CC BY
43
В результате удалось предотвратить наметившийся процесс прекращения производства основных марок авиационных органических стекол. Авиационные стекла марок СО-95А, СО-120 и АО-120 продолжают выпускаться ОАО «Дзержинское оргстекло».
Создана новая производственная связка - Опытный завод ФГУП «НИИ Полимеров» и ООО «Рошибус», обеспечивающая авиационные предприятия при научно -техническом сопровождении ФГУП «ВИАМ» наиболее качественным ориентированным органическим стеклом АО-120.
Несмотря на возникшие в последние годы трудности, в институте продолжаются работы по совершенствованию и созданию новых стекол - ведь будущей авиации нужны экологически безопасные в производстве стекла для замены стекла Э-2, нужны стекла для самолетов-невидимок, многие стекла со специальными свойствами.
Все эти работы получают серьезную поддержку у наших постоянных партнеров -МГУ им. М.В. Ломоносова, ФГУП «НИИ Полимеров им. академика В.А. Каргина».
По предложению ведущих ученых в области науки о полимерах начаты работы, связанные с созданием и промышленной реализацией принципиально новых, не имеющих в мире аналогов оргстекол по технологии полимер-мономерных систем. В случае практической реализации новой технологии должна быть кардинально пересмотрена не только научная концепция создания новых полимерных стекол, но и вся сложившаяся на химических и авиационных предприятиях России технологическая схема производства деталей остекления.
ФГУП «ВИАМ» примет непосредственное участие в проведении предлагаемых РАН фундаментальных исследованиях по получению новых полимерных стекол.
УДК 666.117
Т.С. Тригуб, И.В. Мекалина, М.К. Айзатулина НОВОЕ АВИАЦИОННОЕ СТЕКЛО МАРКИ ВОС-1
Проблема создания органических стекол для остекления летательных аппаратов нового поколения возникла в связи с прекращением производства наиболее теплостойких отечественных фторакрилатных оргстекол с рабочими температурами до 200-250°С. Восстановление производства фторакрилатных оргстекол марок Э-2 и СО-200 требует чрезвычайно больших материальных затрат, несоизмеримых с заказами авиационной промышленности на эти материалы. Широко применяемые серийные полиметилметакрилатные (ПММА) оргстекла марок СО-120 и АО-120 не способны удовлетворить возросшие требования по рабочим температурам. В табл. 1 приведены основные показатели полиакрилатных органических стекол, выпускаемых в настоящее время.
Таблица 1
Свойства органических ПММА стекол
Свойства Показатели свойств стекол
С0-120А А0-120 С0-120Т С0-133К Т2-55
Температура стеклования, °С 120 120 117-120 133-137 133-137
Прочность при растяжении,
МПа, при температурах, °С:
20 81,5 83,0 84,0 99,6 85,0
100 24,0 18,5 19,0 39,6 37,0
120 - - - 20,0 21,5
Удлинение в момент разры-
ва, %, при температурах, °С:
20 4,0 20,0 4,0 3,7 3,3
100 50 >60 55,0 11,0 21
120 - - - 16,0 >75
Ударная вязкость при 20°С, 16,5 31-40 16,0 15,0 15,0
кДж/м2
Коэффициент интегрального 92 90-92 92 88-90 88-90
светопропускания, %
Светостойкость (после УФО 2,5-1,5 2,5-1,5 1,5 2,5 2,5
в течение 50 ч), % (не более)
Рекомендации по Полный Полный Полный про- Полный про- Полный прогрев
применению прогрев до прогрев до грев до грев до до +100°С, пе-
+80°С, пе- +80°С, пе- +80°С, пере- +100°С, пе- репад до
репад до репад до пад кратко- репад до 140/30°С
120/30°С 130/60°С временный 140/60°С 140/30°С
Установленные рабочие температуры приведенных полиакрилатных оргстекол не превышают 140°С в условиях одностороннего нагрева.
Исследования, представленные в работе, направлены на решение задачи создания авиационных оргстекол более дешевых, чем фторакрилатные, с рабочей температурой до 160°С. На основании исследований по повышению рабочих температур органических стекол путем их физического модифицирования - ориентации - установлена возможность применения ориентированных оргстекол при кратковременных воздействиях температур выше температуры стеклования. Однако экспериментально показано, что в результате многократного воздействия термоударов при 160°С происходит дезориентация поверхностного слоя органических стекол А0-120 и СО-133К и снижается их «серебростойкость» до уровня стойкости оргстекол в неориентированном состоянии.
Как наиболее целесообразное и доступное направление создания органических стекол с рабочими температурами 160°С и выше выбран путь модифицирования сополимерных ак-рилатов, обладающих требуемой механической прочностью при повышенных температурах, но имеющих ограниченный ресурс из-за низкой атмосферостойкости, свето- и термостабильности.
При поиске базового оргстекла для модифицирования критерием оценки выбрана характеристика стойкости к растрескиванию сополимерных акрилатных стекол под действием приложенных нагрузок, вызывающих на поверхности напряжения, аналогичные эксплуатационным*, и при совместном воздействии напряжений и растворителей по ММ 1.2.014.2002.
* Авиационные материалы: Справочник, Т. 7, ч. 2. Термопластичные материалы и пенопласты.- 6-е изд., перераб. и доп. - М.: ВИАМ, 1977, с. 8-70.
Полученная зависимость «серебростойкости» от уровня напряжений наглядно показывает значительное превосходство в работоспособности под нагрузкой оргстекла Т2-55 по сравнению с серийными гомополимерными стеклами, в том числе и в ориентированном состоянии (оргстекло АО-120). Установлено, что при напряжении 20 МПа время до появления «серебра» под действием ацетона у ориентированного стекла АО-120 и оргстекла Т2-55 составляет 25 и 110 с соответственно.
По техническим требованиям ВИАМ в ФГУП «НИИ Полимеров» проведены работы по химическому модифицированию оргстекла Т2-55 с целью повышения его свето- и термостабильности и рабочей температуры. Подобрана и введена в состав новая окислительно-восстановительная система на основе гидроперекиси кумола и тетратиомочевины, которая оказывает положительное влияние на повышение термостабильности полимера. Дополнительно в состав введены УФ стабилизаторы, УФ адсорберы, термостабилизаторы и подобраны оптимальные соотношения всех компонентов. Получена оптимальная рецептура модифицированного оргстекла Т2-55М марки ВОС-1.
Отработана технология изготовления термостабилизированного оргстекла оптимальной рецептуры ВОС-1 в виде крупногабаритных листов размером до 1400x1600x12 мм на промышленной установке в условиях опытного производства. Разработаны технические условия ТУ 2216-396-00202947-2003 «Стекло органическое термостабильное марки ВОС-1 (Т2-55М)».
На образцах из четырех партий крупногабаритных листов оргстекла ВОС-1 проведены исследования физико-механических, теплофизических, оптических свойств, термостабильности, «серебростойкости» и стойкости оргстекла к воздействию тепловых, световых, влажностных факторов и атмосферному старению; проведено опробование формования и ориентации оргстекла и исследование его формоустойчивости при одностороннем воздействии температур до 160°С; разработано «Дополнение № 1» к паспорту № 489.
В табл. 2 приведены показатели основных физико-механических и оптических характеристик оргстекла ВОС-1.
Таблица 2
Физико-механические и оптические характеристики оргстекла ВОС-1
Свойства Показатели свойств стекла
в исходном состоянии после теплового старения (полный прогрев) по режиму
140°С,500 ч 160°С, 50 ч
Коэффициент светопропускания, % 90 88,4 89,0
Предел прочности при растяжении, МПа 91 84 89
Относительное удлинение при разрыве, % 4,6 4,3 4,8
Модуль упругости при растяжении, МПа 4000 - -
Коэффициент Пуассона 0,37 - -
Удельная ударная вязкость, кДж/м2 25 26,5 27,8
Установлены преимущества модифицированного органического стекла ВОС-1 по сравнению с исходным стеклом Т2-55:
- снижение водопоглощения в 4 раза и повышение водостойкости (сохранение уровня ударной прочности) на 68%;
- повышение светостабильности на 47%;
- повышение термостабильности (сохранение уровня ударной прочности) на 170%;
- снижение коэффициента желтизны в 2 раза и более в исходном состоянии и после теплового старения при температурах 160 и 180°С;
- повышение ударной прочности на 67%.
По сравнению с зарубежным аналогом - стеклом марки Плексиглас ОБ 245 и ОБ 249 фирмы «Рём» (Германия) - оргстекло ВОС-1 имеет превосходство в теплостойкости, термостабильности и рабочей температуре на 20-25°С*.
На основании результатов определения оптических, физико-механических свойств, «серебростойкости», термостабильности и испытаний стойкости оргстекла к циклическим термоударам при температурах до 160°С на образцах и отформованных моделях остекления даны рекомендации по условиям эксплуатации оргстекла ВОС-1 в деталях остекления летательных аппаратов в интервале температур от -60 до +160°С в условиях одностороннего нагрева, в том числе при перепаде температур 140/80°С - длительно (до 500 ч), при 160/80°С - циклами по 5-10 мин в течение 500 лётных часов.
Выпуск оргстекла ВОС-1 осуществляется на опытном заводе ФГУП «НИИ Полимеров».
По стоимости оргстекло ВОС-1 имеет значительные преимущества: в 1,5-2 раза дешевле серийно применяемого оргстекла АО-120 и в 40 раз дешевле фторакрилатных теплостойких оргстекол.
УДК 666.117
И.В. Мекалина, Т.С. Тригуб, Е.Г. Сентюрин
УСТОЙЧИВОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКОЛ К ОДНОСТОРОННИМ ТЕМПЕРАТУРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ
В процессе эксплуатации органические стекла подвергаются различным температурным воздействиям, приводящим к образованию на поверхности напряжений. Одним из наиболее опасных температурных воздействий является возникновение напряжений в органическом стекле под действием термоударов - мгновенных смен температуры на внешней стороне детали остекления. В момент воздействия термоударов в органическом стекле возникают временные напряжения, величина которых прямо пропорциональна перепаду температур, температурному коэффициенту расширения, модулю упругости. В диапазоне температур, близком к температуре стеклования материала, под действием термоударов могут возникать остаточные напряжения, - в зависимости от температурных условий эти напряжения могут быть сжимающими (возникает упрочняющий эффект закалки) или растягивающими, способными вызывать растрескивание и разрушение материала. При этом если закалочные остаточные напряжения, связанные с неравномерным охлаждением и изменением размеров в зависимости от температурного коэффициента расширения материала, не могут увеличиваться при воздействии повторных термоударов, то напряжения, возникающие из-за усадок в материале, увеличиваются во времени при повторных циклах термоударов по закону, характеризующему термоусадку материала при данной температуре.
Проведено исследование органических стекол (как материалов - без учета их конструктивного оформления) на стойкость к температурным воздействиям по методике «Исследование органических стекол на стойкость к термоударам». Методика заключается в последовательном проведении следующих операций: разогрев металлического индентора до заданной температуры, приложение основания разогретого индентора к поверхности оргстекла, снятие индентора, охлаждение стекла в естественных условиях до комнатной температуры. При локальном кратковременном нагреве поверхности материала при температурах, не вызывающих в материале усадки и структурных изменений, тонкий поверхностный слой ра-
