Металлополимеров на основе эпоксидных смол
Влияние наполнителей на механические свойства металлополимеров на основе эпоксидных смол
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Автор: Абдоков Виталий Эдуардович — магистр 1 курса, кафедра «Технологии обработки материалов»
Научный руководитель: А.С. Кононенко — доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии обработки материалов»
Эффект от применения п-ДНБ (1%)
Модификация состава «Анатерм-216» органическим п-Динитрозобензолом производства ООО НПП «АлХиТех» (А-ВАГО)
С 31,1 МПа до 38,98 МПа
С 1,61 ГПа до 2,01 ГПа
С 82 HSD до 88 HSD
п-Динитрозобензола в составе
Постановка задачи
Редукторы, применяемые в нефтяной и газовой промышленности, работают в агрессивных средах и жёстких условиях эксплуатации, что приводит к снижению их ресурса. Одной из частых причин, лимитирующих ресурс редукторов, является износ посадочных поверхностей валов под подшипники качения.
Рабочие поверхности валов изнашиваются из-за фреттинг-коррозии, усталостного выкрашивания и абразивного износа. Изготовление нового вала — дорогостоящий процесс, поэтому более экономичным решением является восстановление изношенных поверхностей.
Классические способы
Лазерная и плазменная наплавка, электролитическое наращивание, напыление износостойких покрытий — требуют специального оборудования и персонала.
Металлополимеры
Применение металлонаполненных полимерных составов на основе эпоксидных смол превосходит классические способы по экономической и технологической эффективности.
Модифицирование
Добавление мелкодисперсных наполнителей увеличивает модуль упругости, адгезию и твёрдость полимерной композиции.
Материалы и методы
Для исследования выбран состав «Анатерм-216» и два модификатора различной природы
«Анатерм-216» (АО «НИИ полимеров»)
Базовый металлонаполненный эпоксидный состав. Исходные характеристики: адгезия — 31,1 МПа, модуль упругости — 1,61 ГПа, твёрдость — 82 HSD.
п-Динитрозобензол (ООО НПП «АлХиТех»)
Органический модификатор. Ароматическое нитрозосоединение с двумя нитрозогруппами в пара-положении. Жёлтое кристаллическое вещество, плотность ~ 1,63 г/см³.
Диоксид кремния (нано-SiO₂)
Неорганический нанонаполнитель. Один из наиболее распространённых и хорошо изученных наполнителей для эпоксидных композиций. Плотность ~ 2,0–2,2 г/см³.
Методы испытаний
Испытания проводились по стандартным методикам на сертифицированном оборудовании
Адгезия и модуль упругости
Определение статической прочности при равномерном отрыве. Образцы диаметром 25 мм, склеенные встык. Машина И1147М-50-03-1 с фиксацией смещения от нагрузки.
Твёрдость по Шору
Метод вдавливания индентора в испытуемый материал под действием заданной силы. Оценка способности металлополимера сопротивляться смятию и износу.
Испытательная машина И1147М-50-03-1
Позволяет фиксировать смещение образца от приложенных нагрузок, что обеспечивает точную оценку модулей упругости исследуемых композиций.
Выводы
Эффективность наполнителей
Экспериментально доказано, что добавление наполнителей приводит к повышению адгезионной прочности (до 25,4%), модуля упругости (до 26,5%) и твёрдости по Шору (до 7,5%) полимерных составов на эпоксидной основе.
Оптимальный состав
Наилучшие механические характеристики у полимерной композиции наблюдаются при использовании в качестве наполнителя п-Динитрозобензола производства ООО НПП «АлХиТех» в концентрации 1%. SiO₂ в концентрации 1,5% даёт незначительные изменения.
Список литературы
- Длоугий В.В. и др. Приводы машин: справочник. — 2-е изд. — Л.: Машиностроение, 1982. — 383 с.
- Кононенко А.С., Кузнецов И.А. Восстановление посадочных мест под подшипники качения в корпусных деталях машин полимерными нанокомпозитами // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 124 (2). С. 81–85.
- Мельников О.М. Работоспособность соединений «Вал-манжета» и повышение их надёжности // Вестник ФГОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина». 2018.
- Кононенко А.С. Герметизация неподвижных фланцевых соединений анаэробными герметиками при ремонте сельскохозяйственной техники: дис. … канд. техн. наук. — М., 2001. — 156 с.
- Игнаткин И.Ю., Дроздов А.В. Способ восстановления вала редуктора с применением упрочненной ремонтной детали // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2020. №9. С. 13–17.
- Игнаткин И.Ю., Дроздов А.В. Способ восстановления изношенной поверхности вала редуктора в соединении «вал-манжета» // Вестник МГАУ. 2019. № 6 (94). С. 40–45.
- Кононенко А.С. и др. Стойкость к старению и вибрационным нагрузкам полимерного композиционного материала на основе анаэробного герметика «АН-111» // Вестник МГАУ. 2019. № 5 (93). С. 4–8.
- Зимон А.Д. Адгезия плёнок и покрытий. — М.: Химия, 1977. — 352 с.