Разработка композиционных материалов на основе древесины

УДК 674.812

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ

ДРЕВЕСИНЫ

DEVELOPMENT OF COMPOSITE MATERIALS ON THE BASIS OF WOOD

Шевелева Е.В. (Брянский государственный инженерно-технологический

университет, г. Брянск, РФ) Sheveleva E.V.

Рассмотрены способы создания и использование композиционных древесно-металлических материалов

Ways of creation and use of composite wood-metal materials are considered

Ключевые слова: композиционные материалы, древесно-металлические материалы, антифрикционные материалы

Key words: composite materials, wood-metal materials, antifrictional materials

Модифицированная древесина является одним из конструкционных материалов. По своим свойствам прессованная древесина является не только заменителем металлов, но и новым конструкционный материал, обладающим некоторыми ценными свойствами, которых не имеют металлы. Полученные результаты говорят о том, что свойства вкладышей подшипников скольжения из модифицированной прессованной древесины не уступают таким материалам как текстолит, древесно-слоистые пластики, пластмассы, бронза, чугун, сталь, баббит и др.

Преимущество прессованной древесины перед другими видами модифицированной древесины заключается в том, что для ее изготовления не требуется химических дополнителей и сложного оборудования, ее производство не токсично. Важным является низкая стоимость и не дефицитность исходного материала. Сырьем для ее изготовления может быть древесина любых пород, а также тонкомерные стволы, остающиеся от санитарных рубок в лесу или кусковые отходы деревообрабатывающей промышленности.

Более высокая износостойкость прессованной древесины по сравнению с другими материалами объясняется следующими причинами.

Чем разнороднее подшипниковые материалы, составляющие пару трения, тем эффективней работа такой пары. Прессованная древесина по физико-механическим свойствам и структуре более удалена от стали, сопряженно работающей с ней, чем другие материалы.

Способность прессованной древесины работать в абразивной среде является важнейшим преимуществом ее перед другими конструкционными подшипниковыми материалами. В конструктивном отношении прессованная древесина является материалом сложного пористого строения, которое обеспечивает ей упругие свойства. Если абразивные частицы оставляют на поверхности трения повреждения, то они вследствие внутренних упругих свойств прессованной древесины и свойств разбухания во влажной среде, быстро восстанавливаются, заполняясь древесным веществом. Абразивные частицы оказываются уже не на поверхности, а под некоторым слоем древесины и в дальнейшем не являются опасными, поэтому износ пары трения оказывается минимальным.

Процесс трения сопровождается электризацией поверхностей контакта, что способствует увеличению износа. По сравнению с другими материалами древесина не вызывает или вызывает в незначительной степени электрические явления.

Прессованная древесина - это материал с хорошими демпфирующими свойствами, ее применение в этом случае предупреждает или уменьшает вероятность появления вредных колебаний. Опасные вибрации часто появляются за счет изменения жесткости упругой связи деталей. Применение в этих случаях деталей из прессованной древесины, обладающей меньшей жесткостью, чем металл, положительно влияет на работу узла или машины. Прессованная древесина как конструкционный материал вследствие своего строения хорошо поглощает энергию удара и вибрации.

Работа машин часто сопровождается шумом. Одним из способов его уменьшения является применение материалов с особым внутренним строением. Таким конструкционным материалом, обладающим повышенным звукопоглощением, является прессованная древесина.

Однако ограничивающими факторами широкого применения прессованной древесины являются низкая грузоподъемность и относительно небольшие допустимые скорости скольжения.

Решение задачи повышения теплопроводности материалов на основе древесины может быть достигнуто за счёт создания древесно-металлических композиционных материалов, представляющих собой композит, сочетающий прессованную модифицированную древесину с металлическими антифрикционными и высокотеплопроводными включениями. Благодаря тому, что коэффициент теплопроводности металлической вставки гораздо больше, чем у древесины, основное тепло, образующееся при трении, будет выходить через металлические вставки на вал, что значительно снижает вероятность термического разложения древесной поверхности и, тем самым, увеличивает долговечность подшипника.

При использовании древесины в качестве матрицы для изготовления антифрикционных материалов существенный эффект достигается в результате наполнения ее легкоплавкими металлическими материалами, оксидами и т.д. Материалы, создаваемые таким образом, имеют повышенные физико-механические и антифрикционные характеристики, по сравнению с каждым из исходных материалов. Для повышения эксплуатационных характеристик вкладыша предлагается металлическую фазу выполнять в виде сферических элементов различной дисперсности и располагать их послойно по толщине вкладыша.

Таким образом, использование композиционных материалов позволяет в существенной степени снизить недостатки отдельных структурных составляющих, при этом получение повышенных механических, теплофизических и триботехнических характеристик достигается путем комбинирования различных по природе материалов.

Достаточно перспективным также выглядит предложенный теплоаккумулирующий материал, который может быть выполнен на основе различных полимеров, как искусственных, так и растительных, в частности -древесины [1].

Использование теплоаккумулирующего эффекта применяемых

наполнителей способствует дополнительному улучшению теплофизических свойств создаваемых композиционных материалов. Такой эффект достигается как за счет увеличения количества теплоотводящих металлических компонентов, так и за счет обеспечения возможности аккумулирования тепловой энергии структурными составляющими вследствие теплопоглощения, происходящего при фазовых превращениях эвтектоидного или эвтектического характера.

Древесно-металлические вкладыши подшипников могут применяться для узлов трения с повышенными экологическими требованиями. При их работе замечено снижение шума по сравнению с металлическими, что обеспечивает улучшение условий труда. Производство подшипников практически не загрязняет окружающую среду, что особо важно при их изготовлении в черте города. По результатам выполненных исследований установлена перспективность использования в различных машинах и механизмах древесно-металлических подшипниковых опор скольжения.

Список использованных источников

1 Памфилов, Е.А. Применение композиционных антифрикционных материалов для повышения работоспособности узлов скольжения деревоперерабатывающего оборудования [Текст]/ Е.А. Памфилов, Е.В. Алексеева, Е.В.Шевелева// Качество и жизнь. Научно-производственный и культурно-образовательный журнал.- Москва: «Вива-Экспресс», 2014.-С.427-432.