ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние времени контакта и скорости приложения тангенциальной силы из "Трение и износ полимеров" Обычный метод измерения силы трения покоя заключается в определении силы, при которой наблюдается переход тела из состояния покоя в движение. Такой метод, связанный с наличием абсолютного трения покоя, применяется не только в практике изучения трения металлов, но и при изучении трения резин. Однако, как показывают опыты, для резин величина трения покоя не является абсолютной, а зависит от многих факторов и прежде всего от условий эксперимента [51]. Определение силы трения покоя для металлов не вызывает затруднений, так как в большинстве случаев она больше силы трения д вижения. В случае резин сила трения движения больше силы трения покоя, поэтому трудно установить момент перехода образца из состояния покоя в движение. [c.127] Описанный опыт показывает, что сила трения покоя не постоянная величина, а зависит от времени наблюдения. Точка А (рис. 4.39) не соответствует силе трения покоя, а является условной характеристикой начального трения, полученной при определенной скорости приложения тангенциальной нагрузки. [c.128] Идентичный опыт был проведен для трения стали ио стали. Эффекта изменения силы трения после выключения силы тяги не отмечалось при любом времени наблюдения (от секунд до нескольких суток). [c.129] Исходя из наличия зависимости начального трения от времени наблюдения, можно предполагать влияние на начальное трение и скорости приложения тангенциальной силы, т. е. прироста тангенциального усилия, прикладываемого к образцу, в единицу времени. Скорость приложения тангенциальной силы к образцу зависит не только от скорости тяги, но и от жесткости динамометра, измеряющего силу трения. Жесткость динамометра/(определяется силой (в кГ), необходимой для деформации силового устройства динамометра на 1 мм. Связь между скоростью приложения тангенциальной нагрузки и жесткостью динамометра видна из следующего. При обычных измерениях сила трения определяется по величине деформации пружинного или силового устройства. Если между образцом и барабаном, который при вращении тянет нить, имеется жесткая связь (например, стальная проволока), то начальная скорость перемещения образца практически определяется только скоростью вращения барабана. Образец переходит из состояния покоя в скольжение сразу с заданной скоростью. При такой связи передача образцу необходимого тангенциального усилия происходит почти мгновенно. Когда между образцом и тягой помещается динамометр для измерения силы трения, сила тяги прикладывается к образцу со скоростью, зависящей от жесткости динамометра. Если жесткость динамометра очень мала, необходимо продолжительное время деформировать пружину для того, чтобы создать видимый сдвиг образца. [c.129] Некоторые результаты исследования влияния жесткости динамометра на силу начального трения приведены на рис. 4.40 [55]. Предварительное смещение, при котором определялась начальная сила трения, равнялось 0,15 мм. Измерялась сила трения образца резины на основе каучука СКС-30 средней твердости при трении его по стальной поверхности. Для измерения силы трения применялись прибор типа ТПМ с различными динамометрами и маятниковый динамометр с различными грузами (вес маятника). Границы жесткости маятникового трибометра показаны на рисунке стрелками. [c.129] Как видно из рисунка (кривая /), с ростом жесткости динамометра сила начального трения растет. При большой жесткости начальная сила трения стремится к значению, измеренному динамометром тен-зометрической системы, который обладает практически очень большой жесткостью. Пунктирной линией на рисунке показана сила трения, полученная с помощью этого динамометра. [c.129] Влияние жесткости на величину начального, или условного, трения покоя объясняется тем, что с момента приложения тангенциального усилия образец приобретает определенную скорость скольжения, которая при малых тангенциальных усилиях очень незначительна [55]. [c.130] На рис. 4.41 приведены результаты измерения силы трения резины на основе каучука СКН-18 при различной высоте части образца, выступающей из обоймы. Начальная сила трения измерялась по смещению, раврому 0,15 мм. Как видно из рисунка, при /г 1 м.и она падает с ростом высоты образца (кривая /) сила же трения движения (кривая 2) постоянна. [c.130] Если образец резины приклеить к твердой поверхности и приложить тангенциальную силу, то образец будет подвергаться только эластическому смещению. При последовательном приложении и снятии тангенциального усилия этот способ позволяет отделить при определении начального трения упругое и высокоэластическое смещение образца от его скольжения. [c.130] На рис. 4.42 показаны результаты измерений силы трения образцов резины на основе НК в зависимости от скорости приложения тангенциального усилия [55]. Как видно, каждая кривая состоит из прямолинейной и криволинейной частей. Прямолинейная часть характеризует зависимость тангенциальной силы от эластического сдвига образца, который одинаков при всех скоростях. По значениям тангенциального усилия, при котором наблюдается отклонение от прямой, видно, что начальная сила трения различна и зависит от скорости приложения нагрузки. С ростом скорости начальная сила трения растет. [c.131] Время предварительного контакта 1 мин, время действия нагрузки 3 мин. [c.131] К исследованию роли времени контакта на силу трения можно также подойти, если изучить влияние так называемой перегрузки на силу трения. Перегрузка — это дополнительная нормальная нагрузка, действующая на образец некоторое время и не учитываемая при определении силы трения (в этот момент перегрузка снимается). Для высокоэластических материалов перегрузка играет значительную роль и сильно сказывается на величине силы трения. [c.131] Роль перегрузки сводится к увеличению площади фактического контакта со временем. При достаточной выдержке образца после снятия перегрузки заметного влияния ее на силу трения не отмечается. Это показывает, что роль перегрузки основывается на релаксационных процессах, протекающих на поверхности образца и формирующих площадь контакта. После достаточного отдыха проходящие релаксационные процессы восстанавливают площадь фактического контакта. [c.132] В зависимости от времени предварительного контакта начальная сила трения может быть и меньше установившейся [48]. Дальнейшие исследования показали [16], что в связи с этим удобно различать начальную силу трения Рд, максимальную силу неустановившегося трения F aк и установившуюся силу трения (рис. 4.44). При этом численное соотношение между ними зависит от физического состояния полимера и температуры. [c.132] Возрастание неустановившейся силы трения при уменьшении температуры связано с увеличением межмолекулярного взаимодействия полимер — твердое тело (второй режим). При температуре, близкой к температуре стеклования Т , вследствие различия в коэффициентах линейного расширения полимера и подложки, разрушается площадь фактического контакта, что и приводит к резкому падению силы трения. При переходе к полимерам с более низким значением Тс температурный максимум силы трения снижается. Например, для бутадиеннитрильных сополимеров СКН-40 (Тс = — 20° С), СКН-26 (Тс = -30° С) и СКН-18 (Тс= —50° С) наибольшее значение наблюдается соответственно при температурах —26, —35 и —53° С. [c.133] Значения максимальной начальной силы трения зависят также от давления и практически не зависят от скорости приложения тангенциальной силы [57]. [c.133] При трении резины по резине максимальная сила трения растет с понижением температуры (в первом режиме). [c.133] Таким образом, начальная сила трения зависит от режима испытания, температуры и природы соприкасающихся тел. [c.133] Другим весьма важным фактором внешнего трения (главным образом, эластических материалов) является режим постоянной деформации полимера (е = onst) [58]. Напряжение на контакте зависит в этом случае от модуля упругости полимера и степени деформации. [c.133] Отмеченные выше особенности убедительно показывают, что начальная сила трения в режиме е = onst имеет молекулярно-кинетическую природу. [c.134] Вернуться к основной статье