CC BY
160
УДК 678.066
ИЗУЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПРОПИТАННЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ КАНАТОВ С СЕРДЕЧНИКОМ ИЗ АРАМИДНЫХ НИТЕЙ
Л.Н. АНДРЕЙКОВА, к.т.н., научный сотрудник, Е.С. АНИКИН, главный конструктор, А.В. ЗУБАРЕВ, к.т.н., генеральный директор, А.А. ГОРБАТЮК, зав. лаборатории, А.А. ЧЕСНОКОВ, инженер-технолог ФГУП НТЦ «Прогресс» (Россия, 644018, Омск, ул. 5-Кордная, 4)
E-mail: otdel7@progress.ru Изучены эксплуатационные свойства канатов синтетических с латексно-резорцинформальдегидным покрытием, содержащих сердечник различной структуры из арамидных нитей и оплетку из арамидных или полиамидных нитей. Выявлено существенное влияние структуры сердечника, типа оплётки и наличия покрытия на циклическую прочность синтетического каната. Показано, что разрыв каната при испытании происходит в местах механических повреждений нити сердечника, идущих одновременно со снижением прочности каната от циклической усталости нити, причем скорость накопления механических повреждений и циклической усталости нити значительно выше для каната с линейной структурой сердечника по сравнению с плетёной структурой и без латексно-резорцинформальдегидного покрытия. Изученные эксплуатационные свойства канатов синтетических марок КС-4,5 и КС-4,5Пл с покрытием могут использоваться для конструирования и оценки качества резинотехнических изделий с каркасом из указанных канатов.
Ключевые слова: канаты синтетические, покрытие, оплетка, сердечник, эксплуатационные свойства.
В современном производстве резинокордных оболочек (РКО) на ФГУП «НПП «Прогресс» большое распространение получили изделия с силовым каркасом из синтетических канатов. Для повышения прочности связи резины с синтетическим канатом проводят пропитывание каната латексно-резорцинформальдегид-ным составом [1, 2]. РКО с каркасом из синтетического каната по сравнению с каркасом из металлического троса обладают уникальными свойствами: агрессиво-стойкостью, изгибоустойчивостью, значительно меньшей массой изделия, высокой прочностью связи каната с резиной, что особенно важно для изделий, работающих при высоком давлении и в динамических условиях.
На предприятии используют синтетические канаты марок КС-4,5 и КС-4,5Пл, состоящие из арамидного сердечника и арамидной или полиамидной оплётки.
Актуальность работы заключается в том, что указанный синтетический канат изготавливался по требованиям данного предприятия. В производстве резинотехнических изделий синтетический канат в России используется впервые, и в литературных источниках нет данных о его эксплуатационных свойствах.
Целью настоящего исследования являлось изучение эксплуатационных свойств каната синтетического с различной структурой сердечника и типом оплетки, а также влияния сушки на воздухе синтетического каната на показатели: «содержание влаги» и «прочность связи с резиной», обусловленное предложенным способом его пропитывания [2].
Суть исследований заключалась в изучении эксплуатационных свойств пропитанных канатов синтетических КС-4,5 и КС-4,5Пл с различной структурой сердечника и типом оплетки по специально разработанным на ФГУП «НПП «Прогресс» методам испытания.
В качестве пропиточного состава использовали ла-тексно-резорцинформальдегидный состав на основе отечественных латексов ДБА-1 и СКД-1с, содержащих дисперсию технического углерода. Пропитывание каната осуществляли на оборудовании и по технологии предприятия.
К основным техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам канатов синтетических марок КС-4,5 и КС-4,5Пл относятся:
1) циклическая прочность, характеризующая работоспособность изделия в процессе длительной эксплуатации;
2) разрывная нагрузка, характеризующая прочность изделия, нормативный показатель которой не менее 17,7 кН гарантируется заводом-изготовителем;
3) высокая прочность связи с резиной, характеризующая работоспособность изделия, нормативный показатель которой не менее 600 Н;
4) содержание влаги (менее 2% из-за возможного образования пузырей в готовом изделии);
5) масса адгезива на канате, характеризующая процесс его пропитывания.
Циклическую прочность каната синтетического определяли на специальном устройстве. Устройство для испытания канатов обеспечивало циклическое изменение нагрузки от 0 до 450 кгс с частотой 0,038 Гц. Контролировали количество циклов до разрушения каната, а также величину разрывной нагрузки и удлинений при разрыве единичных арамидных нитей сердечника каната до и после циклических испытаний (определяли на разрывной машине Н-10КТ).
Прочность связи с резиной определяли Н-методом по специально разработанной методике.
Содержание влаги контролировали весовым методом.
Массу адгезива на канате контролировали весовым методом.
Эксплуатационные свойства синтетических канатов
Марка каната
Показатели КС-4,5 пропитанный (оплётка полиамид) КС-4,5 пропитанный (оплётка арамид) КС-4,5 непропи-танный (оплётка арамид) КС-4,5Пл пропитанный (оплётка арамид)
Циклическая прочность, тыс. циклов 159 80 11 976
Массовое отношение адгезионного
покрытия к нитям синтетического каната, % 6,4 6,0 0,0 13,1
Прочность связи с производственной резиной, Н 1078 1078 1078
Содержание влаги, % 1,5 1,4 — 1,5
Физико-механические показатели арамидной нити сердечника
До начала испытаний:
разрывная нагрузка, Н — 137,1 125,1 148,5
удлинение при разрыве, % — 3,4 3,8 2,0
После циклических испытаний:
разрывная нагрузка, Н — 92,9 93,0 82,6
удлинение при разрыве, % — 2,7 2,8 1,0
Примечание: Канат в процессе испытаний разрушился на рабочем участке.
Результаты испытаний представлены в таблице и на рис. 1-4.
Анализ данных, приведённых на рис. 1 и 2, указывает на то, что оптимальное время сушки каната КС-4,5
на воздухе после его пропитывания перед основной сушкой в термошкафу составляет 15-40 мин. При времени сушки каната менее 15 мин снижается прочность связи с контрольной резиной и увеличивается содержание влаги, поэтому при испытании канатов осуществляли сушку их на воздухе после стадии пропитывания не менее 15 мин.
Из данных таблицы видно, что циклическая прочность каната синтетического зависит от структуры сердечника, типа оплётки и наличия покрытия на
40 50 Время, мин
Рис. 1. Изменение содержания влаги в КС-4,5 (полиамидная оплётка) в зависимости от времени сушки пропитанного каната на воздухе
800
5 10 15 20 25 35 30 40 45
Время, мин
Рис. 2. Изменение прочности связи КС-4,5 (полиамидная оплётка) с контрольной резиной в зависимости от времени сушки пропитанного каната на воздухе
200 400 600 800 1000 Количество циклов, тыс.
Рис. 3. Изменение разрывной нагрузки арамидной нити сердечника при испытании на циклическую прочность пропитанного каната КС-4,5Пл
600 800 1000 1200 Количество циклов, тыс.
Рис. 4. Изменение удлинения арамидной нити сердечника при испытании на циклическую прочность пропитанного каната КС-4,5Пл
нем. Так, пропитанный канат КС-4,5 с одинаковой линейной структурой сердечника с полиамидной оплёткой имеет циклическую прочность 159 тыс. циклов, а с арамидной — 80 тыс. циклов. В то же время канат КС-4,5 без латексно-резорцинформальдегид-ного покрытия имеет циклическую прочность всего 11 тыс. циклов. Изменение структуры сердечника на плетёную в пропитанном канате КС-4,5Пл (с арамидной оплёткой) увеличило циклическую прочность до 976 тыс. циклов. Независимо от типа оплётки и массы адгезива все пропитанные канаты имели высокую и одинаковую прочность связи с производственной резиной 1078 Н и нормативное значение содержания влаги (не более 2% мас.).
В ходе проведения циклических испытаний проводилось исследование нитей сердечника на остаточную прочность и фактические удлинения. В процессе циклических испытаний (см. таблицу и рис. 3, 4) наблюдается падение разрывной нагрузки единичной арамидной нити сердечника при одновременном снижении её удлинения при разрыве. При этом вид графических зависимостей для падения разрывной нагрузки (см. рис. 3) и удлинения при разрыве (см. рис. 4) различны. Удлинение при испытании линейно падает, и вид кривой ближе к прямой линии. Разрывная нагрузка падает криволинейно, то есть имеет более сложную математическую зависимость.
Масса адгезива не влияет на циклическую прочность каната с сердечником и оплёткой, возможно, из-за того, что пропиточный состав остается в основном на оплётке и не проникает вглубь сердечника (отмечено при визуальном осмотре сердечника). Основная часть арамидных нитей в сердечнике каната работает фактически без покрытия. Можно предположить, что это явилось главным фактором значительного сниже-
ния разрывной нагрузки нитей сердечника после циклических испытаний.
Таким образом, выявлено существенное влияние структуры сердечника, типа оплётки и наличия покрытия на циклическую прочность синтетического каната. Канат без покрытия с линейной структурой сердечника после 11 тыс. циклов разрушился, при этом разрывная нагрузка единичной нити сердечника упала на 26%. После испытаний пропитанного каната КС-4,5 в объёме 80 тыс. циклов разрывная нагрузка единичной арамидной нити сердечника с линейной структурой уменьшилась на 32%. В то же время разрывная нагрузка единичной нити сердечника каната КС-4,5Пл с плетёной структурой после 976 тыс. циклов уменьшилась на 44%. Следовательно, разрыв каната происходит в местах механических повреждений нити сердечника, идущих одновременно со снижением прочности каната от циклической усталости нити. При этом скорость накопления механических повреждений и циклической усталости нити значительно выше для каната с линейной структурой сердечника и без латексно-резорцинформальдегидного покрытия.
Практическая ценность исследования — изученные эксплуатационные свойства канатов синтетических марок КС-4,5 и КС-4,5Пл с покрытием могут использоваться для конструирования и оценки качества резинотехнических изделий с каркасом из указанных канатов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2390595 РФ, 2010. Аникин Е.С., Андрейкова Л.Н., Зубарев А.В., Чеснокова Т.С. Синтетический канат.
2. Пат. 2553963 РФ, 2015. Аникин Е.С., Андрейкова Л.Н., Зубарев А.В., Чеснокова Т.С. Способ нанесения покрытия на синтетический канат.
INVESTIGATIONS OF SERVICE CHARACTERISTICS OF PERMEATED SYNTHETIC ROPE WITH ARAMID FIBER CORE
Andreykova L.N., Cand.Sci(Tech.),
Anikin E.S.,
Zubarev A.V., Cand.Sci(Tech.),
Gorbatyuk A.A.,
Chesnokov A.A.
FGUP «NPP «Progress» (4,5-Kordnaya ul, Omsk, 644018, Russian Federation)
ABSTRACT
It is researched the service properties of the synthetic ropes with a latex-resorcinol-formaldehyde coating, that rope comprises a core of different structure from aramid fibers and a braiding from the aramid or polyamide fibers. It is revealed that the core structure, the braiding type and a presence of the coating significantly influences on synthetic rope cycle strength. It is showed that the interruption of the rope during testing occurs on the section of mechanical damages of the core fiber. The mechanical damages take place simultaneously with decrease of the rope strength due to fibers cycle fatigue. At that the rate of an accumulation of the fiber mechanical damages and the fiber cycle fatigue for rope with linear structure of the core is significant higher than for rope with braid structure and without latex-resorcinol-formaldehyde coating. The researched service properties of the ropes of brands KS-4,5 and KS-4,5Pl with coating can be used for design and quality estimation of the rubber industrial articles with a frame from the mentioned ropes.
Keywords: synthetic rope, coating, braiding, core, service characteristics.
REFERENCES
1. Anikin Ye.S., Andreykova L.N., Zubarev A.V., Chesnokova T.S. Sinteticheskiy kanat [Synthetic Rope]. Patent RF, no. 2390595, 2010.
2. Anikin Ye.S., Andreykova L.N., Zubarev A.V., Chesnokova T.S. Sposob naneseniyapokrytiya na sinteticheskiy kanat [Method of coating synthetic rope]. Patent RF, no. 2553963, 2015.
