Влияние нанонаполнителей на прочностные характеристики анаэробных полимерных материалов, используемых при восстановлении подшипниковых узлов

Кононенко А.С.; Кузнецов И.А.; Соловьева А.А.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070

спецификацию (индивидуальное задание);

4) по ассоциативным чертежам и описанию работы технического узла, выполнить чертеж общего вида (индивидуальное задание);

5) по моделям 3D узла выполнить эскизы деталей (в карандаше), измерение проводить на компьютере;

6) по чертежу общего вида выполнить чертежи деталей (деталировка).

Разумеется, студенты должны быть обеспечены персональными компьютерами. Определенные трудности при обучении студентов, могут возникнуть при доступности всех заданий сразу, но это решается технически.

Определяющим при выполнении и приеме заданий по дисциплине «Инженерная графика», в предложенном варианте, является компетентность и добросовестность преподавателей. Контрольные работы по сдаче модуля студенты, в основном, выполняют на компьютерах.

Таким образом, мы можем констатировать, что положительным моментом в обучении инженерной графики является возможность оперативно находить в интернете учебную и справочную литературу и использовать ее при выполнении электронного варианта задания, индивидуальности самого задания, а самое главное, инновации в соответствии с требованиями графической подготовки на современном уровне обучения в высшей школе.

УДК 678.5-1

А.С. Кононенко

Д.т.н., профессор И.А. Кузнецов

Магистрант

А.А. Соловьева

Аспирант МГТУ имени Н.Э. Баумана Москва, Российская Федерация

ВЛИЯНИЕ НАНОНАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЭРОБНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ

ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

Аннотация

В статье изучена проблема износа посадочных мест под подшипники качения в корпусных деталях машин, описан способ восстановления посадочных мест полимерными материалами, а также показано влияние нанонаполнителей на механические свойства полимерных композиций.

Ключевые слова

Восстановление, адгезия, полимерные материалы, посадочные места под подшипники,

нанокомпозиции, нанонаполнители.

Подшипниковые узлы являются одними из наиболее ответственных соединений в корпусных деталях, а выход их из строя надолго выводит машину из эксплуатации, поэтому повышение долговечности подшипниковых узлов и снижение себестоимости их восстановления путем использования нового технологичного метода, является актуальной задачей.

При эксплуатации подшипников на поверхности посадочного места возникают различные дефекты, такие как окислы, трещины, продукты коррозии, сколы и др. Изнашивание происходит в результате многих

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070_

сложных процессов, протекающих на сопрягаемых поверхностях подшипникового узла, однако основными причинами износа посадочных мест в процессе эксплуатации являются фреттинг-коррозия и проворачивание наружных колец.

Традиционные способы восстановления, такие как сварочно-наплавочные, электроконтактное напекание порошков, обладают как преимуществами, так и недостатками, которые не позволяют широко их применять в ремонтном производстве. Также их применение не предотвращают фреттинг-коррозию сопрягаемых поверхностей.

В настоящее время широкое распространение находит ремонт полимерными материалами, который исключает недостатки, присущие традиционным способам восстановления и может быть использован взамен их. Суть такого способа восстановления заключается в том, что на поверхности посадочного места формируется упругий промежуточный слой, деформация которого способствует более равномерному распределению нагрузки между телами качения, что в итоге повышает долговечность подшипников и значительно увеличивает рабочий ресурс техники [1].

Химическая промышленность полимерных материалов постоянно обновляет номенклатуру. Есть множество разновидностей герметиков с различными свойствами и характеристиками, однако для восстановления посадочных мест под подшипники наиболее часто используются анаэробные полимерные составы. Наибольшее распространение на российском рынке получили анаэробные герметики фирм "LOCTAIT" (Англия), "THREE BOND" (Япония), НИИ полимеров им. академика В.А. Каргина и ООО «Технобазис» (РФ).

Недостатками полимерных материалов являются их невысокие упругие свойства, а также недостаточная стойкость к вибрационным нагрузкам и рабочим жидкостям. Но модифицирование полимерного материала позволяет значительно улучшить эти свойства [2].

С целью изучения изменения свойств при модификации, исследовался анаэробный состав - LOCTAIT-660 и его отечественный аналог Анакрол-102. Их модифицировали наиболее распространенными наполнителями, изготовленными в НПП «Центр нанотехнологий» - наноразмерным оксидом алюминия альфа типа со средним размером частиц 80 нм (далее - AI2O3) и многослойными углеродными нанотрубками DEALTOM размером D = 49,3±0,45 нм (далее - УНТ). Оптимальная концентрация наполнителя определялось экспериментальным путем.

Адгезионная прочность полимерных материалов оценивается несколькими методами, но для полимерного материала, работающего в соединении «посадочное место - наружное кольцо подшипника», наиболее приемлемой является оценка этого показателя по нормальным (в соответствии с ГОСТ 14760-69) и касательным (в соответствии с ГОСТ 14759-69) разрушающим напряжениям.

Экспериментальные исследования показали, что модифицирование исходных полимерных составов наночастицами приводит к увеличению значения прочности (рис. 1).

7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5

Loctait-660 + A12O3 Loctait-660 + УНТ Анакрол-102 + A12O3 Анакрол-102 + УНТ

0%

0,10%

0,50%

1%

График 1 - Влияние наполнителей на величину нормальных разрушающих напряжений полимерных составов и нанокомпозиций на их основе

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070_

Так, при наполнении составов AI2O3, наилучшие показатели достигались при концентрации 0,1% по массе, при этом значение нормальных разрушающих напряжений у LOCTAIT-66O увеличилось с 4,0 до 6,3 МПа, а у Анакрола-102 с 5,15 до 6,74 МПа, что соответственно составило 57,5 и 30,9 %. При наполнении составов УНТ, наибольшие значения прочности имели образцы с концентрацией этого наполнителя 0,5%. У LOCTAIT-66O значения напряжений увеличились с 4,0 до 5,6 МПа, у Анакрола-102 с 5,15 до 5,9 МПа, что соответственно составило 40,0 и 14,6 %. Аналогичные результаты были получены при исследовании прочности по касательным разрушающим напряжениям. Анализ результатов исследований показал, что наибольшее влияние наполнители оказывают на адгезионную прочность состава L0CTAIT-660. Это, на наш взгляд, связано с тем, что в составе отечественного аналога Анакрол-102, уже присутствуют наполнители, обеспечивающие увеличение прочностных характеристик.

В соответствии с данными работ [1, 2], прочностные характеристики полимерных составов уменьшаются с увеличением толщины клеевого шва. С целью подтверждения этой теории, проводились исследования по определению зависимости адгезионной прочности, оцениваемой по нормальным разрушающим напряжениям, от толщины клеевого шва анаэробных составов L0CTAIT-660 и Анакрол-102, а также нанокомпозиций на их основе (рис. 2).

6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3

0,01

Loctait-660

Loctait-660 + УНТ

0,10 0,20

Loctait-660 + A12O3

7

6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3

0,01

0,10

АНК-102 АНК-102 + A12O3 АНК-102 + УНТ

0,20

7

Рисунок 2 - Зависимости величины нормальных разрушающих напряжений анаэробных составов от толщины клеевого шва: а - Loctite-660; б - Анакрол-102

Исследования показали, что при увеличении толщины клеевого шва с 0,01 до 0,2мм адгезионная прочность составов снизилась для ненаполненного состава Анакрол-102 и его композиций с УНТ и АЬОз соответственно на 22,7, 9,1 и 6,9 %. Для состава Loctite-660 и композиций на его основе с УНТ и АЬОз эти значения соответственно составили 17,5, 8,9 и 5,6 %. Снижение прочностных характеристик, скорее всего, связано с тем, что с увеличением объема полимерного материала, возрастает вероятность возникновения микродефектов. Тем не менее, анализ результатов исследований показал, что модификация полимерных составов наполнителями способствует значительному повышению прочностных характеристик композиций при толщинах 0,1 и 0,2 мм. Так, у нанокомпозиций отечественного состава Анакрол-102 с УНТ и АЬОз прочность при толщине слоя 0,2 мм, оказалась выше, чем у ненаполненного состава, соответственно на 36,8 и 57,5 %, а у композиций на основе Loctite-660 с УНТ и АЬОз такое увеличение соответственно составило 54,5 и 80,3 %. Результаты исследований дают основание полагать, что наномодификация полимерных составов способствует увеличению их прочностных характеристик от 14,6 до 80,3 % в зависимости от наполнителя и толщины полимерного слоя.

Следует отметить, что в нанонаполненных составах начинает превалировать когезионное разрушение, т.е. увеличение разрушающих напряжений происходит за счет увеличения адгезионной составляющей (таблица 1). При добавлении наполнителей формируется равномерный прочный слой нанокомпозиции.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070_

Таблица 1

Структура разрушения полимерного слоя герметика и композиции, %

Состав композиции Толщина полимерного слоя, мм

0,01 | 0,1 | 0,2 мм

Тип разрушения (А - адгезионное; К - Когезионное)

А К А К А К

Loctite-660 15 85 19 81 31 69

Loctite-660 + УНТ 8 92 14 86 25 75

Loctite-660 + AI2O3 5 95 11 89 21 79

Анакрол-102 13 87 17 83 24 76

Анакрол-102 + УНТ 6 94 11 89 20 80

Анакрол-102 + AI2O3 2 98 8 92 17 83

Такие изменения, на наш взгляд, связаны в том числе и с тем, что адгезия напрямую зависит от смачиваемости соединяемых поверхностей, и тем выше, чем лучше смачиваемость. Поэтому, наноразмерные частицы, которые обладают высокой поверхностной энергией, имеют хорошую смачиваемость, а соответственно и адгезионные свойства [1, 2].

Выводы

Таким образом, одним из перспективных способов восстановления посадочных мест под подшипники качения является использование полимерных материалов. На долговечность отремонтированных деталей значительное влияние оказывает адгезия полимерных составов к восстанавливаемой поверхности. Наномодифицирование составов Loctite-660 и Анакрол-102 углеродными нанотрубками и нанормазмерным AI2O3 приводит к увеличению этого показателя до 80,3 %.

При увеличении толщины клеевого шва интенсивность снижения адгезионной прочности у нанокомпозиций ниже, чем у ненаполненных составов на 8,6... 15,8 % в зависимости от вида наполнителя.

Список использованной литературы:

1. Ли, Р. И. Теоретические аспекты повышения эффективности восстановления корпусных деталей сельскохозяйственной техники композициями на основе эластомеров [Текст] / Ли Р. И., Машин Д. В., // Вестник МичГАУ. - 2013. - № 1. - С. 53-55.

2. Кононенко, А.С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений сельскохозяйственной техники использованием наноструктурированных герметиков: автореф. дис. ... доктор техн. наук: 05.20.03 / Кононенко Александр Сергеевич. - М., 2012. - 34 с.

УДК 662.6

Н.Е. Кувшинов

Инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ»

А.А. Галяутдинов

Казанский государственный энергетический университет

г. Казань, Российская Федерация Ученик 11 класса, МБОУ «Параньгинская средняя общеобразовательная школа»

г. Параньга, Российская Федерация

ИССЛЕДОВАНИЕ КПД КОТЛА ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗА

Аннотация

В статье рассматривается влияние схемы сжигания газа и мазута на кпд котла тгм-84б.

Ключевые слова КПД, паропроизводительность, уходящие газы

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кононенко А. С., Кузнецов И. А., Соловьева А. А.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кононенко А. С., Кузнецов И. А., Соловьева А. А.