CC BY
10А.О. Сорокин
ХРУПКИЕ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ
В данной статье рассматриваются хрупкие тензочувствитель-ные покрытия на основе канифоли, карамели, искусственных смол. Данные покрытия могут использоваться для новых методик, основанных на методе тензочувствительных покрытий.
Ключевые слова: покрытия, канифоль, тензочувствительность, технология, состав, способ.
Методом хрупких покрытий называют разрушающий способ определения траекторий главных напряжений и геометрического места концов трещин с помощью специальных покрытий, разрушение которых отражает напряженно-деформированное состояние исследуемой поверхности.
Он возник на основе наблюдения за поведением окалины и пленок окислов на поверхности металлов при его ковке и прокалке. Эти естественные покрытия разрушаются путем отслаивания или растекания в результате появления значительных пластических деформаций.
Хрупкие покрытия
Лак наносят плоской кистью или пульверизатором или же погружением детали в сосуд с лаком. После просушки (для некоторых лаков подогрев в определенных температурных режимах) деталь подвергается испытанию.
Хрупкие покрытия позволяют при плавном или ступенчатом нагружении исследуемой конструкции находить в нагруженных зонах свободной поверхности, главные деформации и напряжения с погрешностью в переделах 15% не применяя другие методы исследования. Измерения полей упругопластических деформаций проводят на отдельных участках нагрузки с возможностью оценки напряжений с использованием диаграмм деформирования материала исследуемой детали. Хрупкие покрытия могут также использоваться для индикации повреждений в конструкции в рабочих условиях.
Жидкое канифольные покрытие типа '^геззсоа!":
Состав покрытия: 1/3 резината цинка, 2/3 сероуглерода и небольшое количество дибутилфталата. Покрытие наносится на объект исследования распылением. При увеличении пластификатора покрытие становится более пластичным, что в разы снижет его чувствительность. При предельной деформации выше 0,12% образовавшиеся трещины после снятия нагрузки могу закрыться. Время необходимое для затвердевания покрытия, зависит от температуры, влажности и толщины покрытия. В обычных условиях (температура 25°С, влажность 40%) покрытие можно использовать для работы спустя сутки после нанесения, однако растворитель не полностью улетучивается и после четырех суток. Если сушить покрытие при повышенных температурах (55°С) и пониженной влажностью воздуха (менее 50%) то, сокращается время сушки (2-4 часа) и при увеличении толщины покрытия возрастает его чувствительность. Подбирая температуру и время сушки, можно получить покрытия, у которых предельная деформация не зависит от их толщины. При сушке и проведения эксперимента необходимо создать равномерное температурное поле по поверхности покрытия, так в противном случае неравномерность нагрева приведет к изменению характеристик покрытия в отдельных областях.
Жидкое канифольное покрытие типа ИМАШ:
В качестве основного компонента используется резинат бария; для его приготовления высококачественную канифоль расплавляют и постепенно вводят в расплав кристаллический гидрат окиси бария Ва (ОН)2 . Температура в процессе смешивания должна быть постоянной 220-230°С, затем температуру компаунда повышают до 260°С и прекращают нагрев. Чувствительность покрытия зависит от количества гидрата окиси бария и номера покрытия (от 1 до 12), который показывает содержания Ва (ОН)2 в резинате. Покрытие наносят на исследуемую поверхность с помощью кисточки или пульверизатора. Для снятия покрытия используются ацетон. Сушка такого покрытия в зависимости от их номера лежит в диапазоне от 0,03-0,2%.
Основным недостатком жидких покрытий на канифольной основе является то, что в их состав входят высокотоксичный, огнеопасный сероуглерод. При работе с этим веществом необходимо соблюдать нормы техники безопасности, установленные для сильнодействующих ядовитых и огнеопасных веществ.
Твердые канифольные покрытия:
© А.О. Сорокин, 2023.
Научный руководитель: Пермяков Владимир Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры "Техносферная Безопасность", Тюменский индустриальный университет, Россия.
Твердые канифольные покрытия, в отличие от жидких, не содержат сероуглерод. Нанесение покрытий на исследуемую поверхность осуществляется газопламенным напылением. Тензочувствительность покрытий достигает значения 2*10-4. В первом случае деталь нагревают до 140°С, затем на нее наносят резинат бария в виде порошка, который расплавляется и растекается по поверхности, образуя тонкую пленку. Недостатком наплавляемых канифольных покрытий является необходимость нагревать детали. Во втором случае применяется способ газопламенного напыления. Его суть заключается в том, что материал покрытия подается с помощью сжатого воздуха в факел газовой горелки; расплавленные капли попадая на поверхность затвердевают и образуют твердое покрытие. Для нагрева можно использовать сварочные источники нагрева, применяя вместо присадочного материала карандаш из бария. Преимуществом данного способа является то, что не требуется предварительный нагрев детали, а недостатком - малая тензочув-ствительность и стабильность получаемых характеристик.
Преимуществом твердых канифольных покрытий является отсутствие токсичных и огнеопасных растворителей, а также возможность проведения испытаний через 2-4 часа после нанесения покрытия. Однако нагрев исследуемой поверхности, разной толщины объекта и значительная неоднородность свойств покрытия затрудняют их применение для количественного анализа.
Хрупкое покрытие на основе карамели:
Данное покрытие создавалось для оценки прочности и безопасности сложных технических систем хрупкого покрытия безвредного для человека и окружающей среды.
Указанный технический результат достигается тем, что хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений выполнено из смеси, содержащей воду и сахар, при составе: мас.%: вода 65-75, сахар 25-35. Данный состав смешивается при нормальных условиях в весовых частях. Последовательность приготовления хрупкого покрытия: отмеряется необходимое количество сахара, затем, перемешивая, добавляется требуемое количество воды. Затем при помешивании данный состав доводится до готовности при температуре 100 -130°С . После полного растворения сахара и образования густой консистенции состав наносится на образец. Покрытие застывает при температуре 0-35°С, влажности 0-85% в течение 15 часов. Изменение условий влияет лишь на скорость отвердевания.
Изменение вводимого в состав соотношения сахара ниже 25% или выше 35% снижает чувствительность покрытия, приводит к появлению пластичности, что снижает качество хрупкого покрытия. При содержании воды в составе более 75% заметно возрастает его чувствительность к изменению температуры и влажности среды, что оказывает воздействие на отверждение покрытия и при его охлаждении наблюдается появление усадочных трещин [6].
Хрупкое покрытие на основе искусственных смол:
Лаки, получаемые на основе искусственных смол при высыхании, дают очень твердую, но хрупкую пленку, хорошо противостоящую морской воде, кислотам, слабым щелочам, растворам многих солей и углеводородным смесям. Разработка новых составов на основе искусственных смол в отличие от природных что позволяет получить наглядную картину распределения напряжений на поверхности большого размера, установить зоны наибольшей концентрации напряжений.
Данное покрытие разрабатывалось для исследования напряжений, возникающих при деформациях.
В состав покрытия входят 4 компонента. На 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ вводят карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85, отвердитель жидкого карбамидофор-мальдегидного концентрата (ОЖ) и гексаметилентетрамин (ГМТА). Весовой состав трех последних компонентов можно изменять в соответствующих пределах, т.к. они используются для отверждения покрытия и для сшивания резорциновых новолаков.
Данный состав смешивается при нормальных условиях, в весовых частях. Последовательность приготовления лакового покрытия: отмеряется необходимое количество СФ-282, затем, перемешивая, добавляется требуемое количество КФК-85, ОЖ и ГМТА (уротропин), который предварительно необходимо растворить в этиловом спирте.
Технология приготовления покрытия очень проста, не требует определенных затрат. Приготовленная смесь используется сразу же, при помощи лакового нанесения. Покрытие застывает при температуре 0-50°С, влажности 0-95% в течение 20 часов. Изменение условий влияет лишь на скорость застывания покрытия.
Изменение вводимого в состав соотношения карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 ниже 35% или выше 50% снижает чувствительность покрытия, приводит к появлению пластичности, что снижает качество хрупкого покрытия. При содержании отвердителя жидкого ОЖ в составе более 25% заметно возрастает его чувствительность к изменению температуры и влажности среды, что оказывает воздействие на отверждение покрытия и при его охлаждении наблюдается появление усадочных трещин [7].
Хрупкое покрытие на основе резорциноформальдегидной смолы:
Известно хрупкое покрытие на основе искусственных смол, содержащее резорциноформальдегид-ную смолу СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФ-85, отвердителя и гекса-метилентетрамин.
В качестве отвердителя жидкого карбамидоформальдегидного концентрата взят водный раствор
формалина, этиленгликоля и карбоксиметилцеллюлозы.
Недостатком известного покрытия является то, что оно формировалось в течение длительного времени (порядка 20 часов).
Основная задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, - это создание хрупкого покрытия на основе искусственных смол, обладающего более устойчивыми свойствами к углеводородным средам для оценки прочности и безопасности сложных технических систем. В тонком слое хрупкого покрытия при деформации наблюдается картина трещин, отражающих поленаибольших главных напряжений, возникающих в конструкции, в процессе ее нагружения. Анализируя картины трещин можно оценить не только нагруженность различных зон исследуемой конструкции, но и определить уровень этих напряжений с применением характеристик тензочувствительности хрупкого покрытия [8].
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в сокращении времени высыхания (отверждения) покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что хрупкое тензочувствительное покрытие на основе искусственных смол, выполненное из смеси, содержащей резорциноформальдегидную смолу марки СФ-282 с добавлением карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 и отвердитель жидкий карбамидоформальдегидного концентрата ОЖ-102, в качестве которого использована смесь формалина, этиленгликоля и крахмала, при этом на 100 массовых частей резорциноформальдегидной смолы СФ-282 компоненты взяты в следующем соотношении, %: карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 - 35-50;отвердитель ОЖ-102 - 22-25 [8] .
Технология приготовления покрытия очень проста, не требует определенных затрат. Приготовленная смесь используется сразу же, при помощи лакового нанесения. Покрытие отверждается при температуре 0-50°С, влажности 0-95% в течение 10 часов. Изменение условий влияет лишь на скорость отверждения.
В состав покрытия входят 3 компонента: на 100 массовых частей СФ-282 вводятся КФК-85, ОЖ-102 [8].
Вывод: рассмотренные покрытия можно использовать для разработки новой методики оценки диагностических параметров методом тензочувствительных покрытий.
Библиографический список:
. С. Касаткин, А. Б. Кудрин, Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, П. И. Полухин, Н. А. Чиченев Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. - Киев: 1981. - 577 с.
урсяков В.А., Лежнева А.А. Исследование деформации с помощью методом хрупких покрытий. - Пермь: Пермский государственный технический университет, 2002. - 12 с.
. А. Смирнов, А.В. Александров, Н.И. Монахов, Д.Ф. Парфенов, А.И. Скрябин, Г.В. Федорков, В.В. Холчев. Сопротивление материалов. - Второе издание изд. - 1969
афизова Э.Н., Юмина В.А., Зелиг М.П. Испытания лакокрасочных материалов. - Тюмень: ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», 2014. - 32 с.
.А. Саченков, Д.В. Бережной, О.А. Саченков Экспериментальные методы исследований напряжений. - Казань: Казанский Государственный Университет, 2017. - 43 с.
ермяков В.Н., Чиянов Е.В., Гребнев А.Н., Сидельников С.Н. Хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений на основе карамели. // Федеральная служба по интеллектуальной собственности. - 30.01.2012. ермяков В. Н., Махутов Н.А., Хайруллина Л.Б., Паршуков Н.Н. Хрупкое покрытие на основе искусственных смол // Федеральная служба по интеллектуальной собственности. - 27.09.2006
ермяков В. Н., Хайруллина Л.Б., Паршуков Н.Н. Хрупкое покрытие на основе резорциноформальдегидной смолы // Федеральная служба по интеллектуальной собственности. - 27.04.2011
ермяков В. Н., Чиянов Е. В., Гребнев А.Н., Сидельников С. Н. Хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений на основе карамели // Федеральная служба по интеллектуальной собственности. - 10.09.2013
СОРОКИН АЛЕКСАНДР ОЛЕГОВИЧ - магистрант, Тюменский индустриальный университет, Россия.
