Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

т;,-10'5. Па

201

v i o 5. Па

a

Рис. 100. Зависимость внешнего трения от температуры:

1 - АПДМ-2К; 2 - ВИК-2Д; 3 - РДМ-3; 4 - РСТ-4К; 5 - РСИ-12М

а — функция тц=У(7); б — энергия активации и функция 1пти= / ^ |

торым образец прижимается к подложке, к — коэффициент трения, равный тангенсу угла наклона графика тц ~АР)-

Тцо имеет физический смысл удельной силы внешнего тре­ ния при нулевом давлении, т. е. является в определенном смысле адгезионной составляющей при начальной поверхно­ сти контакта тел.

202

Рассматривая внешнее трение баллиститных топлив с точ­ ки зрения классической теории трения [116, 117], нужно было бы разделить тм на две составляющие: адгезионную тма и де­ формационную (гистерезисную) тиг, оценив вклад каждой из них, а также зависимость их от различных параметров (Р, 9, 7). Учитывая, однако, что даже для чистых металлов и поли­ меров это разделение довольно сложно и связано с экспери­ ментами на оптически зеркальных поверхностях и с примене­ нием смазки, в нашем случае оно практически невозможно, так как баллиститное топливо — сложная композиция, содер­ жащая в составе смазки (вазелиновое масло).

В любом случае выявить ту и другую составляющую в чис­ том виде довольно трудно и для инженерных целей не требу­ ется.

Приведенные на рис. 98 графики тм—J{P) для различных составов баллиститных топлив показывают:

— в исследованном диапазоне давления тц монотонно воз­ растает. Эти результаты не согласуются с ранее полученными [87, 88, 94 — 96, 101, 115] и являются более корректными вследствие меньших методических погрешностей. Надо отме­ тить, что это в большей степени согласуется и с данными, по­ лученными на других полимерных системах [116—121]

ис универсальным законом Кулона F = кР;

—зависимость тц =J{P), как отмечалось выше, имеет ли­ нейный характер;

—коэффициенты трения для различных составов при од­ ной и той же температуре отличаются довольно значительно,

ас повышением температуры существенно снижаются.

Влияние химического состава на тй не может быть выраже­ но в настоящее время математической моделью, однако неко­ торые положения могут быть сформулированы довольно четко:

—компоненты, которые могут служить смазкой на по­ верхности трения, существенно снижают тц и могут использо­ ваться как технологические добавки (вазелиновое масло, стеа­ раты, графит и др.);

—компоненты, имеющие высокий коэффициент трения на металлической подложке, должны быть достаточно тверды­

ми и не деформироваться, увеличивая поверхность контакта с поверхностью оборудования при рабочих давлениях на фазах переработки. По этой причине в составе баллиститных топлив не может использоваться чистый алюминий, имеющий недос­

203

таточную микротвердость. Значительное повышение микро­ твердости частиц алюминия достигается легированием послед­ него добавками магния, циркония, железа. Поэтому использу­ ются сплавы с магнием (АМД), железом (АМД-Ж) и др.;

— использование компонентов, вызывающих коррозию металлической поверхности (например, K2S04), приводит с те­ чением времени к росту деформационной (гистерезисной) со­ ставляющей и увеличению тц в целом. В связи с этим альтер­ нативное требование: вывод данного компонента из состава топлива или защита металлической поверхности от коррозии (хромирование, никель-фосфатирование и т. д.).

Зависимость внешнего трения от скорости скольжения

представлена на рис. 99 в логарифмических координатах, по­ казывающих допустимость для аппроксимации данной зависи­ мости степенной функцией. Коэффициенты степенной функ­ ции тм= ку&" при Т = 343 К и Р = 10 МПа представлены в табл. 20.

Явно выраженная зависимость внешнего трения от скоро­ сти скольжения не согласуется с классическим законом Амон- та-Кулона (коэффициент трения не зависит от скорости скольжения).

Коэффициенты степенного уравнения зависимости удельной силы внешнего трения от скорости скольжения

Более корректные исследования зависимости внешнего трения от скорости скольжения для металлов [117] показали, что можно считать справедливым соотношение:

где / — коэффициент трения, a, b, с, d — постоянные для различных пар скольжения и различных нормальных давле­ ний.

В зависимости от давлений наблюдается или некоторое по­ вышение / (при низких давлениях), или, напротив, снижение (при высоких давлениях). При средних давлениях коэффици­ ент трения при увеличении скорости скольжения меняется не­ значительно.

204

Надо сказать, как в случае многочисленных исследований функции / = ДВ) для металлов, так и для топлив вследствие локального изменения температуры в контакте трущихся тел результаты определения коэффициента трения могут рассмат­ риваться как приблизительные. Кроме того, исследования в связи с довольно низкой температурой воспламенения топ­ лива проводились в более узком диапазоне скоростей сколь­ жения и не достигали значений, при которых могло бы на­ блюдаться падение коэффициента трения вследствие плавле­ ния материала и дополнительной смазки в контактной зоне. Правда, подобные исследования носили бы скорее феномено­ логический характер, ибо производственная область скоростей скольжения находится в исследованном интервале.

Результаты экспериментальных исследований позволили выявить несколько важных закономерностей, определяющих зависимость тц баллиститных топлив по металлической под­ ложке от скорости скольжения:

—тц возрастает при увеличении скорости скольжения для всех топлив и во всем исследуемом диапазоне давлений;

—зависимость тц =Л&) для различных топлив существен­ но отличается. Для топлив, содержащих наполнители (ТФ-2, БП-10 и пр.) она выражена более ярко;

—с увеличением температуры зависимость тц =/($) сни­ жается;

Очевидно эти результаты позволяют предположить следую­ щий механизм, определяющий функцию тм=ДЭ):

— тц определяется в большей степени деформационной составляющей; при увеличении порошкообразного наполните­ ля тм возрастает с увеличением скорости более интенсивно, чем для ненаполненных составов;

— значительный вклад в величину внешнего трения вно­ сит смазка, при увеличении скорости ее роль ослабевает.

Таким образом, выполненные экспериментальные исследо­ вания позволяют повысить корректность расчетов оборудова­ ния, в первую очередь, шнековых прессов, за счет использова­ ния более точных значений тц как функции скорости скольже­ ния. Кроме того, выявленная зависимость тц от химического состава может быть использована при компоновке новых соста­ вов топлив.

Зависимость внешнего трения от температуры для балли­ ститных порохов весьма существенна и достаточно корректно

205