CC BY
33ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОСТОЙКОСТИ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
1 2 3
Сергеенков В.Е. , Никоноров А.Н. , Романов А.В.
1Сергеенков Владимир Евгеньевич - профессор, доктор наук; 2Никоноров Алексей Николаевич - кандидат технических наук, кафедра общенаучных и общетехнических дисциплин;
3Романов Алексей Викторович - курсант, командно-инженерный (автомобильно-дорожный) факультет, Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулёва,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: в данной статье рассказано о полимерах и одной из их разновидностей, такой, как клей. Приведены его различные композиции и влияние температуры на них, а также описано применение прибора и его значение для определения такого важного свойства, как теплостойкость клеевых соединений, позволяющей обеспечить: автономность исследования теплостойкости клеевых соединений без применения разрывных машин и дополнительных нагревательных камер; установление температур стеклования, разрушения, начала и конца размягчения для любого состава клеевых композиций. Ключевые слова: полимеры, клеи, теплостойкость.
УДК-691
Развитие отечественной химической промышленности способствовало созданию и серийному производству ряда полимерных материалов с разнообразными физико-механическими свойствами. В последние годы полимерные материалы успешно применяют как в машиностроении, так и при ремонте и техническом обслуживании автомобилей и в других сферах народного хозяйства.
Полимеры - высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных низкомолекулярных звеньев одинакового строения (мономеров).
Большой вклад в развитие физики и химии полимеров внесли отечественные ученые П.П. Кобеко, В.А. Каргин, А.П. Александров, С.С. Медведев и др. Важны заслуги в современном развитии химии полимерных материалов профессоров ВАТТ Г.В. Мотовилина, В.И. Фролова.
Одним из важнейших требований, предъявляемым к полимерным материалам, является теплостойкость.
Полимерные материалы имеют большое значение в производстве клеевых композиций. Особенно актуален вопрос о составе и свойствах клеевых соединений, потому что именно это влияет на теплостойкость данного вещества.
А теплостойкость, в свою очередь, является основным свойством клея, потому что при длительной эксплуатации, несимметричном нагружении и неравномерном отрыве, сохранять его химические и физические свойства помогает именно она [1, 58].
Клеями называют сложные вещества на основе полимеров, способные при затвердевании образовывать прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам. По сравнению с другими видами соединений (клепкой, сваркой, механическим креплением) клеевые соединения имеют ряд преимуществ. Клеи позволяют соединять разнородные материалы (металл, керамику, пластмассу, дерево) в различных сочетаниях. Клеевые швы атмосферостойки, не подвержены коррозии, позволяют обеспечивать герметичность соединений. Масса конструкции при клеевой сборке почти не увеличивается, отсутствуют снижающие прочность и являющиеся концентраторами напряжений отверстия под болты и заклепки. Во многих случаях клеевое соединение металлических и неметаллических материалов является единственно возможным решением, обеспечивающим высокую прочность конструкции. Клеи могут выдерживать высокие и низкие температуры, сохраняя достаточную прочность соединения.
9
Клеевые композиции состоят из:
• связующего вещества;
• пластификаторов;
• наполнителей;
• отвердителей.
В качестве связующего вещества применяют эпоксидные смолы с определенной степенью полимеризации.
Пластификаторы вводят в состав клеевых композиций для уменьшения хрупкости, увеличения ударной вязкости и эластичности. Наибольшее распространение получил пластификатор - дибутилфтолат (ДБФ), который является «внешним», т.е. инертным разбавителем системы, не вступающим в химическое взаимодействие с эпоксидной смолой при ее отверждении [2, 152].
Наполнители в клеевых композициях снижают коэффициент линейного расширения, влияют на физико-механические и электрические свойства, несколько увеличивают теплостойкость и повышают теплопроводность.
Отвердители служат для отверждения клеевых композиций. В качестве отвердителей используют:
• ди- и полиамины жирного и ароматического ряда;
• низкомолекулярные полиамиды;
• производные аминов.
Для определения важнейшего свойства клеевых соединений - термостойкости, которая, как мы выяснили, влияет на их физические и химические свойства напрямую, существует специальный прибор.
Технический результат которого направлен на обеспечение установления зависимости относительного сдвига в клеевом слое от температуры и построении термодеформационной кривой клеевого соединения, установления температур стеклования, разрушения, начала и конца размягчения для любого состава клеевых композиций.
Технический результат достигается тем, что равномерный разогрев клеевого соединения производится в масляной ванне, перемещающейся по направляющим стержням и соединенной с уравновешивающим грузом, контроль относительного сдвига осуществляется при помощи индикатора часового типа [3, 94].
Отличительными признаками является то, что прибор для определения теплостойкости клеевых соединений имеет масляную ванну для нагрева клеевого соединения, перемещающуюся по направляющим стержням и соединенную с уравновешивающим грузом; контроль относительного сдвига осуществляется при помощи индикатора часового типа, измерительный стержень которого установлен на двуплечий рычаг, соединенный через шток с испытуемым образцом и обеспечивающий нагружение образца.
Прибор для определения теплостойкости клеевых соединений и состоит из основания, установленного на опорных ножках, масляной ванны со встроенной спиралью, перемещающейся по направляющим стержням и соединенной с уравновешивающим грузом тросом. На основании крепится регулируемая по высоте верхняя опорная стойка и упорная стойка.
В верхней части опорной стойки на оси установлен двуплечий рычаг. С одной стороны двуплечий рычаг соединен со штоком, а другая сторона может опираться на упорную стойку. В нижней части основания жестко закреплена Г-образная стойка. На двуплечий рычаг при помощи троса крепится груз. На основании на магнитной стойке устанавливается индикатор часового типа, измерительный стержень которого устанавливается на верхнюю часть двуплечего рычага. Питание прибора осуществляется от сети 220В через лабораторный автотрансформатор.
При проведении испытаний на теплостойкость склеенный образец устанавливается в прибор. Верхняя часть испытуемого образца соединяется со штоком, а нижняя часть с Г-образной стойкой.
Испытуемый образец предварительно нагружается с помощью груза с таким расчетом,
чтобы обеспечить 1ср = 10±0,5кгс/см2
„ _ р
1ср_~'
где Р - нагрузка на образец с учетом отношений длин плеч рычага
(Ы1 = 9,5), кгс;
в - ширина испытуемого образца, см;
I н - длина нахлестки испытуемого образца, см.
Нагревательная ванна устанавливается в верхнем положении, стрелка индикатора часового типа устанавливается на «0». Включается нагрев масляной ванны. Для интенсивности нагрева 5оС/мин напряжение с помощью лабораторного автотрансформатора должно быть отрегулировано на 130 В. В процессе нагрева регистрируется температура масла в масляной ванне при помощи термометра или термопары и соответственно ей показание индикатора часового типа, т.е. перемещение конца длинной части двуплечего рычага вплоть до разрушения образца [4, 163].
Применение прибора для определения такого важного свойства, как теплостойкость клеевых соединений, позволяет обеспечить: автономность исследования теплостойкости клеевых соединений без применения разрывных машин и дополнительных нагревательных камер; установление температур стеклования, разрушения, начала и конца размягчения для любого состава клеевых композиций [5, 150].
Список литературы
1. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. Учебник для вузов. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010.
2. Моряков О.С. Материаловедение. Учебник. М.: Академия, 2010.
3. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение и технология материалов. М.: Форум, 2010.
4. Сергеенков В.Е., Дубинин С.Г., Назаркин В.Г., Молоков И.Е., Фролов В.И. Основы материаловедения. Учебное пособие. СПб.: ВАТТ, 2009.
5. Сергеенков В.Е., Молоков И.Е., Фролов В.И., Скичко Д.В. Основы материаловедения и технологии металлов. Учебно-методическое пособие. СПб.: ВА МТО, 2014.
