Введение к работе
Актуальность темы. Анализ надежности уплотнений, проведенный на примере изучения наиболее распространенных образцов техники, эксплуатирующейся в условиях холодного климата, показывает, что отказы герметизирующих устройств во многом лимитируют работоспособность машин, особенно в зимний период. Комплектация управляющих, питающих, силовых и других систем машин большим количеством эластомерных уплотнений (до 10 тыс. на машину) с низкой морозостойкостью обусловливает до 30% отказов и неплановых простоев. Затраты предприятий на проведение ремонтно-восстановительных работ по устранению негерметичности уплотнений, потери от падения производительности, необходимость содержания резервной техники и большого количества запасных частей приводят к огромным убыткам.
Повышение надежности и долговечности уплотнительных деталей, эксплуатирующихся в условиях холодного климата, главным образом зависит от качества уплотнительного материала Несмотря на большое количество работ, направленных на изучение низкотемпературных свойств эластомеров, разработке рецептур уплотнительных морозостойких материалов уделяется мало внимания. Поэтому одной из актуальных задач современного материаловедения является создание уплотнительных резин, отличающихся повышенными техническими характеристиками - прочностными, релаксационными, морозо-, агресси-во-, износостойкостью, пониженным коэффициентом трения.
Связь работы с крупными научными программами. В основу диссертации положены результаты исследований по следующим научно- исследовательским программам и темам:
- тема 1.11.2.1 "Разработка методов прогнозирования и оптимального проектирования узлов трения; исследование и создание полимерных материалов и конструкций для опор скольжения и герметизаторов арктической техники" (Пост. ГКНТ СССР РАН № 10103-1540 от 24.01.87);
тема 1.11.2.1 "Разработка методов прогнозирования долговечности и диагностики технического состояния узлов трения. Исследование триботехниче-ских свойств материалов и создание перспективных конструкций узлов трения, в том числе для условий Крайнего Севера" (Пост. ГКНТ СССР № 885 от 07.06.91);
тема 1.11.2.6 "Разработка модифицированных материалов на основе термостойких полимеров и эластомеров с повышенными триботехническими характеристиками и морозостойкостью и технологии изготовления деталей узлов трения";
- программа "Научное и технологическое обеспечение создания техники для Севера" (Пост. ГКНТ СССР № 868 от 06.06.91);
программа "Техника Севера" (Пост. ГКНТ СССР № 581 от 15.06.90);
программа Международного сотрудничества между АН СССР и Государственным научно-исследовательским техническим центром Финляндии в области арктической трибологии.
Целью работы является создание и исследование морозостойких уплотнительных эластомерных материалов на основе бутадиен-нитрильного каучука
СКН-18 с улучшенным комплексом эксплутационных свойств и разработка технологии изготовления изделий из них.
Идея работы заключается в модификации уплотнительных морозостойких резин на основе промышленно выпускаемых рецептур.
Задачи исследований:
анализ промышленно выпускаемых морозостойких эластомерных материалов, современных требований к ним и выбор объектов и методов модификации и модифицирующих наполнителей; ;
исследование технологических, прочностных, релаксационных и триботехнических свойств, стойкости к воздействию низких температур и агрессивных сред модифицированных материалов;
выявление взаимосвязи между структурой и эксплуатационными характеристиками;
выбор и обоснование рецептур эффективных уплотнительных материалов для техники Севера; \
разработка рекомендаций по технологии изготовления уплотнений'на их основе и активное внедрение в промышленный комплекс РС(Я).
Научная новизна. Развиты материаловедческие основы выбора модифицирующих наполнителей для морозостойких резин уплотнительного назначения в части применения ультрадисперсных наполнителей.
Обоснован выбор композиции сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ультрадисперсной добавкой для модификации эластомеров, обеспечивающей высокий уровень эксплутационных свойств.
Ультрадисперсный наполнитель впервые использован для улучшения взаимодействия на границе раздела фаз между двумя несовместимыми полимерами. Показано, что с усилением взаимодействия каучука СКН-18 и СВМПЭ на границе раздела фаз происходит снижение температуры стеклования на 5-7 С в область низких температур, увеличивается усталостная выносливость.
Выявлено, что сверхвысокомолекулярный полиэтилен при введении в резиновую смесь во время вулканизации мигрирует на поверхность изделий и образует защитную пленку, которая обеспечивает высокий уровень триботехнических и агрессивостойких свойств.
Показано, что ультрадисперсный алмазографит в количестве до 1 мас.% благодаря своей чрезвычайно высокой структурной активности изменяет надмолекулярное строение композиции с образованием слоистых структур в эластомер-ной матрице, следствием чего является повышение эластичности, морозостойкости, снижение коэффициента трения резин.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированных методик и современного испытательного оборудования, обеспечивающего высокий уровень точности измерений и статистической обработкой их результатов.
Практическая ценность:
Разработаны рецептуры уплотнительных эластомерных материалов с повышенным комплексом физико-механических и триботехнических свойств, защищенные авторским свидетельством СССР № 830921 "Резиновая смесь". Тех-
нология изготовления уплотнений из разработанных материалов внедрена на ПО "Якутуголь", тресте "Якутскгеофизика" и опытно-промышленном участке ИНМ СО РАН. Разработана технологическая карта изготовления уплотнений из разработанных материалов.
Применение в качестве матрицы промышленно выпускаемых резиновых смесей позволило значительно сократить время и затраты на внедрение модифицированных на их основе материалов в промышленность. Простая технология переработки разработанных резиновых смесей в изделия позволяет наладить их выпуск на небольших участках РТИ со стандартным оборудованием.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и отдельные ее положения докладывались на Международном семинаре "Машины, материалы и конструкции в северных условиях" (Якутск, 1991), Всесоюзных конференциях "Полимерные, композиционные, клеевые и герметизирующие материалы" (Киев, 1991), "Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин" (Сумы, 1991), "Применение полимерных материалов в народном хозяйстве" (СолигорскД992), научно-практических конференциях резинщиков "Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее" (Москва, 1996, 1997 гг.), "Молодежь и наука Республики Саха (Якутии)" (Якутск, 1996), "Комплексные проблемы проектирования строительства и эксплуатации железных дорог в условиях Крайнего Севера" (Хабаровск, 1997).
Публикации. Основное содержание работы и результаты диссертационной работы изложены в 16 публикациях, 6 отчетах по НИР, 4 отчетах по хоздоговорам. Получено авторское свидетельство СССР № 1830921 "Резиновая смесь".
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 158 наименований и трех приложений. Работа изложена на 203 страницах, в т.ч. содержит 34 рисунка и 29 таблиц.
