CC BY
24УДК629.331
Технические науки
Нугаева В. О., старший преподаватель кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта» ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и
строительства», г. Пенза
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА КЛЕЕВЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Аннотация: В статье раскрывается актуальность применения клеевых составов для восстановления автотранспортных средств. Раскрывается возможность варьирования физико-механических свойств полиуретанового клея благодаря введению наполнителя. Исследуются различные свойства клеевых составов в зависимости от изменения наполнителя.
Ключевые слова: клеевые составы, наполнитель, восстановление, автотранспортные средства.
Annotation: In article the relevance of use of glue structures for restoration of vehicles reveals. The possibility of variation of physicomechanical properties of polyurethane glue thanks to filler introduction reveals. Various properties of glue structures depending on filler change are investigated.
Keywords: glue structures, filler, restoration, vehicles.
С каждым днем происходит увеличение применения клеевых составов для восстановления автотранспортных средств. Это объясняется простотой технологического процесса, быстрым восстановлением и относительно недорогими работами. Разнообразное сочетание связующего и наполнителя способствует получению клеевых полиуретановых материалов с
исключительными технологическими свойствами, а возможно и эксплуатационными [7; 8]. Наполнители способны значительно варьировать физико-механические свойства полиуретанового клеевого состава. Решение задач, связанных с разработкой клеевых материалов нового поколения, для которых свойственны высокие показатели адгезионных свойств, механической прочности, высокой теплопроводности и термостойкости, химически стойких и достаточно недорогих, невозможно без применения органических и неорганических наполнителей. Введение наполнителя в полимерные материалы повышают ударную прочность клея, в связи с тем, что наполнитель благоприятно влияет на поглощение ударных нагрузок, снижает так же напряжения (внутренние) в клеевом материале. Также наполнители не препятствуют сохранению таких свойств основы (связующего) клеевого материала, как адгезия к металлам и эластичность. В некоторых условиях клеевые составы, модифицированные, например, металлическими наполнителями, могут приобрести протекторные и ингибиторные свойства соответствующих металлов [9; 10; 11].
Наполнитель способствует снижению усадки при отверждении. Во время исследований наблюдалось сближение коэффициентов термического расширения полиуретанового клеевого состава, наполненного.
В настоящее время различают активные и инертные наполнители, активными считаются те, при которых помимо образования физических связей, присущих инертным наполнителям, возможна хемосорбция. Существуют наполнители, имеющие различные фазы: твердую, жидкую и газовую. Нас интересуют исследования так называемых инертных жидкофазных (пластификаторов) и наполнителей твердой фазы, и их совместное влияние.
При увеличении объемного количества содержания наполнителя в полиуретановой клеевой композиции развиваются два одновременных противоположных процесса, происходящих из-за возникновения границы раздела между фазами (полимерная основа - матрица и наполнитель) в композиции, поэтому образуются свойства не присущие компонентам (полимер
и наполнитель) в отдельности [4; 5; 6].
Процессы упрочнения и разупрочнения обуславливаются следующими явлениями. С одной стороны, упрочнение композита происходит за счет введения в полимерную матрицу частиц наполнителя, обладающих более высокой прочностью, чем связующее. Такое упрочнение осуществляется за счёт взаимодействия отдельных частиц наполнителя, вызывающего перераспределяющего напряжения, и перехода матричного материала в пространстве между частицами наполнителя из объемного в пленочное, с более высокой прочностью. В условиях увеличения объёмного содержания наполнителя в полиуретановой композиции пленочная фаза связующего занимает слишком больший объём, возможно, даже до образования жесткой пространственной решетки, которая образуется из равномерно распределенных частиц наполнителя и связывающей их пленочной прослойкой матрицы. При этом содержание объёмной фазы полимера в композиции уменьшается.
С другой стороны, с повышением объёмного содержания наполнителя, в полиуретановой композиции наблюдается процесс разупрочнения. Источником дефектов, в первую очередь, является поверхность раздела фаз, образовавшаяся вследствие неполной смачиваемости поверхности частиц дисперсного наполнителя связующим материалом. Из-за различия прочностных и деформативных характеристик, на границе взаимодействия (наполнитель-полимер) появляются значительные напряжения, которые вызывают образование разломов и трещин [3]. Кроме того, повышение объемного содержание наполнителя в композитном материале, приводит к увеличению пористости материала, обусловленной дефицитом вяжущего.
Применение наполнителей в форме чешуек благоприятно влияет на снижение внутренних напряжений в клеевом материале. Модификация полиуретановых клеевых составов наполнителем приводит к снижению поверхностной энергии разрушения, что благоприятно воздействует на распространение трещин в полимерном материале. Следовательно, повышается долговечность полимерного клеевого материала при динамической нагрузке.
Это возможно объяснить теоретически эффектом Кука-Гордона: механизм торможения трещин при введение в состав дисперсного наполнителя объясняет повышение трещиностойкости полимера [12].
Для того чтобы обеспечить оптимальную подвижность молекул на границе раздела фаз «полимер-наполнитель» необходимо способствовать образованию сетки редких прочных связей, сочетающихся, с большим числом, способным достаточно легко взаимодействовать, слабых связей, или немалое количество связей со средней энергией. Тем самым, создаются благоприятные условия взаимодействия этих молекул при динамическом нагружении, а также снижение времени протекания релаксационных процессов.
Наполнители порошки железа придают клеевым композициям свойства металлов и благоприятно влияют на сближение показателей коэффициентов линейного термического расширения клеев, положительно влияют на эксплуатационные свойства полиуретановых клеевых составов.
Теоретическими исследованиями, проведенными нами, установлено, что при введении в полиуретановые клеевые материалы дисперсных наполнителей, они абсорбируют низкомолекулярные соединения основы полимера, а именно, полимерной матрицы и, следовательно, увеличивают адгезионные свойства.
Минеральные наполнители, такие, как оксид алюминия, тальк и другие, имеют достаточно высокую способность абсорбировать низкомолекулярные соединения, потому что они обладают большой пористостью и поверхностью.
При взаимодействии наполнителя оксида алюминия, образуется большое количество водородных связей с функциональными группами полиуретановой основы клея, так как эти связи характерны для соединений, в состав которых входит подвижный атом водорода, а также гетероатомы с необобщенными электронами.
Одним их основных положительных эффектов при модификации клеевых составов таким дисперсным наполнителем, как оксид алюминия можно назвать уменьшение толщины полимерной прослойки клеевого шва, что увеличивает
прочность клеевого соединения, при проведении экспериментальных исследований на равномерный отрыв и сдвиг.
Следует отметить также, что немало важным преимуществом минеральных наполнителей является их относительно невысокая стоимость и, следовательно, снижение себестоимости клеевого материала.
При хранении на поверхности дисперсного наполнителя возможно образование слоя сорбированной влаги, что приводит к снижению его поверхностной энергии. Поэтому для экспериментальных исследований был выбран такой минеральный наполнитель, как гидрофобный тальк.
В работах Башкирцева В. И. [1; 2] отмечается влияние наполнителя на процесс отверждения связующего, так как происходит химическая реакция взаимодействия. Выбор наполнителей для клея зависит от конкретного его функционального назначения. В полиуретановых клеевых ремонтных составах наполнители служат важными составляющими, оказывающими воздействие на физико-механические и технологические свойства. Так, например, стальной и чугунный порошки, молотая слюда и графит являются усиливающими наполнителями, а каолин, тальк и алюминиевая пудра - инертными.
Для повышения износостойкости и коэффициента трения используются слоистые твердые смазки, а именно графит и дисульфид молибдена.
В работе [6] объясняется причина механизма смазывающего действия графита. Она заключается, в том, что в решетке сформировавшихся кристалликов графита содержатся участки с неупорядоченно располагающимися атомами, они способствуют ослаблению сил связи между слоями, доводят до расщепления кристаллы графита по всей площади спайки и образуют при трении на поверхности металла тончайшую сплошную пленку ориентированных чешуек, прочно взаимодействующих и связанных с металлом. Ввод в полиуретановый клеевой состав наполнителя графита позволило снизить коэффициент трения при удельной нагрузке Р=16 кгс/см2 с 0,4 до 0,25 при сухом трении. Полиуретановый состав, модифицированный
графитом, можно применять для восстановления углов трения, а именно опорных кольцевых и цилиндрических подшипников.
Вид восстановленных участков более эстетичен, если цвет восстанавливаемого участка совпадает с цветом основного материала, а бамперы автомобилей, в основном, выполнены из пластмасс черного цвета.
Изучение влияния наполнителей на свойства полиуретановых клеевых составов позволило сделать выводы, что модификация клеев оксидом алюминия придают составам свойства металлов и помогают сближению показателей коэффициентов линейного термического расширения клеев, а также положительно влияют на эксплуатационные свойства полученных композиций.
Библиографический список:
1. Башкирцев В. И. Опыт внедрения научных исследований по использованию адгезивов для ремонта сельскохозяйственных машин и оборудования // Достижения науки и техники АПК. 2002. №7. С.22-23.
2. Башкирцев В. И. Полимеры для ремонта сельскохозяйственной техники // Достижения науки и техники АПК. 2002. №7. С.30-33.
3. Гарькина И. А. Решение приближенных уравнений: декомпозиция пространственного движения управляемого объекта / И. А. Гарькина, А. М. Данилов, В. О. Петренко // Современные проблемы науки и образования. 2014. №5. С. 190.
4. Гарькина И. А. Из опыта разработки материалов специального назначения / И. А. Гарькина, А. М. Данилов, В. О. Петренко // Современные проблемы науки и образования. 2014. №5. С. 235.
5. Гарькина И. А. Оценка параметров сложных систем по временному и частному представлениям выходных сигналов / И. А. Гарькина, А. М. Данилов, В. О. Петренко // Региональная архитектура и строительство. 2014. №4. С. 121-126.
6. Мовилин Г. В. Восстановление автомобильных деталей полимерными материалами / Г. В. Мотовилин, В. К. Брин, Ю. И. Шальман, Ю. А. Закатов (Гос. науч. исслед. ин-т автомобильного транспорта. Ленфилиал). М. «Транспорт». 1974. 192 с.
7. Нугаев А. С. Виды герметиков и особенности их использования в ремонте автомобилей / А. С. Нугаев, В. О. Петренко, А. В. Лахно // Транспорт. Экономика. Социальная сфера. (Актуальные проблемы и их решения) сборник статей Международной научно-практической конференции г. Пенза: ПГСХА. 2014. С. 96-99.
8. Петренко В. О. Роль полимерного связующего клеевого материала в авторемонте / В. О. Петренко, Л. А. Долгова // В сборнике: Транспортные и транспортно-технологические системы международной научно-практической конференции. 2017. С.349-351.
9. Петренко В. О. Моделирование оптимальной концентрации компонентов ремонтного клеевого состава / В. О. Петренко, А. В. Лахно, Е. В. Новиков// Международный технико-экономический журнал. 2011. №.3. С. 110113.
10. Родионов Ю. В. Когнитивная модель синтеза клеевых композиций нового поколения / Ю. В. Родионов, В. О. Петренко // Мир транспорта и технологических машин. 2017. №3(58). С.20-26.
11. Родионов Ю. В. Алгоритм создания клеевой полиуретановой композиции / Ю. В. Родионов, В. О. Петренко // Мир транспорта и технологических машин. 2018. №1(60). С.3-8.
12. Родионов Ю. В. Восстановление деталей автомобилей полимерными материалами / Ю. В. Родионов, В. О. Петренко // Монография, Из-во: ПГУАС. 2018. С.164.
