авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка составов, конструкций и технологии изготовления манжет и рукавных изделий, обладающих повышенной работоспособностью

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Зуев Антон Владимирович

Разработка составов, конструкций и технологии
изготовления манжет и рукавных изделий,

обладающих повышенной работоспособностью

Специальность: 05.17.06 – Технология и переработка
полимеров и композиций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель – доктор химических наук, профессор

Панова Лидия Григорьевна

Официальные оппоненты – доктор химических наук, профессор

Тужиков Олег Иванович

доктор технических наук, профессор

Артёменко Александр Александрович

Ведущая организация – Воронежская государственная

технологическая академия

Защита состоится «23» апреля 2010 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 413100 г. Энгельс Саратовской области, пл. Свободы, 17, Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета, ауд. 237.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан «19» марта 2010 г.

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного
технического университета http://www.sstu.ru «23» марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ефанова В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современного автомобилестроения требует создания и постоянного совершенствования уплотнительных устройств, обеспечивающих герметичность подвижных соединений деталей машин.

Манжеты (сальники) предназначены для уплотнения валов, то есть для предотвращения протекания смазки из одного пространства в другое. Сальники в зависимости от назначения эксплуатируются в различных средах (маслах, смазках), а также в условиях вращательного и возвратно-поступательного движения.

На сегодняшний день в России изготавливаются манжеты с рабочим элементом из эластомерных материалов (резин), обладающих невысокой работоспособностью и износостойкостью.

Также научно-технический прогресс в современном автомобилестроении невозможен без применения высококачественных рукавных изделий (шлангов). Производство шлангов для транспортировки бензина требует разработки надежных материалов и конструкций.

ОАО «Балаковорезинотехника» в течение многих лет поставляет отечественному Автопрому топливные шланги и шланги наливной горловины стандартов Euro 2 и Euro 3.

Повышение экологических требований до стандарта Euro 4 по топливопроницаемости рукавных изделий, а также рост скоростей, давлений и температур при эксплуатации узлов и агрегатов, ужесточение требований к показателям качества, долговечности и экологичности резинотехнических изделий требует постоянного совершенствования инженерных методов конструирования, технологии изготовления, рецептур резин, обеспечивающих их повышенное качество и работоспособность.

Поэтому разработка манжет с повышенной износостойкостью и рукавных изделий, отвечающим высоким экологическим требованиям, является актуальной и значимой проблемой.

Цель работы: разработка составов, конструкций и технологии изготовления манжет и рукавных изделий, обеспечивающих повышение качества, работоспособности и экологичности РТИ.

Поставленная цель работы достигалась решением следующих задач:

– разработать составы для изготовления наружного слоя и рабочего элемента манжет с повышенной износостойкостью и исследовать их свойства;

– создать конструкцию и разработать технологию изготовления манжет с повышенной износостойкостью;

– разработать составы, конструкции и технологии изготовления рукавных изделий с применением материалов, обладающих пониженной топливопроницаемостью.

Достоверность полученных результатов определяется сопоставимостью основных теоретических положений физики и химии твердого тела с практическими рекомендациями и выводами результатов комплексных исследований, выполненных с помощью комплекса современных взаимодополняющих методов исследования: физико-химических (ИКС, ГХ-МС), оптической микроскопии, статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна:

  1. Определено наличие гелевой составляющей в составе фторкаучука СКФ-26 ВС и установлено её влияние на перерабатываемость и эксплуатационные свойства резиновой смеси.
  2. Установлена структурная неоднородность серийно выпускаемого фторкаучука по содержанию макрогеля как для различных партий, так и внутри одной партии. Доказана возможность уменьшения содержания макрогеля изменением рецептурного состава резин, за счет введения наполнителей, обеспечивающих разбиение гелевой составляющей.
  3. Определены параметры структуры: молекулярно-массовое распределение и длинноцепная разветвленность для фторкаучуков различных марок, с применением динамических методов испытания.
  4. Доказано, что химическая модификация поверхности ПТФЭ натрий-нафталиновым комплексом в тетрагидрофуране повышает адгезионное взаимодействие ПТФЭ с акрилатной и фтористой резинами в 10-15 раз. Установлено преимущество метода химической модификации поверхности политетрафторэтилена перед физическим методом (плазменная обработка), а также влияние последовательности обработки поверхности ПТФЭ (обработка Na-нафталиновым комплексом в тетрагидрофуране с последующей обработкой -аминопропилтриэтоксисиланом (АГМ-9)) на адгезионную прочность «резина-ПТФЭ». Определен механизм повышения адгезионного взаимодействия ПТФЭ с резиной при химической модификации Na-нафталиновым комплексом в тетрагидрофуране с последующей обработкой АГМ-9, заключающийся в дефторировании ПТФЭ и образовании двойных связей (С=С) с дальнейшим взаимодействием по двойным связям гексаметилендиаминкарбамата, а также с взаимодействием аминогруппы АГМ-9 с кислородом карбонильной и эфирной групп акрилатного каучука.
  5. Оценена, по комплексному динамическому модулю упругости, способность к соэкструзии резин, используемых для различных слоев рукавных изделий.

Практическая значимость:

разработаны составы, конструкции и технологическая схема производства манжет с повышенной работоспособностью;

– определены факторы, влияющие на адгезию между ПТФЭ и резиновой частью манжеты, а также предложен способ усиления адгезии между ПТФЭ и резиной;

– разработаны и исследованы составы, конструкции и технологии производства рукавных изделий, соответствующих стандарту Euro 4 с применением фтортермопластов, обладающих пониженной топливопроницаемостью;

– разработана экспресс-методика оценки соэкструзии резиновых смесей по зависимости комплексного динамического модуля упругости от деформации.

На защиту выносятся следующие результаты:

  • составы резиновых смесей для изготовления манжет и методы модификации политетрафторэтилена для повышения адгезии к резине;
  • результаты комплексного исследования по оценке структуры фторкаучука СКФ-26ВС;
  • составы для изготовления рукавных изделий, соответствующих по топливопроницаемости европейскому стандарту Euro 4;
  • технологии изготовления и конструкции манжет с повышенными эксплуатационными свойствами;
  • технологии изготовления и конструкции шланга наливной горловины и топливного шланга, соответствующих по топливопроницаемости европейскому стандарту Euro 4.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или совместно с соавторами опубликованных работ, при этом автор принимал непосредственное участие в проведении экспериментов, разработке методик испытания, расчетах, анализе полученных результатов и формулировке выводов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на XIII, XIV и XV Международных научно-технических конференциях «Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии» (Москва, 2007, 2008, 2009); XIX и XX Международных научно-технических конференциях «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2008, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 4 работы в журналах, рекомендованных ВАК, поданы 2 заявки на изобретения.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 121 страницу, а также включает 29 рисунков, 28 таблиц и список использованной литературы из 108 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика современного состояния исследований в области производства манжет и рукавных изделий для автомобилестроения. Обоснована актуальность исследования, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая ценность.

Первая глава посвящена обзору литературы по теме исследования. Обобщены имеющиеся в современной литературе основные тенденции создания рецептуры резиновых смесей для изготовления манжет и рукавных изделий. Рассмотрены возможности использования политетрафторэтилена (ПТФЭ) для рабочей части манжеты. Описаны способы модификации поверхности ПТФЭ с целью повышения адгезии. Охарактеризованы конструктивные особенности резиноармированных манжет, а также манжет с рабочим элементом из ПТФЭ. Рассмотрены составы, способы и технологии изготовления рукавных изделий. Особое внимание уделено способам снижения топливопроницаемости рукавных изделий.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны резиновые смеси на основе каучуков специального назначения, промышленные резиновые смеси, предназначенные для изготовления манжет и рукавных изделий, содержащие комплекс наполнителей, пластификаторов, вулканизующих агентов и других ингредиентов, а также фторопласты, фтортермопласты, модификаторы. Для исследования разработанных материалов использовали комплекс методов: ИК-спектроскопию, оптическую микроскопию, динамический. Представлены методики проведения испытаний согласно техническим условиям на манжеты и рукавные изделия.

Третья глава посвящена разработке составов для изготовления манжет с повышенными эксплуатационными свойствами, а также изучению структуры каучуков и её влиянию на свойства резиновых смесей.

Конструкция манжет включает: металлическую арматуру, наружный слой и рабочий элемент.

Для наружного слоя манжет в промышленности используются резиновые смеси А-23 на основе акрилатного каучука (ACM) XF-5140 и Ф-35 на основе фторкаучука (FPM) СКФ-26 ВС. Резиновая смесь на основе фторкаучука СКФ-26 ВС имеет ряд недостатков: высокую исходную вязкость и наличие гелевой составляющей в структуре каучука, что затрудняет процесс изготовления резиновой смеси и ухудшает свойства готового изделия. Также в резиновых смесях А-23 и Ф-35 присутствует высокое содержание мягчителей и пластификаторов, оказывающих негативное влияние на адгезию резиновых смесей с арматурой.

Перед началом разработки рецептуры составов для манжет с улучшенными эксплуатационными свойствами исследовали структуру каучука СКФ-26 ВС и её влияние на технологические и физико-механические свойства резин.

Глобулярное строение каучука СКФ-26 ВС придает полимеру ряд специфических свойств. Частицы макрогеля в каучуке с одной стороны выступают как частицы усиливающего наполнителя, обеспечивающие хорошие прочностные свойства ненаполненных вулканизатов, с другой стороны, глобулы снижают эластичность, затрудняют переработку на технологическом оборудовании, ухудшают распределение ингредиентов в резиновых смесях, уменьшают возможность введения больших дозировок наполнителя.

 Значения tg  для каучуков различных-0 Рис. 1. Значения tg для каучуков различных марок

Исследование структурных особенностей каучука СКФ-26 ВС проводили на анализаторе перерабатываемости резин – RPA-2000, позволяющем оценить свойства каучуков по показателю tg (тангенс угла механических потерь), определяющему содержание макрогеля в каучуке. Определение tg проводили при температуре 1000С, 1000% деформации и частоте колебаний нижней полуформы – 0,1 Гц.

Для сравнения исследовали также фторкаучуки российского (СКФ-26/8, СКФ-26/10) и импортного G-752 производства, рис.1. Наибольшие значения показателя tg отмечены для каучука СКФ-26 ВС (17,0 ед.). В различных промышленных партиях этого каучука, табл. 1, а также внутри одной партии наблюдаются отличия в содержании макрогеля.

По данным табл.1 установлена прямая корреляционная зависимость значений tg , полученных в условиях сдвигового деформирования с содержанием макрогеля в каучуке, определенном по растворимости его в ацетоне, рис. 2.

Таблица 1
Номер партии tg Содержание макрогеля, вес.%
4051 16,6 23
4097 15,2 22
4047 14,8 20
4048 14,0 18
4059 13,9 18
4096 13,9 17

Значения tg и содержание макрогеля в различных партиях каучука СКФ-26 ВС, определенное по растворимости каучука в ацетоне

 Зависимость содержания макрогеля в-1

Рис. 2. Зависимость содержания макрогеля в каучуке СКФ-26 ВС, определенного по растворимости каучука в ацетоне от tg

Нестабильность каучука СКФ-26 ВС по важнейшей структурной характеристике – содержанию макрогеля – затрудняет переработку различных партий (вальцевание, шприцевание, формование) при одних и тех же технологических параметрах, установленных технологическим регламентом.

Для разрушения гелевой составляющей в каучуке СКФ-26 ВС применяли различные методы. Проводили пластикацию на вальцах (ширина зазора 3 мм, время пластикации от 1 до 60 мин, температура валков 60±50С), температура смеси при этом составляла 65-700С. Отмечено, что с

увеличением времени пластикации содержание макрогеля снижается до
2 % вес., табл. 2. Однако этот метод в производстве реализовать затруднительно из-за высокого расхода электроэнергии и сложности поддержания постоянной температуры валков. Второй метод разрушения макрогеля – введение в количестве 50 масс.ч. наполнителей, обычно применяемых в типовых рецептурах автомобильных манжет: CaF2, BaSO4, технический углерод Т-900, Са(ОН)2, MgO, волластонит, Cr2O3, Fe2O3, графит. Введение всех наполнителей снижает tg с 14,5 для ненаполненного каучука до 11-7ед. Вязкость составов при этом возрастает, однако перерабатываемость улучшается из-за уменьшения содержания структурированного макрогеля.

Таблица 2

Изменение значений tg и содержания макрогеля
от времени пластикации СКФ-26 ВС, в том числе
и в присутствии наполнителей при вальцевании

Материал Время пластикации, мин Значение tg Содержание
макрогеля, вес. %
СКФ-26 ВС 1 14,8 20
5 12,6 18
10 11,5 15
30 7,7 9,0
60 4,5 2,0
СКФ-26 ВС + 50 масс. ч. Cr2O3 10 9,4 0,5
СКФ-26 ВС + 50 масс. ч. графит 10 7,9 0

Перерабатываемость каучука СКФ-26 ВС затрудняется также из-за высокой разветвленности цепи (определенной с применением прибора RPA 2000 по разнице значений tg , измеренных при высокой и низкой частотах деформации), рис. 3, узкого молекулярно-массового распределения (определенного с применением гельпроникающей хроматографии), табл. 3, и вследствие высокого содержания структурированной составляющей.

 Зависимость tg  от частоты-2 Рис. 3. Зависимость tg от частоты деформирования образца для фторкаучуков: 1- G-752; 2 - СКФ-26/8; 3 - СКФ-26/10; 4 - СКФ-26 ВС

Таблица 3
Марка фторкаучука Молекулярно-массовые
характеристики
tg Mn х103 Mw х103 Mw/Mn
СКФ-26 ВС 0,12 178 502 2,82
СКФ-26/10 0,27 228 1011 4,4
СКФ-26/8 0,32 169 621 3,7
G-752 0,61 97 511 5,30

Молекулярно-массовые
характеристики фторкаучуков

Mn – среднечисленная молекулярная масса; Mw – среднемассовая молеку-лярная масса; Mw/Mn – характеризует степень полидисперсности



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.