Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 43 Свідерський В.П.,** Константінова Т.Є.,* Даніленко І.А., * Олександренко В.П.,** Кириченко Л.М.* Донецький фізико - технічний інститут НАН України, м. Київ, Україна ** Хмельницький національний університет, м. Хмельницький, Україна Е-mail: svidersky.vladyslav@gmail.com ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ЗАМИКАЮЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ КІЛЬЦЕВОГО КЛАПАНА КОМПРЕСОРА АВТОМОБІЛЬНОЇ ГАЗОНАПОВНЮВАЛЬНОЇ СТАНЦІЇ УДК 620.178 Виконано аналіз умов роботи самодіючого кільцевого клапана. Дослідження зносостійкості та механічних властивостей композиційних фторопластових матеріалів модифікованих вуглецевим волок- ном, коксом і нанопорошком діоксиду цирконію показали доцільність їх застосування для виготовлення замикаючих елементів клапанів. Ключові слова: фторопластові матеріали, нанопорошок діоксиду цирконію, вуглецеві волокна, кокс, антифрикційні та механічні властивості, замикаючі елементи клапана. Вступ Вдосконалення технологічних процесів у багатьох галузях техніки приводить до форсування ре- жимів роботи і теплонапруженості вузлів тертя. Вузли тертя стали лімітуючими складовими частинами при експлуатації машин і механізмів і, в першу чергу, компресорів. Незважаючи на те, що протягом останніх років розроблено велику кількість антифрикційних ма- теріалів на основі полімерів, проблема працездатності вузлів тертя із застосуванням цих матеріалів в компресорах без мащення або при обмеженому мащенні середнього та високого тисків для різних газів залишається гострою. Про техніко - економічне значення застосування антифрикційних полімерних матеріалів нового покоління і підвищення зносостійкості вузлів тертя без мащення свідчить те, що створення сучасних компресорів для стискання природного газу і застосування їх в автомобільних газонаповнювальних ком- пресорних станціях (АГНКС) приведе до економії пально-мастильних матеріалів. При цьому економія палива очікувалася 10 - 12 млн т на рік із розрахунку економії 10 т бензину на 1 авто. Переваги переве- дення авто на газ наявні: його не розбавляють, він має меншу собівартість і не такий обтяжливий для двигуна, як рідке паливо. Крім економії пально-мастильних матеріалів, переведення авто на природний газ дозволяє знизити викиди в атмосферу оксидів вуглецю, азоту та інших шкідливих речовин приблизно на 35 - 40 відсотків. Створення і експлуатація компресорів АГНКС потребує застосування ефективних полімерних матеріалів ущільнюючих елементів та деталей клапанів, які були б спроможні працювати при тиску на- гнітання до 25 - 32 МПа, температурі до 423 К і режимі роботі до 8000 - 15000 год без мащення [1]. Україна ввійшла в першу п’ятірку країн світу за кількістю автівок з газобалонним обладнанням. На кінець минулого року в нашій країні налічувалося 2,25 мільйона автомобілів, які використовують скраплений газ (LPG). Як зазначено у щорічній доповіді світової асоціації WLPGA, це близько 9 % світо- вого автопарку. Торік споживання автогазу зросло до 1,35 млн тонн. За даними «Укрпромзовнішекспер- тизи», це вдвічі більше, аніж три роки тому. У 2015 - 2016 роках було зафіксовано збільшення споживан- ня автогазу на рівні 25 - 27 % щорічно. Це була відповідь автомобілістів на здорожчання бензину. Якщо порівнювати в літрах, то споживання автогазу майже зрівнялось із споживанням бензину (2,54 млрд газу проти 2,65 млрд літрів бензину). Цього року темпи зростання ринку автогазу сягнуть 15 %. Популярність машин, які працюють на скрапленому газі в Україні пояснюється низькою плато- спроможністю населення, що спричинило масову відмову від споживання бензину та переобладнання машин на дешевше пальне, яким є скраплений нафтовий газ. Постановка проблеми Самодіючі клапани поршневих компресорів, що працюють без мащення циліндро-поршневих груп відносять до найбільш відповідальних вузлів компресорів автомобільних газонаповнювальних ста- нцій. Вони суттєво впливають на дві важливі характеристики поршневого компресора – економічність роботи та надійність. Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 44 Клапани повинні спричиняти по можливості малий газодинамічний опір потоку газу, що крізь них протікає, мати розвинутий прохідний перетин, відкриватись під дією невеликої різниці тисків до і пі- сля клапана, а у відкритому стані працювати без вібрацій рухомих елементів. Відступ від цієї вимоги приводить до збільшення енергії, що затрачується на проштовхування газу, і зниження економічності ро- боти компресора. Пластини і пружини клапанів повинні мати необхідну міцність, тобто вони повинні на протязі довгого часу витримувати статичні і динамічні (ударні) навантаження, що виникають при роботі клапана. Іншими словами, клапан повинен мати достатню надійність, тобто зберігати роботоздатність на протязі заданого напрацювання: не менше 1000 годин до відмови пластини клапана. В сучасних поршневих компресорах затрати потужності на подолання опору клапанів складають біля 10 % від номінальної. В ряді випадків, особливо в пересувних і спеціальних (високого тиску) комп- ресорах ці витрати досягають 20 - 30 % від загальної потужності 2. Зниження цих затрат, враховуючи велику кількість поршневих компресорів в нашій країні, є актуальною задачею. Не менш актуальна проблема підвищення надійності клапанів. Як показує досвід експлуатації поршневих компресорів, найбільша кількість вимушених їх зупинок викликана відмовами клапанів. Різ- нобічність вимог, що пред’являються до клапанів була причиною появи досить різних їх конструкцій. Кільцеві самодіючі клапани (рис. 1, а) складаються з сідла 1 з концентричними каналами для проходження газу, що з’єднуються радіальними перемичками, кільцевих пластин 3, що перекривають ці канали, і обмежувача підняття пластин 2, котрий теж має концентричні канали, зсунуті відносно каналів сідла по діаметру каналу. В обмежувачеві підняття розташовані пружини 4, що притискають пластини до сідла, закриваючи клапан. Весь клапан затягується шпилькою 5, що розташована в центрі. При відкритті клапана пластина ковзає по направляючому виступу обмежувача. Для попередження провертання дета- лей одна відносно одної є фіксуючий штифт. Кільцеві канали можуть виконуватись або з кільцевою концентрично розташованою спіральною пружиною, окремою для кожної пластини (при малих посадоч- них діаметрах), або з точковими пружинами, що розташовані по колу кожного кільця. Зі збільшенням швидкохідності компресорів зростають ударні навантаження в пластинах. При цьому, з однієї сторони, частіше відбувається руйнування пластини, з іншої – пластина, що вдаряється в обмежувач, відскакує від нього і деякий час здійснює коливальний рух між сідлом і обмежувачем, зава- жаючи тим самим проходженню газу в клапані. Для зниження сили удару кільцеві пластини іноді виго- товляють подвійними, причому верхнє кільце, що знаходиться зі сторони обмежувача, є демпфером. З ті- єю ж метою виготовляють демпфери у вигляді газових камер. В обмежувачеві підняття пластини можуть бути влаштовані кільцеві канавки, в які з малим зазором входять пластини. При піднятті пластини за- мкнутий там газ утворює пружну подушку, і при виході пластин з канавки в ній створюється розрі- дження. а б Рис. 1 – Кільцевий індивідуальний непрямоточний клапан: а) 1 – сідло; 2 – обмежувач підняття пластин; 3 – кільцеві пластини; 4 – пружини; 5 – шпилька; б) 1 – сідло; 2 – пластина; 3 – неметалевий амортизатор; 4 – пружина; 5 – болт З тією ж метою в обмежувачеві підняття пластини клапана в спеціальних гніздах встановлю- ють неметалеві амортизатори (рис. 1, б). З метою підвищення зносостійкості обмежувачів в окремих конструкціях направляючі для пластин виконують у вигляді самостійних деталей (вкладень) підвищеної твердості не менше HRC 60 з азотуванням поверхневого шару або з неметалевих матеріалів з низьким коефіцієнтом тертя і високою теплостійкістю 2. Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 45 Матеріал замикаючих елементів клапана повинен володіти високими механічними властивос- тями (перепад тиску на пластину клапана до 4 МПа), теплостійкістю (робоча температура до 170 С) та зносостійкостю (напрацювання до відмови пластини клапана не менше 1000 годин). Вимога високої зносостійкості матеріалу пластин особливо важлива для кільцевих клапанів, в яких пластини можуть вільно переміщуватись вздовж поверхні сідла, внаслідок чого значно зношуються ущільнюючі кромки. Пластини кільцевих клапанів виготовляють з листових сталей 30Х13, 30ХГСА, 09Х15Н8Ю, Х18Н9Г, добрі результати отримані при застосування титанових сплавів ВТ14, ОТ4-1, ТС-7, а також неметалів: текстоліту, склопластиків, армованого фторопласту і поліамідів 3 і тому вибір матеріла для виготовлення деталей кільцевих клапанів є досить актуальним. Досить перспективними напрямками створення триботехнічних композитів багатоцільового призначення на основі фторопласту є використання полімер-олігомерних матриць і принципу багато- рівневого модифікування 4. Для отримання матеріалів застосовували активовані наповнювачі, підда- ні дії коронного розряду. Для отримання полімер - олігомерних матриць використовували механічно активовані суміші дисперсного і поверхнево активованого фторопласта (ПТФЕ). Додатковий ефект до- сягається при введенні до складу композита нанодиспесних компонентів з розмірами одиничних фраг- ментів 3-10 нм. При цьому висока активність нанонаповнювачів визначається структурними парамет- рами і розмірами частинок 5. За останнє десятиліття особливу увагу приділяють композиційним ма- теріалам на полімерних матрицях, що містять нанорозмірні модифікатори - нанокомпозити 5, 6. Осо- бливий енергетичний стан наночастинок, обумовлений складом і технологією отримання, приводить до їх комплексної модифікуючої дії в полімерній і олігомерній матриці на різних рівнях структурного зміцнення. Досить ефективними фторкомпозитами є матеріали, що містять кокс (Ф4К20), дисульфід молі- бдену (Ф4К15М5) або скловолокно (Ф4С15). До найбільш перспективних триботехнічних фторкомпозитів відносять матеріали армовані ву- глецевими волокнами. Введення до фторопласту вуглецевого волокна приводить до значного підви- щення температури термічної деформації, міцності, твердості, модуля зсуву, стабільності розмірів, опору повзучості і деформування під довготривалим навантаженням. Високодисперсні наночастинки модифікаторів (оксидів цирконію) сприяють підвищенню па- раметрів деформаційно-міцнісних характеристик композитів, що містять як волокнисті (вуглецеві во- локна) так і дисперсні, пластинчастої і сферичної форм, наприклад, частинки коксу 7, 8. Застосуван- ня комплексного модифікатора нанопорошок оксиду цирконію + кокс дозволяє при збереженні пара- метрів деформаційно-міцнісних і трибо- технічних характеристик зменшити вміст дороговартісного вуглецевого волокна не менше ніж на 5 - 10 мас. %, що економічно є більш вигідним. Виконаний аналіз механічних, теплофізичних і антифрикційних властивостей термопластів армованих вуглецевими волокнами і коксом показали, що для значного поліпшення антифрикційних характеристик полімерних композицій в цілому необхідно не менше 20 % наповнювача. Наповнення бі- льше, ніж 30–40 % призводить до зменшення когезійної міцності композиції у зв’язку зі збільшенням пи- томої поверхні наповнювачів та зменшенням товщини міжфазного шару в наповненій системі [6]. Вста- новлено, що ефективність фторопластових композитів на основі дисперсних наповнювачів зростає при введенні 2–10 мас. % вуглецево-волокнистих матеріалів. Зокрема, фізико-механічні властивості композиту, наповненого 5 мас. % вуглецевого волокна і 15 мас. % коксу, в 1,3 рази, а зносостійкість – в 2 - 4 рази вище у порівнянні з матеріалом, що містить 15 - 20 мас. % коксу 6. Це і обумовило для проведення дослідження вибрати в якості базової фторопластову композицію Ф4К10ВВ10 9, 10, що містить 10 мас. % коксу і 10 мас. % вуглецевого волокна тканини «Текарм». Для підвищення зносостійкості цієї композиції заплановано модифікувати її нанопорошком оксиду цирконію (ZrO2+3%Y2O3, 700°С). Мета і постановка задачі Мета даної роботи полягала в обгрунтуванні вибору і дослідженні властивостей матеріалів на основі фторопластів, вуглецево-волокнистих наповнювачів і коксу, модифікованих напорошком оксиду цирконію (ZrO2+3%Y2O3, 700°С) для виготовлення деталей самодіючих кільцевих клапанів. Експериментальна частина 1. Матеріали для досліджень Складові компоненти досліджуваних композитів триботехнічного призначення на основі ПТФЕ: 1. Політетрафторетилен. Відповідно до ГОСТ 10007–80 ПТФЕ (фторопласт-4) випускається декількох марок залежно від властивостей і призначення: С – для виготовлення спеціальних виробів; П – для виготовлення електроі- Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 46 золяційної і конденсаторної плівок; ПН – для виготовлення електротехнічних виробів та інших виробів підвищеної надійності; О – для виготовлення виробів загального призначення і композицій; Т – для виго- товлення товстостінних виробів і трубопроводів. Виготовлення композицій здійснювалось з використанням промислового ПТФЕ марки ПН (ВО «Уральський хімічний завод» м. Перм, 44, Російська Федерація) (ГОСТ 10007–80) [11]. 2. Модифікатори, їх склад: 1. вуглецеве волокно. Використовували вуглецеве волокно з тканини марки «Текарм» (ТУ 48– 20–17–77), виготовлене з гідратцелюлозної тканини і одержуване методом хімічної обробки у водному розчині антипіренів Na2B4O7·10H2O+(NH4)2HPO4 та відпалі за температури 723 ± 20 К в середовищі при- родного газу СН4. Матеріал виготовлений на Запорізькому електродному заводі. Діаметр фрагментів ву- глецевого волокна – 10 - 12 мкм. Поверхневий шар вуглецевого волокна характеризується мікронерівно- стями з розмірами, що не перевищують 0,1 - 0,2 мкм, утвореними при карбонізації та графітизації гідрат- целюлозної тканини; 2. Кокс. Використовувався дрібнодисперсний ливарний кам’яновугільний кокс марки КЛ-1 (ТУ У 322–00190443–61–94), (ТОВ «ТД Вестпром»), який являє собою порошок чорного кольору; 3. Нанопорошок оксиду цирконію. Дослідно-промислові технології хімічного синтезу нанопо- рошків оксидів цирконію [12,13]: науковою основою методу є вивчення процесів формування оксидів із водного розчину солей та фундаментальні знання в галузі механізмів формування наночастинок у випад- ку спільного осадження, яке суттєво відрізняється від того, що наявне як у твердих, так і рідких розчи- нах. Наночастинки 3Y-ZrO2 були синтезовані за методом сумісного осадження з водних розчинів солей ZnCl2*6Н2О та Y(NO3)3. В якості осаду використовували водні розчини гідроксиду амонію. Всі викорис- тані хімікати були хімічної чистоти. Гель-подібний осад був отриманий шляхом додавання водного роз- чину солей у водний розчин NH4OH при безперервному перемішуванні пропелерним змішувачем. Пере- мішування проводилось протягом 30 хв. Значення рН становило більше 8. Гелеподібний осад виділявся фільтрацією за допомогою вакуумного насоса. Осад гідрогелю кілька разів промивали дистильованою водою для видалення продуктів реакції. Сушіння проводилось в мікрохвильовій печі (Р = 700 Вт, f = 2,45 ГГц). Висушені гідроксиди прожарювались в печі опору при 700 °С з витримкою при цих темпе- ратурах 2 години. Порошки характеризувалися методами рентгенівської дифракції (РСА) на рентгенівському диф- рактометрі Dron-3 в Cu-Kα випромінюванні для визначення розмірів кристалітів та кількісного фазового аналізу. Розміри частинок порошків оцінювали за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (TEM) (JEM 200, Jeol, Japan). За даними РСА та ТЕМ розміри частинок були 18  2 нм. 2. Методика, результати і обговорення експериментальних досліджень Лабораторні дослідження основних закономірностей тертя і зношування композиційного полі- мерного матеріалу на основі політетрафторетилену (ПТФЕ), вуглецево-волокнистих наповнювачів і кок- су, модифікованих напорошком оксиду цирконію здійснено на машині тертя ХТІ–72 [14]. Робоча час- тина цієї машини тертя складалася із шпинделя, на кінці якого закручена головка із запресованою куль- кою. Остання з трьома незакріпленими кульками складала піраміду, через яку передається навантаження на державку і зразки. Температура контртіла вимірювалася термопарою ХК на відстані 0,5 - 1,0 мм від поверхні тертя і складала T = (323 ± 2) К при випробуванні без мащення. Антифрикційні дослідження виконувались за схемою контакту - «сфера - площина». Режим змінних граничних питомих нава н- тажень при постійному нормальному навантаженні, зразки висотою (10 ± 0,1) мм i діаметром (10 ± 0,1) мм з кінцевою сферою радіусу 6,35 міліметра контактували сферою по площині металевого контртіла діаметром (60 ± 0,15) мм і висотою (10 ± 0,15) мм; металеве контртіло було виготовлено із сталі 45 ( HB 4,5 ± 0,18 ГПа) i оброблено до початкового середнього арифметичного відхилення профілю пове- рхні 0Ra = 0,2 ± 0,03 мкм. В цій схемі випробувань можна виділити дві характерні області: а) область нелінійної залежності зношування від шляху тертя, коли питоме навантаження змі- нюється від навантаження, близького до твердості HB матepiaлy, до навантаження, яке відповідає гра- ничній навантажувальній здатності; позначення: шлях тертя 1S , інтенсивність зношування 1I . б) область лінійної залежності зношування від шляху тертя, коли граничне питоме навантаження в меншій степені знижується, ніж в першій області; позначення: шлях тертя 2S , інтенсивність зношування 2I . За результатами цього експерименту розраховували чинник зношування (інтенсивність об’ємного зносу) для шляху тертя iS : Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 47 1і 1 1 S V I i    ; (1) 2 2 2 SN V I і і    , (2) де iV1 – зміна об’єму і-зразка на проміжку шляху тертя 1S (нелінійна залежність зношування від шляху тертя); iV2 – зміна об’єму і-зразка на проміжку шляху тертя 2S (лінійна залежність зношування від шляху тертя). Нормальне навантаження на один зразок дорівнювало iN = 100 Н, швидкість ковзання v = 0,45 м/с. Випробовування проводилися на шляху тертя 1S = 0 - 3км і 2S = 3 - 23км. Результати ви- конаних досліджень приведені на рис. 2. Аналіз виконаних досліджень показав, що інтенсивність зносу модифікованого Ф4К10ВВ10 при додаванні 1% модифікатора зменшується в 3,2 рази. Цей ефект пов’язаний з тим, що частинки нанопо- рошку оксиду цирконію служать додатковими центрами кристалізації ПТФЕ, у наслідок цього зменшу- ються розміри структурних елементів надмолекулярної структури, остання стає більш впорядкованою і орієнтованою, відбувається формування мілкосферолітних надмолекулярних утворень в об`ємі компози- ту [4, 5, 15]. Частинки модифікатора приймають участь в процесах зношування і утворюють більш міцну плів- ку перенесення на поверхнях тертя контактуючих деталей, що забезпечує легкість ковзання і підвищення зносостійкості матеріалу. 1.090 1.430 1.579 1.586 1.364 0 0 0 1 1 1 1 1 2 Ін те н си вн ст ь зн ос у, м м 3 / (Н ∙м ), ∙1 0- 6 1 2 3 4 5 S 1= 3 км 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1 2 3 4 5 4,965 3,910 1,540 2,500 3,096 Ін те нс ив нс ть зн ос у, м м 3 / (Н ∙м ), ∙1 0- 7 S2 = 3...23 км а б Рис. 2 – Гістограма інтенсивності зносу матеріалу Ф4К10ВВ10, модифікованого нанопорошком оксиду цирконію ZrO2+3%Y2O3,700 оС. а – перший етап досліджень; б – другий етап досліджень; 1 – Ф4К10ВВ10; 2 – Ф4К10ВВ10 +0,5мас.%.(ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °С); 3 – Ф4К10ВВ10 +1мас.%.(ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °С); 4 – Ф4К10ВВ10 +2мас.%.(ZrO2 + 3 % Y2O3, 700°С); 5 – Ф4К10ВВ10 +3мас.%. (ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °С) При цьому реалізується механізм багаторівневої модифікуючої дії нанопорошку оксиду цирко- нію (ZrO2 + 3%Y2O3, 700 °С) в композиційних матеріалах, що проявляється в зниженні дефектності мат- ричного ПТФЕ і в зменшенні числа кластерних агрегатів частинок наповнювача (вуглецевого волокна і коксу) у яких відсутнє зв`язуюче. Збільшення вмісту нанопорошку оксиду цирконію до 3 % в компози- ційному матеріалі супроводжується зниженням зносостійкості матеріалу, що може бути пов’язане агло- меруванням частинок нанопорошку в композиті. Це приводить до утворення макродефектів, розрихлення структури і, як наслідок, до зниження міцності композиційних матеріалів. Внаслідок хімічної інертності макромолекул ПТФЕ на межі розділу з наповнювачем не утворюється хімічних зв’язків, а в результаті низької поверхневої енергії і високої в’язкості не за- безпечується якісного змочування розплавом поверхні наповнювача. В результаті міжфазний шар не здатний до передачі навантаження і при дослідженнях на розтяг композитів армуючий напов- Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 48 нювач фактично не сприяє підвищенню опору розриву зразка. Тому значення межі міцності під час розтягу є показником якості наповненого ПТФЕ: на відміну від всіх інших полімерів його на- повнення будь-яким компонентом при застосуванні традиційних технологій приводить до знижен- ня межі міцності під час розтягу композиту [7 - 9]. Перед дослідженнями на розтяг по три зразки кожного матеріалу кондиціонували не менше 16 годин при температурі (23 ± 2) °С i відносній вологості (50 ± 5) %. Висоту, ширину, діаметр зразка вимірювали з похибкою не більше 0,01 міліметра і не менше ніж в чотирьох місцях. Встановлювали зразок між опорними площадками розривної машини МР-05-1 так, щоб вертика- льна вісь зразка збігалась з напрямком дії навантаження і розтягували його з постійною швидкістю 15 мм/хв. Для механічних випробувань на одноосьовий розтяг застосовували кільцеві зразки. Діаграму залежності напруження від деформації зразка записували з допомогою комп`ютерного забезпечення. Дослідження міцності на розтяг антифрикційних карбопластиків виконували за ISO R527 (ASTM D638, ГОСТ 11262-80) в результаті навантаження жорстких напівдисків, на які одягається, досліджуване кільце [7]. Межу міцності під час розтягу p , МПа визначали за формулою:   , 2 rRh Р р   (3) де P – розривне зусилля,Н; h – висота зразка, мм; R – зовнішній радіус, мм; r – внутрішній радіус, мм. Межа міцності під час розтягу p , визначена за формулою (3), не є істиною характеристикою композиційного матеріалу, оскільки поблизу місць роз'єднання напівдисків в результаті зміни кривизни кільця відбуваються деформації розтягу і згину, причому їх співвідношення залежить від відношення то- вщини стінки кільця до його діаметра. Чим більше це співвідношення і чим сильніше виявлена анізотро- пія композиційного матеріалу, тим сильніше проявляється вплив згину. Тому випробування з кільцевими зразками слід виконувати тільки як порівняльні. Результати виконаних досліджень приведені на рис. 3. а б Рис. 3 – Гістограма межі міцності під час розтягу (а) і відносного подовження при розтягу (б)антифрикційних матеріалів: 1 – Ф4К10ВВ10; 2 – Ф4К10ВВ10 + 1мас.%.(ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °С); 3 – Ф4К10ВВ10 + 2мас.%.(ZrO2 + 3 % Y2O3, 700°С); 4 – Ф4К10ВВ10 + 3мас.%.(ZrO2 + 3 % Y2O3, 700°С) Аналіз експериментальних досліджень на розтяг композиційних матеріалів Ф4К10ВВ10, моди- фікованих нанопорошком оксиду цирконію ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °C, показав, що при введені до складу композитів 1 мас. % і 2 мас. % модифікатора відносне подовження на розтяг зростає, відповідно в 1,44 і 1,11 разів. Це можна пояснити тим, що в результаті інтенсифікації процесів структуроутворення під дією активної фази наночастинок збільшується ступінь кристалічності композитів, а це в свою чергу приво- дить до збільшення відносного подовження при розриві і дещо зменшення межі міцності під час розтягу. Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 49 Висновки 1. Досліджено полімерні композити на основі політетрафторетилену (ПТФЕ), модифіковані кок- сом, вуглецевим волокном і оксидним нанопорошком ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °C в кількості 1 - 3мас. %. 2. Встановлено, що оксидні фази являються ефективними модифікаторами ПТФЕ, що дозволяє направлено формувати надмолекулярну структуру зв’язуючого і отримувати матеріали з оптимальним поєднанням деформаційно-міцнісних і триботехнічних характеристик. 3. Визначено оптимальну концентрацію наномодифікатора ZrO2 + 3 % Y2O3, 700 °C– 1 мас. %, максимальної структуруючої дії, перевищення якої призводить до утворення по границях сферолітів «сі- тки» з координаційно зв’язаних ультрадисперсних частинок. 4. За зносостійкістю фторопластовий матеріал наповнений 10 мас. % коксу, 10 мас. % вуглецево- го волокна тканини «Текарм» і модифікований 1 мас. % діоксиду цирконію ZrO2+3%Y2O3, 700 °C пере- важає матеріал Ф4К10ВВ10 в 3,2 рази. Відносне подовження на розтяг антифрикційного матеріалу Ф4К10ВВ10 модифікованого 1 мас.% ZrО2 +3% Y2O3, 700 °C зростає в 1,44, а міцність на розтяг змен- шується на 11,12 %. Література 1. Свідерський В.П. Підвищення щільності і зносостійкості поршневих кілець автомобільних га- зонаповнювальних компресорних станцій / В.П. Свідерський, Г.О. Сіренко, Л.М. Кириченко,. [і інш.] // Проблеми трибології. – 2004. – № 4. – С. 156-167. 2. Фотин Б.С. Поршневые компрессоры. / Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пла- стинин. – М.: Машиностроение. – Ленинград. – 1987. – 372 с. 3. Видякин Ю.А. Оппозитные компрессоры / Видякин Ю. А., Доброклонский Е. Б., Кондратьева Т. Ф. – Машиностроение. – 1979. – 280 с. 4. Горбацевич Г.Н. Методология создания полимер–олигомерных триботехнических материалов на основе политетрафторэтилена. / Г.Н. Горбацевич // Трение и износ. – 2002. – Т. 23 – № 4. – С. 373-381 5. Триботехнические свойства политетрафторетилена, модифицированного бинарным наполни- телем. / Петрова П.Н., Охлопкова А.А., Гоголева О. В. и др. // Трение и износ. – 2005. – Т .26. – № 6. – с. 652–656. 6. Машиностроительные фторкомпозиты : структура, технология, применение: монография / С.В. Авдейчик, [и др.] ; под науч. ред. В. А. Струка. – Гродно : ГрГУ им. Янки Купалы. – 2012. – 339 с. 7. Свідерський В.П. Дослідження механічних і антифрикційних властивостей фторопластових карбопластиків, модифікованих нанопорошками діоксиду цирконію. / В. П, Свідерський, Т. Є., Констан- тинова, В. А. Глазунова, [і ін.] // Проблеми трибології. – № 2. – 2014. – С. 103-110. 8. Свідерський В. П. Підвищення зносостійкості поршневого ущільнення компресорної установ- ки СО–243–1 / В. П, Свідерський, Т. Є., Константинова, Л. М. Кириченко, [і ін.] // Проблеми трибології. – № 2. – 2015. – С. 61-68. 9. Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики / Г.А. Сиренко. – К.: Техника. – 1985. – 195 с. 10. Сіренко Г.О. Створення антифрикційних композитних матеріалів на основі порошків термот- ривких полімерів та вуглецевих волокон: Дис. доктора техн. наук. Ін–т матеріалознавства ім. І.М. Фран- цевича НАНУ / Сіренко Геннадій Олександрович. – К. – 1997. – 431 с. 11. Пугачев А.К. Переработка фторопластов в изделия: технология и оборудование. / А.К. Пуга- чев, О.А. Росляков. – Л.: Химия, 1987 – 168 с. 12. Константинова Т.Е. Нанопорошки на основе диоксида циркония: получение, исследедование, применение / Т.Е. Константинова, И.А. Даниленко, В.В Токий., [и др.] // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2004. – Т. 2. – Академперіодика. (Київ). – С. 609-632. 13. Константинова Т.Е. Получение нанодисперсных порошков диоксида циркония. От новации к инновации / Т. Е. Константинова, И.А. Даниленко, В.В Токий., [и др.] // Наука та інновації. – 2005. – Т. 1. – № 3. – С. 76-87. 14. Применение синтетических материалов: материалы конференции / Гл. редактор Р.И. Силин. – Кишинев: Картя Молдовеняскэ. – 1975. – 199 с. 15. Стручкова Т. С. Разработка и исследование полимерных композиционных материалов на ос- нове активации политетрафторэтилена и углеродных наполнителей: автореф. дис. канд. тех. наук / Т.С. Стручкова. – Комс. - на - Амуре. – 2008. – 19 с. Надійшла в редакцію 05.03.2018 Підвищення зносостійкості замикаючих елементів кільцевого клапана компресора автомобільної газонаповнювальної станції Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 50 Svidersrky V.P., Konstantinova T.E., Danilenko I.A., Oleksandrenko V.P., Kirichenko L.M., Furman A.YU. In- crease of wear resistance of locking elements of circular valve of comhressor of the motor-car filler gas station. The analysis of terms of work of self-acting circular valve is executed. Research of wear resistance and mechanical properties of composition fluoroplastic materials of modified was shown a carbon fibre, coke and nanopowder of dioxide of zirconium expediency of their application for making of locking elements of valves. Key words: fluoroplastic materials, nanopowder to dioxide of zirconium, carbon fibres, coke, antifriction and mechanical properties, locking elements of valve. References 1. Svіderskyi V.P. Pіdvyshchennia shchіlnostі і znosostіikostі porshnevykh kіlets avtomobіlnykh hazonapovniuvalnykh kompresornykh stantsіi. V.P. Svіderskyi, H.O. Sіrenko, L.M. Kyrychenko,. [і іnsh.]. Problemy trybolohіi. 2004. № 4. s. 156-167. 2. Fotyn B.S. Porshnevыe kompressorы. / B.S. Fotyn, Y.B. Pyrumov, Y.K. Prylutskyy, P.Y. Plastynyn. M. Mashynostroenye. Lenynhrad. 1987. 372 s. 3. Vydyakyn Yu.A. Oppozytnыe kompressorы. Vydyakyn Yu.A., Dobroklonskyy E.B., Kondrat'eva T.F. Mashynostroenye. 1979. 280 s. 4. Horbatsevych H.N. Metodolohyya sozdanyya polymer-olyhomernыkh trybotekhnycheskykh materyalov na osnove polytetraftorэtylena. H.N. Horbatsevych. Trenye y yznos. 2002. t.23. № 4. s. 373-381 5. Trybotekhnycheskye svoystva polytetraftoretylena, modyfytsyrovannoho bynarnыm napolnytelem. Petrova P. N., Okhlopkova A.A., Hoholeva O.V. [y dr.]. Trenye y yznos. 2005. t.26. № 6. s. 652-656. 6. Mashynostroytel'nыe ftorkompozytы : struktura, tekhnolohyya, prymenenye: monohrafyya. S. V. Avdeychyk, [y dr.]. pod nauch. red. V.A. Struka. Hrodno : HrHU ym. Yanky Kupalы. 2012. 339 s. 7. Sviders'kyy V.P. Doslidzhennya mekhanichnykh i antyfryktsiynykh vlastyvostey ftoroplastovykh karboplastykiv, modyfikovanykh nanoporoshkamy dioksydu tsyrkoniyu. V.P., Sviders'kyy, T. Ye., Konstantynova, V.A. Hlazunova, [i in.]. Problemy trybolohiyi. № 2. 2014. s. 103-110. 8. Sviders'kyy V.P. Pidvyshchennya znosostiykosti porshnevoho ushchil'nennya kompresornoyi ustanovky SO-243-1. V.P, Sviders'kyy, T.Ye., Konstantynova, L.M. Kyrychenko, [i in.]. Problemy trybolohiyi. № 2. 2015. s. 61-68. 9. Syrenko H.A. Antyfryktsyonnыe karboplastyky. H.A. Syrenko. Kyev. Tekhnyka. 1985. 195 s. 10. Sirenko H.O. Stvorennya antyfryktsiynykh kompozytnykh materialiv na osnovi poroshkiv termotryvkykh polimeriv ta vuhletsevykh volokon. Dys. doktora tekhn. nauk. In-t materialoznavstva im.. I.M. Frantsevycha NANU. Sirenko Hennadiy Oleksandrovych, K., 1997. 431 s. 11. Puhachev A.K. Pererabotka ftoroplastov v yzdelyya: tekhnolohyya y oborudovanye. A.K. Puhachev, O.A. Roslyakov. L. Khymyya, 1987. 168 s. 12. Konstantynova T. E. Nanoporoshky na osnove dyoksyda tsyrkonyya: poluchenye, ysslededovanye, prymenenye / T.E. Konstantynova, Y.A. Danylenko, V.V Tokyy., [y dr.]. Nanosystemy, nanomaterialy, nanotekhnolohiyi. 2004. t. 2. Akademperiodyka. (Kyyiv). s. 609-632. 13. Konstantynova T.E. Poluchenye nanodyspersnыkh poroshkov dyoksyda tsyrkonyya. Ot novatsyy k ynnovatsyy. T.E. Konstantynova, Y.A. Danylenko, V.V Tokyy., [y dr.]. Nauka ta innovatsiyi. 2005. t. 1. № 3. s.76-87. 14. Prymenenye syntetycheskykh materyalov: materyalы konferentsyy. Hl. redaktor R.Y. Sylyn. Kyshynev. Kartya Moldovenyaskэ. 1975. 199 s. 15. Struchkova T.S. Razrabotka y yssledovanye polymernыkh kompozytsyonnыkh materyalov na osnove aktyvatsyy polytetraftorэtylena y uhlerodnыkh napolnyteley: avtoref. dys. kand. tekh. nauk. T. S. Struchkova. Koms. - na - Amure. 2008. 19 s.