Коэффициент трения фторопласта-4

Фторопласт-4 (ПТФЭ): антифрикционный материал для скользящих опор

Фторопласт-4 — это политетрафторэтилен (PTFE), один из самых известных антиадгезионных и антифрикционных материалов в технике. Коэффициент трения фторопласта определяет, насколько легко происходит относительное смещение конструкций, опирающихся на скользящую опору, и именно поэтому этот показатель так важен при проектировании опорных частей мостовых сооружений. За рубежом фторопласт-4 выпускается под другими названиями: тефлон (США), флюон (Англия), сорефлон (Франция), аглофлон (Италия), гостафлон (Германия), полифлон (Япония) — по химической природе это один и тот же полимер.

Для привулканизации фторопласта к резине его поверхность предварительно активируют — химически или электрически, тлеющим разрядом. Активация позволяет приклеивать материал к другим поверхностям как холодным, так и горячим способом. На этом принципе строятся карточки скольжения ДОРОГАМОСТ – PTFE — опорные части пластинчатого типа со скольжением, где слой ПТФЭ сцеплен с эластомерным материалом. Изготовитель гарантирует работоспособность таких опор при максимальной вертикальной нагрузке 13 Н/мм² (132 кг/см²) — именно этот диапазон используется при перемещении мостовых конструкций, тяжеловесных грузов и стапелей кораблей.

От чего зависит трение скольжения фторопласта-4

Коэффициент трения ПТФЭ по полированной легированной стали — не абсолютная константа, а величина, зависящая от нескольких факторов одновременно:

• Вертикальная нагрузка. Чем выше нагрузка на скользящую поверхность, тем ниже коэффициент трения скольжения — эффект объясняется образованием на поверхности контртела тонкой плёнки полимера и её ориентацией.
• Скорость скольжения. Минимальные значения трения достигаются только при невысоких скоростях — около 1 см/сек (0,66 м/мин).
• Температура. Понижение температуры окружающего воздуха до −20°C увеличивает коэффициент трения ориентировочно на 25–35% относительно значений при +20°C.
• Состояние поверхности. Низкие значения трения действительны только для свежеприготовленной поверхности полимера; износ, загрязнение или коррозия ответной поверхности из нержавеющей стали повышают сопротивление перемещению.

Коэффициент трения фторопласта в зависимости от нагрузки

Согласно ГОСТ 10007-80 (Приложение 1), коэффициент трения ПТФЭ-4 по полированной легированной стали принят как справочная (постоянная) характеристика материала. Ниже — данные о зависимости коэффициента трения скольжения от вертикальной нагрузки. Они справедливы при скоростях до 1 см/сек (0,66 м/мин), при температуре окружающего воздуха +20°C и только при первых проходах.

Из таблицы видно: при нагрузках от 15 до 60 кг/см² коэффициент трения резко растёт — с 0,037 до 0,145, то есть почти в четыре раза. А вот в диапазоне 80–132 кг/см² значение стабилизируется на минимуме — 0,035–0,036. Для расчётных целей проектировщики принимают коэффициент трения скольжения равным 0,04 при нагрузках от 100 до 132 кг/см² — это справочное значение, достигаемое только при невысоких скоростях (около 1 см/сек) и высоких нагрузках (более 100 кг/см²), и только на свежеприготовленных поверхностях.

Влияние скорости и многократных проходов

Статический и кинетический коэффициенты трения стали по фторопласту-4 имеют начальное значение 0,04. Однако это значение не сохраняется бесконечно: после 100 проходов коэффициенты трения значительно повышаются — статический возрастает до 0,13, а кинетический до 0,08. Низкое значение коэффициента трения действительно только при малой скорости скольжения и свежеприготовленной поверхности полимера.

При высокой скорости скольжения поверхность полимера претерпевает необратимые изменения, из-за чего коэффициент трения возрастает в 2–3 раза, и далее появляется зависимость коэффициента трения от температуры. Пока скорость скольжения не превышает 0,66 м/мин (примерно 1 см/сек), коэффициент трения не повышается неограниченно долго. Но если скорость скольжения превысить хотя бы один раз, коэффициент трения быстро возрастает и затем остаётся высоким даже при последующем снижении скорости — то есть деградация антифрикционных свойств фторопласта носит необратимый характер.

Методика испытаний и нормативные требования

Испытания на трение проводятся по ГОСТ 11629-2017, на образцах, подготовленных по п.4.8 ТУ 6-05-1412-76 (с изм. 1-7), при нагрузке на образец 100 кг/см² и линейной скорости 1 см/сек. Такая методика обеспечивает сопоставимость результатов разных партий материала и соответствие справочным значениям коэффициента трения ПТФЭ, заложенным в ГОСТ 10007-80.

При повторном применении опор скольжения необходимо контролировать состояние всей поверхности скольжения, а также ответной поверхности из нержавеющей стали. Износ, грязь или коррозия скользящих частей механизма повышают сопротивление перемещению. Если фторопластовая поверхность заметно изношена, нарушено её закрепление к резине или повреждена ответная аустенитная листовая сталь — повторное использование опоры следует прекратить.

Практический вывод: расчётный диапазон для карточек скольжения ДОРОГАМОСТ

Для проектировщиков ключевой практический вывод прост: в диапазоне нагрузок 100–132 кг/см² коэффициент трения скольжения принимается равным 0,04 — это минимальное и наиболее стабильное значение из всего диапазона нагрузок. Именно поэтому карточки скольжения ДОРОГАМОСТ – PTFE рассчитаны на максимальную вертикальную нагрузку 13 Н/мм² (132 кг/см²) — это верхняя граница диапазона, в котором антифрикционные свойства фторопласта максимально стабильны и предсказуемы.

При выборе опорной части для надвижки пролётных строений, перемещения тяжеловесных грузов или стапелей кораблей важно учитывать не только начальный коэффициент трения, но и его деградацию при многократных проходах и превышении скорости скольжения. Карточка скольжения ДОРОГАМОСТ с фторопластовым покрытием изготавливается с контролируемой поверхностью ПТФЭ и предназначена именно для эксплуатации в расчётном диапазоне нагрузок, где коэффициент трения остаётся минимальным и стабильным.