3 á 1,9 g/cm3. Bột grafit : tỷ trọng là 1,75 á 1,95 g/cm3. Các chất độn dạng khoáng khác: tỷ trọng 1,5 á 1,7 g/cm3. Song song với những ưu điểm đã được nêu trên thì nhựa Phenol - Formandehyt còn có một số hạn chế cần quan tâm như độ cứng cao (30 á 35 HB), độ bền va đập thấp (1 á 4 KJ/m2) và độ co ngót của sảm phẩm còn cao (0,04 á 0,08 cm/cm) đặc biệt là đối với các sản phẩm có kích thước lớn, hình dạng phức tạp. Qua phân tích trên, để hoàn thiện vật liệu Polymer Composite trên cở sơ nhựa Phenol - Formandehyt thì vấn đề cần giải quyết là các giải pháp biến tính nhựa để khắc phục những hạn chế nêu trên. Khi nghiên cứu vật liệu ma sát chế tạo từ vật liệu Polymer Composite ngoài việc xem xét đến các yêu cầu, đặc điểm của vật liệu Polymer Composite còn phải đáp ứng tất cả các đòi hỏi riêng của vật liệu ma sát. Các cặp ma sát dùng trong thiết bị phanh hãm cần phải thoả mãn những yêu cầu sau: – Có hệ số ma sát ổn định. – Có tính chống mài mòn cao và chịu được áp lực lớn. – Bề mặt không bị cào xước, tách lớp, không dính kết vào vật liệu cần hãm trong quá trình sử dụng. – Các vật liệu ma sát chịu được nhiệt độ cao, không bị cháy hoặc sinh khói khi sử dụng. Theo một số chuyên gia nghiên cứu về ma sát, họ đã phát triển và đưa ra các yêu cầu chi tiết đối với vật liệu ma sát. Những yêu cầu cơ bản đối với vật liệu ma sát là: + Hệ số ma sát đủ lớn, đối với các trường hợp sử dụng làm má phanhxe các loại thì cần phải lớn hơn hoặc bằng 0,2 nếu không sẽ không đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng. + Một trong các biện pháp để nâng cao tuổi thọ của vật liệu ma sát là trước khi đem vào sử dụng cần phải có quá trình chạy rà và để chuyển sang trạng thái làm việc. Thời kỳ này có ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động sau này của vật liệu. + Trong quá trình sử dụng chi tiết ma sát, dưới tác dụng của nhiệt độ phát sinh khi phanh trên bề mặt không được xảy ra các hiện tượng tách lớp, dính… + Giới hạn bền đứt của vật liệu ma sát sử dụng làm má phanh nói chung không được nhỏ hơn 1,5 kg/cm2 ứng với nhiệt độ cực đại toả ra trong quá trình phanh. Việc nghiên cứu hoàn thiện vật liệu Polymer Composite trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt dùng trong lĩnh vực chế tạovật liệu ma sát thoả mãn đầy đủ các yêu cầu là một lĩnh vực rất rộng, đòi hỏi nhiều kinh nghiệm, phân tích tổng hợp cả về lý thuyết lẫn thực tế. Với khuôn khổ của bản đồ án chủ yếu tập trung đi sâu vào hai vấn đề sau: – Biến tính, nâng cao độ mềm dẻo của nhựa Phenol - Formandehyt để vật liệu ma sát có thể bám sát vào bề mặt cần hãm, qua đó đảm bảo được hệ số ma sát, giảm độ mài mòn. – Lựa chọn bộ chất độn thích hợp cho tổ hợp vật liệu có tác dụng ổn định độ mài mòn và hệ số ma sát. ii. lựa chọn phương pháp biến tính Polymer. Tính chất cơ lý của vật liệu Polymer Composite phụ thuộc rất nhiều vào bản chất hoá học và cấu trúc của nhựa nền, chất độn và mối liên kết trên bề mặt phân chia pha. Độ bền liên kết giữa chất dính kết và chất độn phụ thuộc vào khả năng thấm ướt bề mặt chất độn của nhựa. Nhựa Phenol - Formandehyt cũng như một số loại nhựa nhiệt rắn khác chứa nhiều nhóm chức trong mạch, có độ phân cực lớn, sức căng bề mặt khoảng 35 á 45 din.cm-1. Qua đó có thể thấy rằng khi sử dụng nó làm chất dính kết đem lại nhiều khả quan. Đồng thời kết hợp với chất đóng rắn Urotropin có khả năng tăng cường liên kết giữa các nhóm chức trên cả bề mặt chất độn và nhựa nền. Ngoài ra các tính chất cơ lý của chất độn, diện tích bề mặt riêng, kích thước hạt… cũng có tác động đến độ bền liên kết, góp phần cải thiện được cơ tính của vật liệu. Khảo sát vật liệu Polymer Composite độn sợi làm ví dụ. Khi chịu nén, nhựa chịu tải trọng nén tốt hơn nên tránh được cho sợi tăng cường không bị phá huỷ, gẫy đứt. Dưới tác dụng của lực kéo thì nhựa chịu trách nhiệm chuyển tải trọng sang cho sợi là thành phần có khả năng chịu kéo tốt hơn. Khi một bộ phận của chất độn tăng cường bị phá huỷ (một phần sợi bị đứt) chất dính kết có tác dụng như một môi trường chuyển công suất làm cho vật liệu không bị mất khả năng chịu tải trọng. Điều này có thể thấy chức năng chức năng chính của nhựa nền là chuyển ứng suất tập trung sang cho chất độn khi vật liệu chịu tác động của ngoại lực. D.F Power và J.H Dumbleton (1972) khi nghiên cứu vật liệu Polymer Composite trên cơ sở nhựa Amino Formandehyt đã cho thấy tác dụng của nhựa nền và chỉ ra rằng ngay khi vật liệu chịu tác động mài mòn nhựa nền truyền tác động cho chất độn, sự mài mòn xảy ra trên bề mặt phân chia pha giữa nhựa và chất độn. Các tác giả cũng chỉ ra rằng với những nhựa có độ cứng cao như nhựa Phenol - Formandehyt, nhựa Amino Formandehyt khả năng truyền ứng suất tập trung của nhựa nhỏ dẫn đến độ mài mòn của sản phẩm cao. Ngoài ra chất dính kết còn có tác dụng ngăn chặn tác động của môi trường xung quanh vào chất độn. Để vật liệu có tính chất cơ lý cao, chất kết dính cần phải có những điều kiện sau: – Có khả năng thấm phủ hoàn toàn lên chất độn và các chất tăng cường. – Có cấu trúc mạng lưới không gian sau khi đóng rắn. – Có khả năng phục hồi trong quá trình hoá rắn để làm giảm nội ứng suất. – Chất dính kết chứa các nhóm hoạt động hay phân cực. Để có thể biến tính nhựa Phenol - Formandehyt làm chất kết dính cho vật liệu ma sát, đáp ứng được các yêu cầu của vật liệu ma sát có thể ứng dụng những phương pháp biến tính sau: 1. Nhựa được tổng hợp từ các Phenol có nhóm thay thế như các Alkylphenol nhờ đó tạo cho sản phẩm có khả năng hoà tan trong các loại dầu thực vật, tổng hợp từ các Clophenol để sản phẩm có tính chịu lửa, khó bắt cháy hoặc trộn hợp với Phenol với Cacbanol, Ligin, Tananh… để vật liệu có độ mềm dẻo cao. Đã có nhiều công trình nghiên cứu nâng cao tính chất cơ lý của nhựa Phenol - Formandehyt trong đó tác giả đề cập đến vấn đề thay thế một phần hoặc hoàn toàn phenol bằng các Phenol khác nhau đã được Chataway và đồng sự nghiên cứu vào năm 1928 sử dụng Ligin thay thế một phần Phenol để sản xuất chất dẻo, năm 1963 kết quả đã dược là bên cạnh những tính chất ưu việt của nhựa ban đầu, sản phẩm thu được có độ mềm dẻo cao, chịu mài mòn tốt, màu sáng hơn và giá thành rẻ hơn… 2. Nhựa được tổng hợp từ các Andehyt bậc cao như Axetandehyt, Butylandehyt, Benzandehyt, Fafaran hoặc được tổng hợp từ hỗn hợp các Andehyt. Loại nhựa sản xuất theo phương pháp này đẫ được biết từ lâu. Phản ứng ngưng tụ Phenol với Axetandehyt do Bacyer tiến hành từ những năm 1872, Baleeland và Beuder nghiên cứu phản ứng của Phenol với Butyrandehyt vào những năm 1927, nhưng có lẽ loại Andehyt dược sử dụng rộng rãi nhất là Fufuran được biết từ những năm1860 và ngày nay vẫn thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học. Tuy nhiên, khối lượng nhựa Phenol trên cơ sở các Andehyt này không lớn, thấp hơn nhiều so với loại nhựa tổng hợp từ Phenol và Formandehyt. 3. Trong quá trình tổng hợp nhựa, sử dụng các chất xúc tác có khả năng nằm lại trong sản phẩm khi phản ứng kết thúc. Đây cũng là một giải pháp rất tốt vì nhờ đó biến tính được đổi tính chất của nhựa tạo thành. Ví dụ: Axit Naphtalen Sunfonic. 4. Trộn hợp nhựa Phenol - Formandehyt với các chất có khối lượng phân tử cao như cao su tổng hợp và các loại nhựa tổng hợp khác. Trộn hợp cao su với nhựa nhằm tạo ra một loại sản phẩm kết hợp được những tính chất ưu việt của các loại nhựa ban đầu với những tính chất quý báu của cao su như độ mềm dẻo cao, khả năng phục hồi lớn và có được hệ số ma sát cao. Theo phương hướng này đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng tổ hợp giữa nhựa với các loại cao su tổng hợp trong đó sử dụng cao su nhưu là một chất hoá dẻo trong vật liệu. Sản phẩm đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như chế tạo ô tô, sản xuất sơn, keo dán… Các loại cao su tổng hợp thường được sử dụng là cao su Butadiennitril, cao su Butadien styren và cao su Clopren. Kết quả cho thấy khi sử dụng cao su để biến tính nhựa, sản phẩm thu được có ưu điểm nổi bật là tăng khả năng chịu va đập, giảm độ cứng. Việc sử dụng những phương pháp nêu trên có khả năng khắc phục những hạn chế của nhôm Phenol - Formandehyt. Tuy nhiên do chất dính kết dùng trong vật liệu Polymer Composite thường phải thoả mãn đồng thời nhiều yêu cầu và những mục đích đặt ra đôi khi mâu thuẫn nhau nên việc lựa chọn nền Polymer và phương pháp biến tính chúng cần phải được xem xét, lựa chọn tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà chọn nền Polymer và phương pháp biến tính cho thích hợp. Với mục đích tổng hợp được một loại chất kết dính thích hợp cho vật liệu ma sát, căn cứ vào kết quả nghiên cứu của các chuyên gia, đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn trong nước, đã lựa chọn những nguyên liệu sau: Nhựa Phenol – Cacbanol – Formandehyt với tỷ lệ Phenol : Cacbanol : Formandehyt = 0,9 : 0,1 : 1,25 là loại nhựa thích hợp làm chất dính kết cho vật liệu ma sát. Các loại cao su tổng hợp: Butadiennitril, Clopren và Poly làm chất hoá dẻo ngoại. iii. Lựa chọn chất độn cho vật liệu ma sát. Việc sử dụng chất độn trong các vật liệu Phenol - Formandehyt rất đa dạng và phong phú, nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc cải thiện, nâng cao cơ tính của vật liệu. Theo các nhà sản xuất và các chuyên gia nghiên cứu sử dụng chất độn trong chế tạo vật liệu ma sát nhằm giải quyết các yếu tố sau: – Cải thiên, tăng cường cơ tính của vật liệu ma sát, giảm sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực, tăng độ bền va đập. Điều này có thể thấy rõ khi nghiên cứu bảng sau: Tính chất cơ lý Nhựa không độn Nhựa độn bột gió Nhựa độn bột amiăng Độn sợi thuỷ tinh Độ co ngót 0,08 0,006 0,003 0,005 Độ bền uốn MPA 10 62 82 85 Nhiệt độ làm việc 150 160 17,5 175 Khối lượng riêng (g/cm2) 1,15 1,4 1,4 1,6 – Tăng độ bền nhiệt, khả năng dẫn nhiệt của sản phẩm. ổn định các tính chất cơ lý khác nhau khi nhiệt độ của bề mặt và toàn bộ vật liệu tăng lên trong quá trình sử dụng. Theo các công trình nghiên cứu của M.Antle (1964), I.Kragelski (1965), Jbbaler thì sự phân tán nhiệt của lớp bề mặt, vật liệu cũng là một tác nhân gây ảnh hưởng đến độ mài mòn và hệ số ma sá