Научная статья на тему 'Стойкость составов холодного отверждения и нанокомпозиций к воздействию высоких температур'

Стойкость составов холодного отверждения и нанокомпозиций к воздействию высоких температур Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
261
47
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Агроинженерия
ВАК
Ключевые слова
ХОЛОДНАЯ СВАРКА / СОСТАВ ХОЛОДНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ / ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ / МОДУЛЬ УПРУГОСТИ / РАДИАТОР / COLD WELDING / COLD HARDENING COMPOSITION / HEAT RESISTANCE / ELASTICITY COEFFICIENT / RADIATOR

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Кононенко Александр Сергеевич, Дмитраков Константин Геннадьевич

Рассмотрены способы ремонта радиаторов ДВС. Представлены результаты исследований влияния температуры на коэффициент восстанавливаемости и модуль упругости составов холодного отверждения и нанокомпозиций на их основе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

High-temperature resistance of cold hardening compositions and nanocomposites

The paper outlines some methods of engine radiator repairing. The authors present the experimental results determining the effect of temperature on the resilience and elasticity coefficients of cold hardening compositions and nanocomposites based on them.

Текст научной работы на тему «Стойкость составов холодного отверждения и нанокомпозиций к воздействию высоких температур»

ТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВИС В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

УДК 678:53

А.С. Кононенко, канд. техн. наук К.Г. Дмитраков

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

СТОЙКОСТЬ СОСТАВОВ ХОЛОДНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ И НАНОКОМПОЗИЦИЙ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Одной из основных задач в машиностроении является увеличение срока службы подверженных эксплуатационным изменениям деталей. Среди них важное место занимает радиатор системы охлаждения ДВС, обеспечивающий тепловой баланс работающего двигателя [1]. Радиатор — это в первую очередь сложный высокотехнологичный аппарат большой прочности и точности по геометрии.

Условия работы радиатора весьма экстремальны и агрессивны. Так, например, давление охлаждающей жидкости в радиаторе достигает 0,2 МПа, температура до +125 °С, вибрационные нагрузки, приводящие к усталостным разрушениям, коррозионное разрушение, различные механические повреждения, сопровождающиеся утечкой рабочей жидкости. Восстановление герметичности радиаторов системы охлаждения ДВС с помощью традиционной пайки связано с технологическими трудностями, повышенной трудоемкостью ремонтных работ и отсутствием специализированной ремонтной базы. Поэтому в последнее время в качестве герметизаторов широко используются полимерные композиты холодного отверждения на основе эпоксидных смол [2], которые получили название «холодная сварка». Среди них на российском рынке широкое распространение получили отечественные композиты Алмаз, Полирем «Лекар» и зару-

бежные — Рох1ро1, ЬоеШе и ряд других. Наибольшее применение из них получили Алмаз и Рох1ро1. Составы холодного отверждения стойки к рабочим жидкостям, вибрационным нагрузкам, старению, коррозии. Диапазон рабочих температур композитов от -50 до +150 °С.

Сведения о преимуществах и недостатках этих составов в литературных источниках отсутствуют, а практика показывает, что их свойства не всегда соответствуют эксплуатационным требованиям современной техники.

Для улучшения физико-механических свойств и повышения долговечности полимерных составов в настоящее время в качестве наполнителей активно используются наноматериалы [3]. При их введении в матрицу полимеров можно получить совершенно новые композиционные материалы, в значительной степени превосходящие по свойствам исходные составы [4]. Нанонаполнители позволяют управлять физико-механическими свойствами исходных материалов. Так, за счет введения различных наполнителей с определенной концентрацией можно в значительной степени улучшить одни свойства, при этом подавив другие, в зависимости от того, какие требования предъявляются к ремонтируемым деталям. Эти изменения обеспечиваются за счет того, что наночастицы обладают малы-

ми размерами и высокой поверхностной энергией в отличие от традиционных наполнителей, но воздействие нанонаполнителей на полимерные материалы недостаточно изучено.

Одним из свойств, влияющих на работоспособность полимерных составов, в том числе на основе эпоксидных смол, является теплостойкость, которая определяет способность составов сохранять эксплуатационные качества при повышенных температурах. Теплостойкость характеризует верхнюю границу области температур, в которой полимерные составы могут нести механические нагрузки без изменения формы.

Как показывает практика, нижняя температурная граница -50 °С в условиях эксплуатации техники является практически недосягаемой. Радиаторы системы охлаждения, как правило, в реальных условиях работают при повышенных температурах, поэтому исследования были нацелены на изучение свойств полимерных композитов при температурах, приближенных к реальным.

Для изучения теплового воздействия на композитные наноматериалы были произведены сравнения базовых составов с нанонаполненными. За основу были выбраны составы отечественного производства Алмаз и зарубежного Рох1ро1.

С целью изучения свойств композитных наноматериалов на основе исследуемых составов холодного отверждения их смешивали с наноструктурным гидроксидом алюминия А100Н (далее — бемит) и фулереновой сажей в пропорциях 100:1 и 1000:1 соответственно. Оптимальное соотношение определялось экспериментальным путем.

Составы наносились на цилиндрические стальные диски диаметром 30 мм и толщиной 5 мм, толщина покрытия составила 200 мкм. Покрытия выдерживались на открытом воздухе при температуре +20 °С в течение 24 ч. После окончательной полимеризации составы термообрабатывали в сушильно-стерилизационном шкафу ШСС-80п с автоматическим поддержанием температуры. За начальную точку термостатирования выбрали температуру +20 °С, максимальная температура составила +200 °С. Интервал увеличения температуры от начальной точки термостатирования до максимальной составил +10 °С. Образцы термостатировали при установленной температуре в течение 30 мин, после чего подвергали испытаниям на модернизированном твердомере типа ТП, оснащенным индикаторной головкой МИГ-1М [5].

С помощью твердомера ТП определяли толщину покрытия до нагружения и в момент снятия нагрузки.

МПа >'

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 20

Время нагружения замеряли по секундомеру, но составляло 60 с при давлении 10 МПа на цилиндрический индентор.

Нагрузку на шарик определяли по формуле

Р = 0,5^2

(1)

Для расчета теплостойкости тонких полимерных покрытий использовали формулу Герца, в которой теплостойкость определяется по изменению «условного модуля упругости» при нагревании («модуль упругости»):

Р

Е = 0,795-

(2)

дЗ/2д1/2 ’

где Р — нагрузка на шарик, Н; А — глубина погружения шарика в полимерное покрытие, м; d — диаметр шарика индентора, м.

Эксперименты показали, что при нагревании полимерных покрытий выше температуры их теплостойкости модуль упругости резко снижается и сводится к нулевой отметке. Так, при температуре +20 °С модуль упругости исходных составов Алмаз и Рох1ро1 составил соответственно 441 и 412 МПа (рис. 1). При нанонаполнении беми-том и фулереновой сажей эти значения для отечественных нанокомпозиций увеличились соответственно на 12,5 и 21,0 % и составили соответственно 496 и 534 МПа. Для зарубежных нанокомпозиций увеличение соответственно составило 8,2 и 15,5 %, а значения достигли 446 и 476 МПа.

Способность покрытий восстанавливать исходные размеры после снятия нагрузки характеризует коэффициент восстанавливаемости.

Коэффициент восстанавливаемости определяется по формуле, %:

Квос =

- к

100,

(3)

ко - к

где Н0 и к1 — толщина покрытия до и после нагружения (не снимая нагрузки), мкм; к2 — толщина покрытия после снятия нагрузки, мкм.

40 60 80 100 120 140 160 180 200 Т, °С

Рис. 1. Зависимость модуля упругости составов Е от температуры Т:

1 — Рох1ро1; 2 — Алмаз

Рис. 2. Зависимость коэффициента восстанавливаемости Kвос полимерных составов от температуры Т:

1 — Рох1ро1; 2 — Алмаз

Исследования показали, что при увеличении температуры коэффициент восстанавливаемости снижается для всех исследуемых нанокомпозиций. Так, для составов Алмаз и Рох1ро1 при +20 °С значения этого коэффициента соответственно составили 40,2 и 31,8 %, а с увеличением температуры до +200 °С они снизились до 5,1 и 3,3 %. Отечественный и зарубежный составы, наполненные бемитом, при +20 °С имеют значения коэффициента восстанавливаемости, равные соответственно 45,7 и 35,9 %, а при + 200 °С — соответственно 7,3 и 5,3 %. При использовании фулереновой сажи эти значения для отечественной композиции снизились с 49,5 до 8,7 %, а для зарубежной — с 38,7 до 6,5 %. Из представленных графиков (рис. 2) видно, что коэффициент восстанавливаемости отечественного состава выше зарубежного, что свидетельствует о более высоких упругих свойствах первого.

Следует отметить, что разность коэффициентов восстанавливаемости составов Алмаз и Рох1ро1, а также нанокомпозиций на их основе наиболее интенсивно уменьшается при повышении температуры выше +100 °С.

Исследования показали, что при наполнении составов бемитом теплостойкость возрастает на 6...19 %, а фулереновой сажей — на 8...24 %.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что исследуемые нанонаполнители приводят к увеличению модуля упругости и теплостойкости составов. За счет этого составы способны работать при более высоких температурах, не меняя в значительной степени свои физико-механи-

ческие свойства и отвечая современным требованиям эксплуатации техники.

Список литературы

1. Кононенко, А.С. Восстановление радиаторов / А.С. Кононенко, Р.В. Киселёв // Сельский механизатор. — 2004. — № 6. — С. 22-23.

2. Чернин, И.З. Эпоксидные полимерные составы и композиты / И.З. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. — М.: Химия, 1982. — 232 с.

3. Кононенко, А.С. Теория и практика герметизации фланцевых соединений сельскохозяйственной техники полимерными нанокомпозициями: монография / А.С. Кононенко. — М.: ФГБОУ ВПО МГАУ, 2011. — 180 с.

4. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. — М.: Физматлит, 2005. — 416 с.

5. Лебедев, Л.М. Машины и приборы для испытания полимеров / Л.М. Лебедев. — М.: Машиностроение, 1967. — 212 с.

УДК 658.562

О.А. Леонов, доктор техн. наук Н.Ж. Шкаруба, канд. техн. наук

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

АЛГОРИТМ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ

Выбор средств измерений — одна из важнейших задач метрологического обеспечения производства. От правильного ее решения зависит качество конечной продукции, промежуточного и входного контроля. Из-за наличия погрешности измерений часть годных деталей может быть забракована, а часть бракованных попадает в год-

ные. Анализ потерь от неправильного забраковы-вания или принятия изделий — сложная экономическая задача [1]. На общую экономическую эффективность контроля оказывает влияние также стоимость измерительных приборов и текущие эксплуатационные расходы, включающие в себя затраты на ежегодную поверку, на материа-

89

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.