ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ АНАЭРОБНЫХ ГЕРМЕТИКОВ

Р.И. Ли, С.И. Кондрашин, А.В. Бочаров

ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия

Исследованиями ученых МГАУ, ГОСНИТИ, НАТИ, ВНИИТУВИД «РЕМДЕТАЛЬ», Мич-ГАУ установлено, что применение современных полимерных материалов предотвращает возникновение фреттинг-коррозии, значительно повышает долговечность восстановленных неподвижных соединений и подшипников качения.

Постоянное повышение цен на углеводородное сырье является одной из основных причин роста цен полимерных материалов. Введение наполнителей позволяет изменить физико-механические свойства, значительно сократить время отверждения и снизить стоимость адгезивов.

Прочность клеевого соединения, выполненного полимерным композиционным материалом (ПКМ) на основе анаэробного герметика и твёрдого дисперсного наполнителя, является составной и определяется адгезионной и когезионной составляющими.

При введении дисперсных наполнителей в ПКМ поверхность наполнителя адсорбирует, наряду с олигомерными звеньями, и «вредные» примеси (низкомолекулярные соединения), находящиеся в полимере. Благодаря этому увеличивается адгезионная прочность на границе «деталь – ПКМ». Высокой способностью адсорбировать низкомолекулярные соединения обладают минеральные наполнители, характеризующиеся большой пористостью и поверхностью. Следует также отметить, что явным преимуществом минеральных наполнителей является их низкая стоимость.

С учётом того, что высокодисперсные наполнители имеют очень большую площадь адгезионного контакта с полимером, чрезмерное повышение интенсивности межфазного взаимодействия на границе «наполнитель – полимер» затруднит релаксацию напряжений, что приведёт к локальным перенапряжениям при нагружении ПКМ и снижению его прочности. Поэтому с целью обеспечения оптимальной молекулярной подвижности на границе раздела фаз «наполнитель – полимер» предпочтительно образование редкой сетки прочных связей в сочетании с достаточно большим числом легко регенерируемых слабых связей или густой сетки связей со средней энергией взаимодействия.

Данную схему адгезионного взаимодействия можно реализовать при использовании наполнителей, способных образовывать большое количество водородных связей с функциональными группами анаэробных герметиков, потому что лабильные связи характерны для групп, содержащих подвижный атом водорода, а также гетероатомы с необобщёнными электронами [1]. Это создаёт благоприятные условия для релаксации напряжений, что повысит критическую деформацию и когезионную прочность ПКМ.

Дефектами в ПКМ являются неупорядоченные (межсферолитные) области и воздушные включения в полимере, поры, образующиеся при нарушении адгезионного контакта на границе раздела «наполнитель – полимер», а также агломераты частиц наполнителя и области с повышенным содержанием наполнителя.

Введение дисперсного наполнителя в полимеры препятствует росту трещин, что приводит к росту поверхностной энергии разрушения и значительному повышению сопротивления к распространению трещин. Это, в свою очередь, повышает долговечность ПКМ при динамическом нагружении.

Площадь контакта высокодисперсных наполнителей с полимером очень большая, а огибание трещиной частиц наполнителя увеличивает её путь. Поэтому повышению поверхностной энергии разрушения будет способствовать уменьшение размера частиц наполнителя.

Существенное влияние на прочность оказывает степень наполнения полимерного материала. Как правило, в ряде случаев наблюдается экстремальная зависимость прочности от степени наполнения, характеризующаяся наличием концентрационного оптимума. Это связано с достижением оптимальной толщины модифицированного слоя полимера, обладающего наибольшей однородностью структуры и наименьшей дефектностью. К недостаткам ПКМ, наполненных минеральными наполнителями, следует отнести наличие в ряде случаев склонности к тепловому старению. Применение ПКМ с минеральными наполнителями рекомендуется при восстановлении легко и средне нагруженных подшипниковых узлов.

Теплопроводность полимерных материалов отличается от черных металлов примерно в 100 раз. Эта особенность затрудняет теплоотвод в восстановленных тяжело нагруженных подшипниковых узлах в процессе эксплуатации. В тяжело нагруженных подшипниковых узлах повышение температуры полимерного материала из-за гистере-зисных потерь, ухудшение теплоотвода может привести к значительному повышению температуры подшипника и смазочного материала и снизить долговечность подшипникового узла.

Введение наполнителя в виде металлического порошка в полимерный материал значительно повышает его теплопроводность. Кроме того, теоретические исследования показали, что при введении дисперсных металлических порошков с высокой вязкостью разрушения (алюминий, его сплавы, медь и сталь) значительно повышается прочность и трещиностойкость полимерного композиционного материала [2].

На кафедре «Технология обслуживания и ремонта машин» МичГАУ разработаны перспективные ПКМ, наполненные минеральными и металлическими дисперсными наполнителями. Для восстановления неподвижных соединений легко и средне нагруженных подшипниковых узлов рекомендуется использовать ПКМ, содержащий 100 масс.-ч. анаэробного герметика АН-111, 9…11 масс.-ч. микроталька Талькон Т-20 и 1…2 масс.-ч. бронзовой пудры БПП. При этом составе материал имеет максимальную удельную работу разрушения и, соответственно, долговечность при циклическом нагружении (рисунок 1).

Рисунок 1 – Зависимость удельной работы разрушения композиции на основе анаэробного герметика АН-111 от концентрации микроталька Талькон Т-20 и бронзовой пудры БПП.

Рисунок 1 – Зависимость удельной работы разрушения композиции на основе анаэробного герметика АН-111 от концентрации микроталька Талькон Т-20 и бронзовой пудры БПП.

Для восстановления неподвижных соединений тяжело нагруженных подшипниковых узлов рекомендуется использовать ПКМ, содержащий 100 масс.-ч. анаэробного герметика АН-112; 12 масс.ч. алюминиевой пудры ПАП-1; 0,35 масс.ч. бронзового порошка БПП. Клеевой шов композиции при этом оптимальном составе имеет наиболее высокие деформационно-прочностные свойства – 12,5 Мдж/м3 (рисунок 2).
3D Surface Plot (Spreadsheet2.sta 20v*20c) Var3 = 9.741-2.122*x-0.753*y-0.974*x*x-0.986*x*y+0.541*y*y

Рисунок 2 – Зависимость удельной работы разрушения композиции на основе анаэробного герметика АН-112 от концентрации алюминиевой пудры ПАП-1 и бронзовой пудры БПП.
Рисунок 2 – Зависимость удельной работы разрушения композиции на основе анаэробного герметика АН-112 от концентрации алюминиевой пудры ПАП-1 и бронзовой пудры БПП.

Исследования показали, что коэффициент теплопроводности ПКМ, по сравнению с полимерной матрицей АН-112, увеличился в 22,9 раза. Испытания при циклическом нагружении показали, что в соединении подшипника 209, выполненном ПКМ на основе герметика АН-112, равновесная температура, по сравнению с ненаполненным гермети-ком АН-112, ниже до 12 оС и, соответственно, составляет Тр = 63 оС.

По результатам проведенных исследований разработаны технологии восстановления неподвижных соединений подшипников качения ПКМ на основе анаэробных гер-метиков АН-111 и АН-112, которые содержат следующие операции: очистка посадочных мест деталей соединения; определение износа; обезжиривание посадочных мест деталей; приготовление композиции; нанесение композиции на посадочные места деталей и сборка соединения; отверждение клеевого соединения; контроль качества склеивания.

Литература


1.    Кондрашин, С. И. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники анаэробными герметиками с дисперсными минеральными наполнителями [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Кондрашин С. И. – Мичуринск, 2009. – 118 с.
2.    Бочаров, А. В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивами, наполненными дисперсными металлическими порошками [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Бочаров А. В. – Мичуринск, 2009. – 150 с.

Источник - ВЕСТНИК МИЧГАУ, научно-производственный журнал, 2010, № 1,  Печатная версия.

© 2024 Образовательный портал Тамбовской области