Особенности поведения СОТС с высоко­молекулярной присадкой в зоне обработки

Необходимо отметить, что физико-химические превра­щения полимерной присадки происходят не только под дейст­вием сложного комплекса физико-химических явлений и про­цессов, наблюдаемых в зоне резания: высокие температуры и контактные нагрузки, каталитически активная поверхность, эмиссия в момент образования новой поверхности электронов интенсивностью 5000-6000 имп/мин [169], возникновение тер-моЭДС между инструментом и деталью и др. Все эти явления не могут не влиять на физико-химические превращения поли­мерной компоненты СОТС. Интенсивность их протекания зави­сит от вида обработки (резание, сверление, шлифование, протя­гивание и др.), так как они главным образом создают те или иные кинетические и энергосиловые условия деформирования в зоне контакта деталь-инструмент-стружка. Так, например, при штамповке время соприкосновения пуансона с деформируемым металлом составляет всего 10² - 10^В с"¹, а удельное давление дос­тигает 2000-2500 Мпа; при точении средняя скорость деформи­рования металла в зоне резания составляет 10³ - 10⁵ с"¹, что на 5-7 порядков превышает скорость деформирования при стати­ческом растяжении или сжатии и на порядок - при ударном нагружении, а температура в зоне деформации достигает 0,2-0,6 температуры плавления металла [119].

Есть основания полагать [171], что механизм и ки­нетика термической деструкции полимерной компоненты мо­дельного состава в нашем случае в значительной мере соответ­ствует (по крайней мере качественно) механизму химических превращений полимерной составляющей СОТС в условиях ме­ханической обработки металлов.

Следовательно, при поступлении СОТС на полимерной основе в зону резания под действием высоких температур идет разложение полимерной компоненты с образованием газообраз­ных, жидких и твердых продуктов, которые вызывают сущест­венное повышение эффективности СОТС по сравнению с СОТС, в состав которых входят низкомолекулярные компоненты. При сравнении различия в поведении в зоне механической обработ­ки высокомолекулярных соединений и низко молекулярных углеводородов, являющихся основой товарных СОТС, можно выделить по крайней мере две следующие особенности. Во-первых низкомолекулярные углеводороды, которые обычно входят в состав товарных СОТС, практически не подвергаются распаду вплоть до температуры примерно 1900°С [172,173] в замкнутом объеме и нормальном давлении. Следовательно, в зоне механической обработки должен отсутствовать пиролиз низкомолекулярных составляющих СОТС и поэтому нет актив­ного водорода и других низкомолекулярных активных углево­дородов. Во-вторых, можно допустить, что незначительная часть таких превращений низкомолекулярных компонентов СОТС в реальных условиях все же происходит. Однако, такие реакции для полимеров в отличии от низкомолекулярных уг­леводородов идут по цепному механизму [174,175]. Поэтому скорость образования и наполнения активных продуктов в зоне резания для первого случая значительно выше, чем для второ­го. Таким образом, главное отличие поведения в зоне механи­ческой обработки СОТС на основе высокомолекулярных соеди­нений от СОТС на основе низкомолекулярных сред состоит в том, что в первом случае при значительно более низких темпе­ратурах происходит деструкция макроцепи полимера с выхо­дом водорода и углеводородных газообразных и жидких сред высокой активности и концентрации, т.е. реакция термомеха-нодеструкции полимерной присадки происходит с высокой ско­ростью и носит "взрывной" характер. Для случая низкомоле­кулярных углеводородов распад если и происходит, то при значительно более высоких

Рис 4.1. Изменение молекулярной (М) массы ПММА в зави­симости от длины точения (L) стали 9ХС (НRС 42...46; режим резания: V=2,2м/с, S=1 мм/об, t=1,5 мм, резец Т15К6).

Рис. 4.2. Изменение относительной интегральной интенсивно­сти сигналов ЯМР групп ПММА в процессе точения стали 9ХС. 1- группы -СН₃; 2 - группы СООСН₃; 3 - группы СН₂. (Режим резания такой же как и на рис. 4.1.)

температурах и при низком выходе продуктов распада. Следует полагать, что именно это различие и обуславливает существенное изменение механизма влияния СОТС на полимерной основе по сравнению с традиционными составами.

Необходимо отметить, что цепной механизм деполиме­ризации макроцепи полимера при относительно низких темпе­ратурах присущ и другим полимерам. Так, например, при то­чении стали в модельной среде на основе полиметилметакрила-та наблюдается непрерывное снижение молекулярной массы полимера (рис. 4.1). Причем, интенсивность снижения молеку­лярной массы наибольшее вначале опыта, что характеризует высокую чувствительность полимерной компоненты к измене­нию температуры. Аналогичные результаты получены при из­менении относительной интегральной интенсивности сигналов ЯМР группы полиметилметакрилата в процессе точения (рис. 4.2). Эти данные также свидетельствуют о том, что и для дру­гих полимеров в составе СОТС свойственно выделение низкомо­лекулярных газообразных и жидких углеводородов при меха­нической обработке в результате деполимеризации макроцепи полимера. Следовательно, многие полимеры (не термостабиль­ные) могут найти применения в качестве присадок к СОТС, обеспечивая их высокую эффективность.

Дата добавления: 2014-01-11