CC BY
51
УДК 678.744
А.А. Петров, И.В. Мекалина, Е.Г. Сентюрин, В.А. Богатое
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
ОСТЕКЛЕНИЯ ИЗ ЧАСТИЧНО СШИТЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКОЛ
Описаны акртатные авиационные органические стекла частично сшитой структуры типа С0-120С и А0-120С. Показана возможность их ориентации и формования с целью получения деталей остекления с повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с линейными оргстеклами. Установлено, что оргстекла частично сшитой структуры не уступают по своим характеристикам мировым аналогам авиационных оргстекол.
Ключевые слова: органические стекла, детали остекления, «серебростойкость», формование.
Aviation-purposed acrylate organic glasses with partially cross-linked structure of SO-120S and AO-120S type are described. The possibility of their orientation and molding to obtain glazing parts with higher operation properties than those of linear organic glasses is shown. It was stated that properties of some developed partially cross-linked organic glasses compare favorable with characteristics offoreign organic glasses of similar nature.
Key words: organic glass, glass parts, «cracking resistance», molding.
В настоящее время основным конструкционным материалом, применяемым для изготовления деталей остекления самолетов, является органическое стекло. Мировая тенденция в производстве органического стекла заключается в переходе от стекол линейного строения к стеклам частично сшитого строения, имеющим определенные технические и эксплуатационные преимущества.
Исследования новых органических стекол частично сшитой структуры отечественного производства необходимы для замены уже широко известных и применяемых серийных стекол линейного строения С0-120 и А0-120 [1].
Для их замены в ВИАМ совместно с ФГУП «НИИ полимеров им. акад. В.А. Каргина» создали неориентированное оргстекло С0-120С и ориентированное оргстекло А0-120С [2, 3]. Модифицированное полиметилметакрилатное оргстекло С0-120С содержит сшивающий агент и УФ-абсорбер, что приводит к повышению «серебростойкости» и рабочей температуры, эксплуатационной надежности и ресурса деталей остекления [4].
Кроме работ по повышению эксплуатационных характеристик органических стекол за счет их химической модификации, в ВИАМ создана технология улучшения свойств органических стекол путем их физической модификации - ориентацией, вытяжкой стекол выше температуры размягчения в области высокоэластического состояния [5].
В табл. 1 показаны деформационно-прочностные свойства стекол при температуре 150°С, т. е. в температурной области их ориентации, при скорости растяжения 30 мм/мин, обычно применяемой в данной технологии [6].
Сшитые стекла, находящиеся при данной температуре в области высокоэластической деформации, обладают более высокой прочностью (1,3 МПа) при меньшем относительном удлинении (155%), значения которого у стекол С0-120С и импортного стекла, соответствующего стандартам США и Европы, одинаковы, адекватны их равной плотности сшивки, характеризуемой равновесной степенью набухания, и значительно превышают минимальные значения для двухосной ориентации при стандартной степени вытяжки 70%.
Необходимо отметить, что по устойчивости к воздействию повышенных температур оргстекло марки С0-120С значительно превосходит органические стекла марок С0-120А и С0-120Т и не уступает импортному оргстеклу, применяемому для изготовления авиационного остекления.
Как уже отмечалось выше, одним из основных преимуществ сшитых органических стекол является более высокая устойчивость к образованию микротрещин («серебростойкость») под действием поверхностных напряжений, которая обеспечивает возможность «холодного» формования (ниже температуры размягчения). Таким образом, холодное формование дает возможность избежать
Таблица 1
Прочность и относительное удлинение при разрыве серийных и опытных стекол при 150°С (г=30 мм/мин)
Тип стекла а, МПа 5, %
С0-120А С0-120С Импортное стекло, соответствующее стандартам США и Европы 0,8 1,2-1,4 1,4 290 155-160 160
Таблица 2
Теплофизические свойства оргстекол С0-120С и А0-120С
Оргстекло Теплостойкость по Вика Температура ориентации Температура «горячего» пневмовакуумного формования Температура «холодного» формования
°С
С0-120С* А0-120С* 125 125 135-140 140 135 110 105
*Защищено патентом РФ.
Таблица 3
Эксплуатационные свойства оргстекол С0-120С и С0-120А
Показатели Значения показателей для органических стекол марок
С0-120С С0-120А
до после до после
испытания испытания испытания испытания
Удельная ударная вязкость, кДж/м2 (ГОСТ 4647-80) 21,0 21,8 21,0 20,5
Светопропускание, % 90,5 88,0 92,0 90,8
Коэффициент желтизны, % 7,3 7,3 3,1 6,2
«Серебростойкость» по ацетону*, с >180 >180 >180 130
*Для моделей остекления одинарной кривизны.
образования отпечатков оснастки и получить детали с повышенными оптическими свойствами.
Термомеханическая характеристика стекла С0-120С (см. рисунок) типична для материала, предназначенного для переработки способами ориентации и формования: четко выражена область высокоэластического состояния в температурном интервале 150-260°С.
Однако органическое стекло С0-120С, благодаря наличию в структуре редких поперечных связей (сшивки), обладает значительно меньшей способностью к высокоэластическому деформированию по сравнению с органическим стеклом С0-120 линейного строения.
Исследования по изучению термомеханических свойств, формоустойчивости и оптических характеристик неориентированного органического стекла С0-120С и ориентированного оргстекла А0-120С позволили определить оптимальный температурный интервал их формования (изготовления деталей остекления). В табл. 2 приведены основные параметры переработки и ориентации новых акрилатных органических стекол частично сшитой структуры.
Для прогнозирования ресурса эксплуатации и влияния различных эксплуатационных факторов на оптические и механические характеристики новых модифицированных органических стекол частично сшитой структуры типа С0-120С проведены климатические испытания моделей натурных элементов остекления [7]. В табл. 3 приведены результаты испытаний, проведенных до и после климатических испытаний атмосферного старения в течение 12 мес в условиях умеренно теп-
лого климата (ГЦКИ им. Г.В. Акимова, г. Геленджик). Полученные результаты свидетельствуют о преимуществах стекол частично сшитой структуры перед линейными оргстеклами по показателю «серебростойкости», причем ориентированные оргстекла и модели натурных элементов полусферической формы по данному показателю заметно превосходят неориентированные оргстекла и модели одинарной кривизны [8].
Термомеханическая кривая для оргстекла С0-120С
Таким образом, принимая во внимание вышеперечисленные результаты исследований натурных моделей частично сшитых органических стекол типа С0-120С в неориентированном и ориентированном состояниях, было установлено, что указанные оргстекла по показателям «серебростойкости» и эксплуатационному ресурсу имеют явные преимущества перед линейными органическими стеклами и являются перспективными материалами остекления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гудимов М.М., Перов Б.В. Органическое стекло. М.:
Химия. 1981. 216 с.
2. Горелов Ю.П., Чмыхова Т.Г., Шалагинова И.А. Новые органические стекла для авиастроения //Пластические массы. 2009. №12. С. 20-22.
3. Тригуб Т.С., Мекалина И.В., Горелов Ю.Н., Шалаги-
нова И.А. Органическое стекло для высокоскоростной авиации //Авиационная промышленность. 2007. №1. С. 39-42.
4. Богатов В.А., Тригуб Т.С., Мекалина И.В., Айзатули-
на М.К. Оценка эксплуатационных характеристик новых теплостойких органических стекол ВОС-1 и ВОС-2 //Авиационные материалы и технологии. 2010. №1. С. 21-26.
5. Мекалина И.В., Тригуб Т.С., Богатов В.А., Сентюрин Е.Г.
Новое высокотеплостойкое ориентированное орг-
стекло марки ВОС-2АО //Авиационные материалы и технологии. 2010. №3. С. 14-19.
6. Мекалина И.В. Оргстекло как часть конструкции самолета //Индустрия. Инженерная газета. 2011. №22. С. 3.
7. Сентюрин Е.Г., Мекалина И.В., Тригуб Т.С., Климо-
ва С.Ф. Модифицированные органические стекла для перспективной авиационной техники //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №2. С. 2-4.
8. Богатов В.А., Кондратов C.B., Хохлов Ю.А. Мно-
гофункциональные оптические покрытия и материалы /В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИАМ. 2012. С. 343-348.
