CC BY
14
The paper considers the results of the practical implementation of the method of electromechanical hardening of the working surfaces of the spline bushing on the example of the bushing of the gear pump NSh-50. A comparative analysis of the effectiveness of existing methods and the proposed method for manufacturing the gear pump bushing NSh-50 is performed.
Key words: gear pump NSh-50, spline connection, spline sleeve, working surfaces, electromechanical hardening.
Morozov Alexander Viktorovich, doctor of Technical Sciences, Associate Professor, head of chair, alvi.mor@mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agrarian University P.A. Stolypin,
Eremeev Anatoly Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, erem.an@mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agrarian University P.A. Stolypin,
Musharapov Damir Ruzalevich, postgraduate, damir1993233@rambler.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk state agrarian University P.A. Stolypin,
Abramov Alexander Evgenievich, senior lecturer, abram-alex@,mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk state agrarian University P.A. Stolypin,
Shamukov Nyazif Iksanovich, senior lecturer, shamukov_ni@,mail. ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk state agrarian University P.A. Stolypin
УДК 655.225.262.1; 655.225.6; 773.92 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-256-262
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО НАБУХАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОСЛОЙНОГО МАТЕРИАЛА
Д.И. Байдаков, Л.Ю. Комарова
Разработан метод количественной оценки взаимодействия многослойного материала с растворителем. Последствия воздействия растворителей на материал предложено определять по величине предельного набухания его поверхности. Достоинство метода заключается в том, что определяемая величина предельного набухания поверхности внешнего слоя материала не зависит от времени набухания и в наименьшей степени подвержена влиянию свойств нижерасположенных слоев.
Ключевые слова: многослойный материал, офсетное резинотканевое полотно, растворители, предельное набухание, краскопередающий слой, поверхность материала.
Свойства многослойного материала представляют собой интеграцию свойств его отдельных слоёв. При этом существенное влияние на интеграцию оказывает характер взаимодействия между слоями. Несомненный практический интерес представляет изучение поведения отдельных слоёв при внешнем воздействии на материал, а также степень их взаимовлияния.
При воздействии растворителей на многослойный материал в контакт с жидкой фазой в первую очередь вступают поверхностные слои. Для оценки степени набухания верхнего слоя традиционный весовой метод, заключающийся в периодическом взвешивании образца, находившегося определенное время в жидкости, для многослойного материала не пригоден. При погружении образца целиком в растворитель набухают все
256
его слои и вычленить набухание какого-либо одного слоя затруднительно. Исследование набухания в растворителях поверхностного слоя конкретного индивидуального материала может дать результаты, отличные от его поведения в многослойном образце, особенно, если толщина поверхностного слоя небольшая и свойства нижележащих сло-ёв различны.
В работах, посвященных набуханию, исследуют чаще всего однородные материалы [1]. Набухание композиционных или многослойных материалов оценивают по изменению массы [2, 3] или линейных размеров всего образца [4].
В работе [5] предложена разновидность весового метода для оценки набухания в растворителях поверхностного краскопередающего слоя (КС) многослойного офсетного резинотканевого полотна (ОРТП). Степень набухания КС определяют по результатам взвешивания образца до и после его часового контакта с керосином. Образец в виде круглой пластины помещают в крышку металлического стакана, предварительно заполненного наполовину керосином, и переворачивают на 180°. Набухание КС оценивают по количеству растворителя, поглощенного единицей поверхности ОРТП, контактировавшей с керосином.
На наш взгляд, описанный метод не лишен недостатков. Во-первых, интервал времени, затрачиваемый на высушивание и взвешивание образца после контакта с растворителем, может оказывать влияние на результат в случае оценки набухания образца в легколетучей жидкости из-за её десорбции. Во-вторых, оценку степени набухания производят при одной и той же продолжительности контакта с растворителем ОРТП, имеющих разную толщину КС. При этом в некоторых случаях степень набухания КС при его большой толщине может составлять различную долю от насыщения, а в других случаях приводить к полной проницаемости тонкого КС и поглощению растворителя другими слоями полотна. В-третьих, по полученным одноразовым данным невозможно определить начальную скорость набухания КС, а также его предельное набухание, величину которого необходимо знать для обеспечения нормального процесса печатания [6].
Ранее был предложен метод изучения физико-химических и упругоэластичных свойств ОРТП, основанный на анализе цифровых микрофотографий торцевых срезов образцов (рис. 1, а), названный «оптическим» [7]. Например, с помощью микроскопа и цифровой аппаратуры микрофотографии получают, при набухании в течение непрерывного нахождения образца в растворителе.
Современные цифровые технологии позволяют получать фотоснимки с высоким разрешением и в результате этого определять изменения линейных размеров предметов, с высокой точностью (рис. 1, б).
Для однородного материала установлено соотношение между весовым, объемным и оптическим методами оценки набухания [8]. Было показано, что оптический метод может рассматриваться как метод получения достоверных результатов исследования физико-химических и упругоэластичных свойств материалов, в том числе многослойных. Применение оптического метода при изучении набухания даёт возможность эквивалентно заменить результаты многосуточного изменения веса всего образца часовым набуханием его торцевой поверхности.
Изменение формы образцов ОРТП после набухания (рис. 1, в) происходит в результате различной степени набухания КС по его толщине: степень набухания поверхности наибольшая, а около тканевого слоя наименьшая. Следовательно, степень набухания КС, изготовленного из одного и того же каучука, в одном и том же растворителе будет зависеть от его толщины, поскольку тормозящее влияние на набухание нижележащих тканевых слоёв будет возрастать при уменьшении толщины КС. Таким образом, практический интерес представляет разработка такого метода оценки набухания КС, который учитывал бы его толщину и не зависел от продолжительности набухания.
Ниже приводится описание разработанного метода оценки предельного набухания поверхности КС, непосредственно контактирующей с типографской краской, растворителями, смывками, растворами. Величина предельного набухания поверхности будет характеризовать взаимодействие с жидкостями КС конкретной толщины, и не будет зависеть от продолжительности процесса.
Рис. 1. Фотографии: торцевого среза образца (а), краскопередающего слоя ОРТП Atlas Web и масштабной линейки (б); образцов ОРТП после часового набухания
в керосине (в)
Предельное набухание поверхности КС было найдено по результатам оценки предельного набухания его отдельных участков. В свою очередь, предельное набухание отдельных участков КС было рассчитано по результатам кинетики набухания с использованием гиперболической зависимости, рекомендованной в работе [9].
Кинетические кривые набухания отдельных участков КС получают путем следующей обработки его микрофотографий. С помощью программного пакета PowerPoint для Windows изготавливают слайды, на которых размещают текущие фотографии КС. На снимках образца до набухания и набухающего образца выбирают метки, которые можно было бы идентифицировать на исходном и набухающем образце. Опорные метки, выбранные для измерения изменения относительных геометрических размеров четырех участков КС, выделены на образце кружками (рис. 2).
На рис. 2 приняты следующие обозначения: 5i,t и Hi,t - соответственно размер и степень набухания i-го участка КС ко времени t. Размеры участков берут свое начало от поверхности образца. Размер четвертого участка равен толщине КС. Цифры у горизонтальных прямых - расстояния в сантиметрах этих прямых от верхнего края слайда. Зная размеры участка до набухания 5i,o и его текущее значение в набухающем образце 5i,t , можно определить степень набухания i-го участка Hi,t по истечении определенного времени набухания:
Ям =
,t -ô, ,0
£
100%.
i ,0
При расчете степени набухания участков цифровое значение их истинных размеров необязательно, поскольку степень набухания величина относительная, безразмерная и может быть найдена как отношение линейных размеров участков на фотографиях, полученных в одном масштабе.
Совокупность фотографий, полученных в одном масштабе в течение набухания и обработанных подобным образом (рис. 2), отражает кинетику процесса и по методике, описанной в работе [9], дает возможность найти предельное набухание каждого участка КС.
\о = 1.34 б20= 4.75 S3.0 = 8.61 ®4,0,кс = 12.46
11.60
7.10
15.70
1.53 3.15
0160 = 1.62
Н160 = (1.62 - 1.341/1.34 = 0.209 S260 = 5.57
Н2.60 = (5.57 - 4.75)/4.75 = 0.173
ö„0 = 10.07
Н3.60 = (10.07 - 8.61 )/8.61 = 0.170
S4.60.Kc = 14.17
= (14.17 -12.46)/12.46 = 0.137
-е-
Н
Рис. 2. Обработка с помощью Microsoft Office PowerPoint фотографии краскопередающего слоя ОРТП Atlas Web, набухавшего 60 мин в смеси керосина
и пропанола-2 в соотношении 1:1
Экспериментально установлено, что с удалением нижней границы участка от поверхности степень его набухания уменьшается за счет возрастающего влияния тканевого слоя полотна на прилегающие к нему области КС. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что наибольшую предельную степень набухания будет иметь поверхность КС.
Размеры каждого i-го участка составляют определенную долю в толщине КС: 9i,o = 5i,o / 5кс,о. С уменьшением размера первого от поверхности участка, т. е. с уменьшением его доли в общей толщине КС, можно в пределе приблизиться к поверхности полотна и найти степень её предельного набухания.
Конкретные экспериментальные данные, отражающие увеличение предельного набухания слоев при уменьшении их размеров за счет приближения нижней границы слоя к поверхности КС (рис. 3), можно представить в виде уравнения парной регрессии:
Hi,» = - 6,0 • 9i,o + 21 с коэффициентом корреляции R = 0,98.
Для поверхности КС параметр 9i,o принимает нулевое значение, а предельная степень набухания поверхности согласно уравнению регрессии будет равна 21 %.
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Доля <p¡ размера участка КС от его общей толщины
Рис. 3. Предельное набухание участков краскопередающего слоя ОРТП Atlas Web в смеси керосина и пропанола-2 в соотношении 1:1
Для нахождения предельного набухания поверхности многослойного материала необходимо:
1. Получить микрофотографии поверхностного слоя образца материала до набухания и через промежутки времени непрерывного нахождения образца в растворителе, например, через 1, 3, 5, 10, 15, 30, 45 и 60 мин.
2. На фотографиях выбрать не менее трех уровней по толщине поверхностного слоя. Нижний уровень должен соответствовать границе между слоями. Рассчитать долю ф размеров выбранных участков в общей толщине исследуемого слоя.
3. Для перечисленных выше значений продолжительности набухания определить текущую степень набухания участков между уровнями.
4. По данным кинетики набухания по методике, описной в работе [9], определить предельную степень набухания выбранных участков КС.
5. Получить уравнения парной регрессии между значениями предельного набухания участков и доли их размера в общей толщине слоя. При ф = 0 определить значение степени предельного набухания поверхности многослойного материала.
Показатель предельного набухания поверхности многослойного материала представляет собой характеристику, непосредственно связанную с конструкцией композита. На основании полученных результатов можно предположить, что при различной толщине наружного слоя, изготовленного из одной и той же каучуковой композиции, но имеющего разную толщину, предельное набухание его поверхности в одном и том же растворителе будет различным из-за разной степени влияния прилегающих слоев. Указанная причина ставит под сомнение применение правила «подобное растворяется в подобном» при оценке набухания КС в зависимости от полярности каучуковой композиции и воздействующей жидкости, которое упоминается в работе [10]. Может оказаться, что поверхность КС малой толщины из полярного каучука будет меньше набухать в полярном растворителе, чем толстый слой из того же каучука в неполярной жидкости.
На рис. 4 в качестве примера приведены результаты применения предложенного метода определения предельного набухания поверхности многослойного материала, которым является ОРТП.
Степень предельного набухания поверхности полотна (рис. 4, кривая 1) больше соответствующего показателя для всего КС (рис. 4, кривая 2), определенного по изменению его линейных размеров. Параллельно в ходе выполненных исследований было установлено проявление синергизма при набухании ОРТП в смесях керосина и пропа-нола-2. Совместное действие этих растворителей превосходит простую сумму действий каждого из них. Явление синергизма следует учитывать при составлении рецептуры смывок и увлажняющих растворов.
Разработанный метод определения предельного набухания поверхности многослойного материала рекомендуется применять для объективной оценки его взаимодействия с жидкостями. Значение предельного набухания поверхности, во-первых, не зависит от времени набухания, поскольку оно в этом случае равно бесконечности, а во-вторых, в наименьшей степени подвержено влиянию свойств нижерасположенных слоев.
Н0,»'%
О-----1
о го 40 во во ico %
керосин л pon а нол-2
проланол-2, % о ó
Рис. 4. Степень предельного набухания поверхности (1) и всего (2) краскопередающего слоя полотна Atlas Web в смесях керосина и пропанола-2различного состава
Показатель предельного набухания поверхности многослойного материала предлагается применять в качестве его конструкционной характеристики, значение которой определяют физико-химические свойства и толщина верхнего слоя, а также свойства нижерасположенных слоев.
Список литературы
1. Конюхов В.Ю., Бенда А.Ф., Шпынева М.А. Исследование набухания флек-соформ фирмы «Дюпон» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 3. 2013. С. 173-182.
2. Бобрышев А.Н., Ерофеев В.Т., Воронов П.В., Бобрышев А.А., Гаврилов М.А., Барменков А.С. Кинетические режимы набухания и растворения композитов //Фундаментальные исследования. 2016. № 6-1. С. 29-35.
3. Курбатов В.Г., Индейкин Е.А. Исследование процесса набухания и параметров сетки эпоксидных покрытий, содержащих полианилин // Пластические массы. 2016. № 5-6. С. 12-14.
4. Тихомиров Л.А., Горячев С.А. Исследование кинетики разбухания композиционной фанеры в зависимости от размеров ячеек армирующего материала // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2008. № 21. С. 281-284.
5. Белокрысенко В.Ф., Токарев В.Н., Белоусова И.П., Машинцева Н.В. Влияние печатно-технических свойств ОРТП на качество печати и тиражестойкость офсетного декеля: Сайт журнала «КомпьюАрт», выпуск № 5, 2007. [Электронный ресурс] URL: https://compuart.ru/article/17598 (дата обращения: 10.02.2021).
6. Белокрысенко В.Ф. Офсетные резинотканевые пластины и поддекельные материалы в печатном процесс: Сайт «KM.RU». [Электронный ресурс]. URL: https://www.km.ru/referats/E4BF27F6C53141AF86A3D67882E58D60 (дата обращения: 10.02.2021).
7. Байдаков Д.И. Оптический метод определения набухания краскопередающе-го слоя офсетных резинотканевых полотен // Вестник МГУП. М.: МГУП, 2012. № 12. С. 124-128.
8. Байдаков Д.И. Кинетика набухания сшитых эластомеров в растворителях // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела, М.: МГУП, 2013. № 2. С. 3-8.
9. Байдаков Д.И. Математическое описание кинетики набухания сшитых эластомеров в растворителях // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. М.: МГУП, 2014. № 2. С. 3-9.
10. Баюшкина Л. Не просто «резина»! Офсетное полотно и его влияние на жизнь полиграфистов: Сайт журнала «Publish», № 10, 2015. [Электронный ресурс] URL: https://www.oktoprint.ru/upload/mag articles/publish-10-2015-ofset-blankets.pdf (дата обращения: 04.03.2021).
Байдаков Дмитрий Иванович, канд. техн. наук, доцент, dinibaid2012@yandex.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Комарова Людмила Юрьевна, канд. техн. наук, доцент, luknew@yandex.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
METHOD FOR DETERMINING THE MAXIMUM SWELLING THE SURFACE OF THE MULTILAYER MATERIAL
D.I. Baidakov, L.Yu. Komarova 261
This article proposes a method for quantitative assessment of interaction of multilayer material with a solvent. It is proposed to assess the effect of solvents on the material by the value of its surface's maximum swelling. The advantage of this method is that the determined value of outer layer's surface maximum swelling does not depend on the time of swelling and is least influenced by the properties of lower layers.
Key words: multilayer material, offset rubber-fabric blanket, solvents, maximum swelling, ink-transferring layer, surface of the material.
Baidakov Dmitri Ivanovich, candidate of technical science, docent, docent of department, dinibaid2012@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Komarova Lyudmila Yurievna, candidate of technical science, docent, docent of department, luknew@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 77.023.4 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-262-265
ЗАВИСИМОСТЬ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ФОТОГРАФИЧЕСКОГО ПРОЯВЛЕНИЯ
О.В. Демьянов
Рассмотрено влияние времени проявления на изменение оптической плотности. Анализируются функциональные зависимости и определяются факторы, влияющие на изменение оптической плотности от продолжительности проявления.
Ключевые слова: зависимость, оптическая плотность, период индукции, проявление.
Оптическая плотность - самый важный показатель фотографического изображения, так или иначе влияющий на все остальные параметры. Именно почернение лежит в основе фотографических процессов и является результатом физико-химических реакций, происходящих в фотоматериале во время экспонирования и проявления. Оптическая плотность при этом зависит от светочувствительности материала и много внимания уделяется изучению зависимости оптической плотности от экспозиции. Но процесс проявления тоже играет свою роль [1].
Величина оптической плотности изображения возрастает при увеличении продолжительности процесса проявления.
Раскрытие функциональной зависимости Б = f (/) в первоначальной форме имело вид
б=Бгл (1 - а), (1)
где Б - оптическая плотность при времени проявления Бх - предельная оптическая плотность; а - некоторая постоянная дробная величина.
После предположения о зависимости скорости проявления от скорости диффузии проявителя к зернам бромистого серебра, уравнение приняло следующий вид:
Б = Я (1 - е-й ), (2)
где к - константа скорости проявления; е - основание натурального логарифма.
262
