Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса
1.1. Основные дефекты ПС корпусных деталей агрегатов трансмиссии 9
1.2. Анализ способов восстановления ПС корпусных деталей агрегатов трансмиссии 12
1.3. Анализ методов подбора полимеров и композиций на их основе для восстановления ПС 32
1.4. Анализ методов определения оптимального содержания наполнителей в полимерных композициях 39
1.5. Цель и задачи исследования 43
ГЛАВА 2. Теоретические предпосылки повышения несущей способности полимерных покрытий в восстановленных подшипниковых соединениях
2.1. Критерии и факторы определяющие несущую способность восстановленных ПС 47
2.2. Влияние основных характеристик наполнителей на свойства покрытий, определяющие их несущую способность 48
2.2.1. Влияние химической природы 48
2.2.2. Влияние формы и размеров частиц 50
2.2.3. Влияние специальных свойств 51
2.3. Наполнители вводимые в полимерные композиции, предназначенные для восстановления ПС 51
2.4. Физико-химический механизм межмолекулярного взаимодействия при отверждении "Анатерм - 6В" в присутствии активных наполнителей:
алюминиевого порошка и печной сажи. 53
2.5. Влияние упаковки наполнителей на свойства покрытий 58
2.5.1. Модуль упругости 59
2.5.2. Прочность при сжатии 60
2.5.3. Относительная вязкость 61
2.5.4. Термический коэффициент расширения 61
2.5.5. Деформационная теплостойкость 62
2.6. Методика расчёта составов полимерных композиций с критической объёмной упаковкой наполнителей 63
2.7. Расчётно-эксперимеитальная методика оценки прочности ПС, восстановленных анаэробными полимерными композициями
в зависимости от величин восстанавливаемых износов 65
2.8. Исследование полимерных композиций на прочность
после эксплуатационного режима нагружения 71
2.9. Исследование полимерных композиций на деформационную теплостойкость 73
2.10. Моделирование несущей способности полимерных покрытий в восстановленных ПС.. 74
ГЛАВА 3. Методические аспекты исследования
3.1. Методика расчета удельных давлений на полимерные покрытия в восстановленных ПС картеров коробок передач 80
3.2. Методика определения пределов прочности полимерных композиций 84
3.3. Методика определения жёсткости и вязкости полимерных композиций 87
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Расчет составов полимерных композиций с критической объёмной упаковкой частиц наполнителей 92
4.2. Результаты электронно-зондового микроанализа образцов композиций с критической объёмной упаковкой частиц наполнителей 95
4.3. Результаты исследований по определению пределов прочности полимерных композиций на лабораторных образцах "вал-втулка" 97
4.4. Определение удельных давлений на полимерные покрытия в восстановленных ПС коробок передач 102
4.5. Прогнозирование несущей способности полимерных покрытий в восстановленных ПС после эксплуатационного режима нагружения. Выбор композиции по прочности соединений 107
4.6. Результаты исследований по определению жёсткости и вязкости полимерных композиций. Выбор композиции по деформационной теплостойкости 110
4.7. Прогнозирование долговечности восстановленных ПС по критическим значениям допустимых деформаций 122
ГЛАВА 5. Разработка технологического процесса восстановления подшипниковых соединений корпусных деталей и оценка его экономической эффективности
5.1. Восстановление изношенных поверхностей посадочных отверстий картера коробки передач 127
5.2. Расчет экономической эффективности разработанного технологического процесса 131
Общие выводы 137
Список литературы
- Анализ методов подбора полимеров и композиций на их основе для восстановления ПС
- Влияние основных характеристик наполнителей на свойства покрытий, определяющие их несущую способность
- Методика определения пределов прочности полимерных композиций
- Результаты электронно-зондового микроанализа образцов композиций с критической объёмной упаковкой частиц наполнителей
Введение к работе
В настоящее время в сельском хозяйстве неизмеримо возросла роль автомобильной техники (AT), выполняющей многообразные функции. Но в связи со сложившейся финансово-экономической обстановкой в стране и вследствие значительного уменьшения объёмов ежегодных закупок AT, злободневным является вопрос поддержания существующего парка машин в работоспособном состоянии, а также обеспечении его послеремонтного ресурса.
Интенсивная эксплуатация AT вне дорог в полевых условиях способствует ускоренному износу деталей и преждевременному выходу машин из строя. Кроме того, увеличение количества неисправных машин требует качественного изменения в технологии и организации ремонта.
Анализ работоспособности агрегатов трансмиссии автомобилей семейств ЗИЛ и ГАЗ, составляющих основу автомобильного парка сельскохозяйственных предприятий, показывает их недостаточный ресурс после капитального ремонта, который составляет от 30 до 40 % доремонтного.
Одной из причин преждевременного выхода из строя агрегатов является износ посадочных поверхностей под подшипники. По данным ГОСНИТИ износ посадочных поверхностей под подшипники выше допустимых значений характерен для 52% картеров коробок передач автомобилей ГАЗ-53 и для 43% - автомобилей ЗИЛ-130. Поэтому, в настоящий момент ставится задача создания и внедрения принципиально новых материалов и технологических процессов восстановления изношенных подшипниковых соединений (ПС) корпусных деталей, отвечающих современному уровню ремонтного производства и обеспечивающих заданную долговечность рассматриваемых агрегатов; снижающих металлоёмкость производства; повышающих качественные характеристики материалов и способствующие наиболее полному их использованию.
Применяемые в настоящее время в ремонтном производстве традиционные способы восстановления ПС (постановкой дополнительных ремонтных деталей, металлизацией, наплавкой, нанесением электролитических и электроискровых покрытий) в большинстве случаев связаны с термическим воздействием на вое-
станавливаемые корпуса, приводящим к релаксационным процессам материала детали, что в свою очередь вызывает нарушение её точностных параметров. Кроме того, в процессе послеремонтной эксплуатации не обеспечивается гарантированная прочность восстановленных соединений, так как не устраняются основные причины ослабления посадки сопряжённых деталей: технологические погрешности при механической обработке и фреттинг-коррозионный износ поверхности отверстий.
Прогрессивными способами восстановления изношенных ПС корпусных деталей являются способы, основанные на применении полимерных материалов, в частности, анаэробных герметиков ускоренного отверждения и композиций на их основе, которые позволяют значительно уменьшить влияние факторов, вызывающих преждевременный износ рассматриваемых соединений.
Однако, существующие в настоящее время технологические процессы восстановления изношенных ПС корпусных деталей анаэробными композициями на основе герметика "Анатерм-6В" находят ограниченное применение в связи с недостаточной несущей способностью формируемых полимерных покрытий.
Поэтому обоснование составов новых полимерных анаэробных композиций, обеспечивающих требуемую несущую способность восстанавливаемых ПС, является актуальной проблемой ремонтного производства.
Актуальность данной проблемы подтверждается планом НИР ВНИИТУВИД «Ремдеталь» тема 5.98.05/7, в рамках которой выполнялась работа.
Целью исследования является повышение несущей способности анаэробных полимерных покрытий в восстановленных подшипниковых соединениях агрегатов трансмиссий.
Объект исследования: неподвижные цилиндрические соединения картеров коробок передач автомобиля ГАЗ-53.
Научная новизна работы состоит:
- в теоретическом обосновании состава и наполненности полимерных композиций, предназначенных для восстановления посадочных отверстий корпусных деталей агрегатов трансмиссий;
в усовершенствовании методики расчета составов полимерных композиций с критической объёмной упаковкой наполнителей, обеспечивающей максимальные значения прочностных свойств формируемых покрытий;
в разработке метода оценки прочности неподвижных соединений, восстановленных анаэробными композициями, в зависимости от величин восстанавливаемых износов;
в получении зависимостей прочностных свойств анаэробных полимерных композиций, доказывающих эффективность критического наполнения в повышении несущей способности формируемых покрытий;
в разработке метода прогнозирования долговечности восстановленных соединений по допустимой величине пластических деформаций полимерных покрытий.
Практическая ценность_исследований заключается:
в разработке и внедрении в производство технологического процесса восстановления подшипниковых соединений картера коробки передач автомобиля ГАЗ-53 с использованием новой полимерной композиции на основе анаэробного герметика ускоренного отверждения "Анатерм-6В", обеспечивающей восстановление посадочных отверстий под подшипники без применения механической обработки.
Апробация: основные положения диссертации докладывались на научно-практической конференции "Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей" посвященной 20-летию основания ВНИИТУВИД "Ремдеталь" (г. Москва, 1999 г.); XXIX - XXX научно-методических конференциях Рязанского военного автомобильного института (г. Рязань, 1999-2000 г.); расширенном заседании лаборатории №7 ВНИИТУВИД "Ремдеталь" (г. Москва, 2000 г.); расширенном заседании кафедры ремонта Рязанского военного автомобильного института (г. Рязань, 2000 г.); расширенном заседании кафедры технического сервиса и ремонта машин Мордовского государственного университета (г. Саранск, 2000 г.); на международной научно-практической конференции посвященной 70-летию основания МГАУ (г. Москва, 2000 г.).
Внедрение: результаты исследований внедрены в производство на ОАО «Ремстроймаш» (г. Саранск), ЗАО «Ярославское РТП» (г. Ярославль).
Публикации: по результатам выполненной работы опубликовано 10 статей, подано 3 заявки на предполагаемые изобретения.
Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте технологии упрочнения, восстановления и изготовления деталей (ВНИИТУВИД "Ремдеталь") и Рязанском военном автомобильном институте.
Анализ методов подбора полимеров и композиций на их основе для восстановления ПС
Ряд авторов исследующих полимерные композиционные материалы используют традиционный подход, основанный на кинетической теории прочности и считают, что главными критериями оценки несущей способности полимерных покрытий являются их прочность и твёрдость (для большинства полимеров твёрдость оценивается модулем упругости). Эксплуатационные температуры в которых работают восстановленные полимерами или их композициями детали AT достигают 50...110 С, что вызывает в покрытиях дополнительные напряжения, приводящие к их растрескиванию и отслаиванию. Работоспособность таких покрытий будет достигаться тогда, когда их внутренние напряжения (ав) при различных температурах эксплуатации не превысят сумму адгезионной и когезионной прочности покрытий /70/, то есть ув ай + ак (1.1.)
Другим критерием несущей способности полимерных покрытий работающих под нагрузкой, является их способность сохранять свойства твёрдого тела в диапазоне эксплуатационных температур и нагрузок, то есть характер деформаций должен соответствовать упругой зоне температур. В таком случае время до разрушения адгезионных и когезионных связей при различных температурах описывается термоактивационным уравнением /59/ Журкова:
Механизм разрушения описывается статической теорией хрупкости, причём адгезионная и когезионная прочности зависят от количества и величины микротрещин. Магистральная трещина служит очагом перенапряжения и разрушения.
Прочность материала при использовании данного подхода определяется в условиях одноосного сжатия или растяжения. При этом не учитывается воздействие динамических и статических нагрузок и температурного воздействия близких к эксплуатационным.
Так в работе /36/ влияние состава и концентрации активных и инертных наполнителей на физико-механические и полимеризационные свойства композиций определялись экспериментально с использованием теории планирования эксперимента. В качестве факторов были приняты концентрации наполнителей, а выходных параметров - твёрдость и предел прочности при сжатии. Исследование вязкоупругих (то есть реологических) свойств композиций проводилось с целью определения влияния различных концентраций наполнителей на деформационные свойства композиций.
Статические испытания прочности лабораторных образцов "вал-втулка" при аксиальном сдвиге проводились с целью определения влияния величины зазоров в соединениях, качества очистки сопрягаемых поверхностей, времени и температуры полимеризации на несущую способность соединений.
С целью оценки несущей способности конкретных сопряжений и определения влияния масштабного фактора производились статические испытания прочности образцов при аксиальном сдвиге имеющих форму, размеры и материал аналогичные с сопрягаемыми деталями конкретно взятого узла, а также соответствующие ему зазоры.
После определения физико-механических и реологических свойств композиций проводились стендовые испытания прочности восстановленных соединений на лабораторной установке с целью установления их длительной прочности (то есть долговечности). За критерий долговечности сопряжения "наружное кольцо подшипника - корпус" принимали его прочность при рас-прессовке после эксплуатационного режима нагружения.
В результате проведённых исследований автором не определялось влияние концентраций инертных наполнителей и эксплуатационных температур на физико-механические и реологические свойства композиций. Концентрации наполнителей определялись экспериментально. В работе предложен экспериментальный подход по определению остаточной прочности реальных соеди нений восстановленных анаэробными герметиками после испытаний на уровне эксплуатационных нагрузок.
Автором были сделаны выводы о том, что:
1. введение активных наполнителей в состав анаэробных материалов приво дит к неравномерному отверждению герметиковэ их интенсивной усадке, дефектности структуры композиции и, как следствие, к снижению прочно сти соединения;
2. повышение температуры полимеризации значительно снижает вязкость композиций, вследствие чего они не удерживаются в зазорах более 0,2 мм и вытекают;
3. повышение рабочих температур сопряжений приводит к уменьшению прочности анаэробных герметиков, так как способствует интенсификации процессов его окисления, вызывающих появление структурной неоднородности; повышению термических напряжений и неравномерному их распределению /37, 38/;
4. повышение толщины полимерного слоя в соединениях "вал-втулка" способствует снижению их прочности, что вызвано, по мнению автора, большей вероятностью образования опасных дефектов в соединениях.
В работе /39/ с целью расширения области использования анаэробных герметиков в ремонтном производстве были исследованы физико-механические и реологические свойства отечественных анаэробных герметиков.
Влияние основных характеристик наполнителей на свойства покрытий, определяющие их несущую способность
По своей химической природе наполнители подразделяются на минеральные, органические и металлические /48, 49/. Химическая природа наполнителей определяет все процессы, протекающие на их поверхности и связанные с ним эффекты.
В связи с тем, что разрушение наполненных полимерных композиций обычно происходит по межфазовой границе полимер-наполнитель, важным условием получения высокопрочного материала /50, 51/ является обеспечение высокой прочности адгезионной связи. Это может быть достигнуто только при условии: 1. хорошего смачивания полимером поверхности наполнителя; 2. определенного соотношения наполнителей и связующего в системе, что будет подробнее рассмотрено в п. 2.5. Рассмотрим, как выполняется первое условие.
Смачиваемость поверхности наполнителя полимером определяет характер распределения макромолекул полимера на поверхности частиц наполнителя и плотность их упаковки в поверхностном слое. Чем больше число молекул полимера участвует во взаимодействии с поверхностью наполнителя, тем в большей степени ограничена подвижность полимерных цепей и тем в большей степени это оказывает влияние на свойства полимерной композиции.
Наилучшее смачивание будет обеспечено при сильном адсорбционном взаимодействии полимера и поверхности. А это, в свою очередь, достигается путем введения в полимер неорганических порошкообразных наполнителей, имеющих высокую поверхностную энергию. Как правило, этими наполнителями являются порошки металлов (меди, цинка, свинца, железа, алюминия и т.д.). Увеличению прочности способствует адсорбция частицами наполнителя макромолекул полимера, ведущая к его адсорбционному армированию /44, 51, 52/. Но при этом в реальных соединениях, восстановленных композициями, при определенных условиях протекают химическая и термическая деструкции, которые сложным образом влияют на формирование композиции и ее прочностные свойства.
Термическая деструкция возникает в результате нагрева композиции. Тепловое движение молекул полимера преобразует избыточный объем в вакансии, которые называются "молекулами пустоты".
Чем выше остаточные напряжения полимера и температура, тем больше число вакансий. Вакансии непрерывно адсорбируются и десорбируются в зоне адгезионного контакта полимера и частиц наполнителя. Превышение числа вакансий их равновесной концентрации приводит к образованию их ансамблей - пустот. Сначала пустоты являются флуктуационными, а затем равновесными. По мере их роста и числа создаются условия для слияния в первичные, а затем в магистральные трещины. Под действием внешних нагрузок это приводит к разрушению композиции.
Для предотвращения термодиструкции в полимер вводят максимально возможное количество наполнителя, тем самым уменьшая термическое объемное расширение матрицы. Кроме того, целесообразно вводить ингибиторы термодеструкции, препятствующие ее протеканию.
Образованию прочного адгезионного контакта препятствует и химическая деструкция композиции, вызванная загрязнениями на поверхности частиц наполнителя (оксидные пленки, вода и т.д.) и средой формирования блокированной в микродефектах на поверхности частиц (воздух). При формировании композиции в объеме образуется большое количество газовых микрополостей, часть которых в результате диффузии удаляется в окружающую среду, а часть адсорбируется частицами наполнителя. В результате на частицах наполнителя, смоченных полимером, продолжает происходить окисли тельный процесс.
Наличие в композиции газовых микрополостей, высокие температуры и контакт полимера с частицами металлического наполнителя приводят к окислению полимерной матрицы. Основное влияние окисления полимера на прочность композиции проявляется в образовании низкомолекулярных продуктов окисления, сшивании микромолекул полимера и образовании кислородосо-держащих групп.
Несмотря на это, некоторые наполнители повышают прочность композиции за счет адсорбции низкомолекулярных продуктов окисления полимера и контактных реакций полимера с металлом подложки и наполнителя. Кроме того, образуемые окисные пленки на поверхности частиц наполнителей не всегда играют отрицательную роль в снижении прочности адгезионной связи полимера и наполнителя. Окисление металла наполнителя может локализоваться в зоне адгезионного контакта. В зависимости от степени окисления и локализации окислительного процесса оно (т.е. окисление металла наполнителя) может увеличивать или уменьшать прочность композиции /44/. Так, например, толстые оксидные пленки с большим количеством дефектов обладают низкой прочностью. По этим дефектам, как правило, и происходит разрушение пары "полимер-металл". В то же время тонкие оксидные пленки обеспечивают прочную механическую связь металла с полимером
Методика определения пределов прочности полимерных композиций
Целями испытаний наполненных полимерных композиций на статическую прочность являются: 1. получение статистических данных для прогноза пределов прочности соединений, восстановленных разнонаполненными анаэробными композициями при различных зазорах; 2. обоснование состава и концентраций наполнителей для полимерных композиций; 3. подтверждение предположения о наибольшей прочности критически наполненных полимерных композиций; 4. выбор полимерных композиций для дальнейшего исследования их деформационных свойств.
Испытания проводились по методике ГОСНИТИ /62/ и заключались в определении пределов прочности полимерных композиций при аксиальном сдвиге лабораторных образцов "вал-втулка" на разрывной машине УММ-5 ГОСТ 7855-68 (погрешность измерений действительных нагрузок - 1%, скорость нагружения - 10 мм/мин) (Рис. 3.2.) с помощью специального кондуктора (Рис. 3.3.).
Лабораторные образцы (Рис. 3.4.) изготавливались из стали 40 ГОСТ 1050-74. Размеры сопрягаемых поверхностей отражены в таблице 3.1. Необходимые зазоры в соединениях (0,1; 0,2; 0,4 мм) были получены методом селективной подборки образцов. Величины зазоров выбрались на основании данных по замерам изношенных посадочных отверстий в корпусах агрегатов трансмиссии AT /63/. Замер параметра шероховатости поверхностей производился на приборе "Толисерф-4" вдоль линии, сдвигающей силы, и составлял по Rz 40...60.
Подготовка к сборке и сборка образцов производилась по стандартной технологии, которая включала операции: обезжиривания ацетоном, сушку в течение 15-20 мин., нанесение полимерной композиции на сопрягаемые поверхности валов - 1 и втулок - 2 (Рис. 3.4.), их сборку и отверждение в течение в течение 24 ч. при нормальных условиях.
Как уже отмечалось, основными факторами, влияющими на долговечность восстановленных полимерными композициями соединений, являются температура и сжимающая нагрузка, под действием которых происходит постепенное накопление пластических деформаций покрытий, увеличение зазоров в восстановленных соединениях, нарушение их неподвижности, и как следствие, снижение долговечности.
Целью исследования деформаций полимерных композиций является: 1. выбор полимерных композиций по деформационной теплостойкости; 2. определение основных характеристик выбранных полимерных композиций, необходимых для прогнозирования долговечности восстановленных соединений по критическим значениям допустимых деформаций под действием эксплуатационных факторов.
Исследования деформаций полимерных композиций проводились на модернизированном твердомере (Рис. 3.5.) типа ТК-14-250 ГОСТ 13407-67 при различных значениях температур времени нагружения.
Схема измерения деформации образцов полимерных композиций от температуры изображена на рис.3.6.
Прессформа 3, в которой сжимались полимерные образцы 5, устанавливалась в электрический нагревательный элемент 4. Контроль температурного режима в прессформе осуществлялся с помощью термопары 8ТХК ТУ 25-7363041-89 (предел допускаемых отклонений ±1,5С), помещенной в рабочую зону, и цифрового вольтметра В7-21 в диапазоне температур от 15 до 150С.
Образцы полимерных композиций 5 изготавливались в полихлорвиниловой форме, подвергались термообработке в сушильном шкафу при температуре 90-120С в течение 45-50 мин. и представляли собой цилиндры диаметром 12±0Д мм, высотой от 17 до 20 мм. Для обеспечения однородного поля деформации торцы образцов, помещаемых в матрицу 3, смазывались силиконовым маслом.
Размещенные на штанге силового привода твердомера грузы обеспечивали нормированные усилия сжатия образцов: 3, 5 и 7 МПа, что соответствует реальным усилиям сжатия полимерных пленок в рассматриваемых соединениях.
Образцы 5 поочередно помещались в прессформу 3 на опорный элемент 6, установленный на опорном столе 7, который с помощью винтового привода поднимали до соприкосновения образца с плоским пуансоном 2, закрепленным в шпинделе твердомера. Затем, образец сжимали с помощью грузов. Показания индикатора часового типа 1 (с погрешностью измерений ±5%) снимали после прекращения перемещения его стрелки (примерно через 20-30 с), которое принимали за расчетное, и одновременно включали в электрическую сеть нагревательный элемент 4.
Исследования деформации образцов проводились в относительных величинах (т.е. в процентах от высоты исходных образцов) до температуры 150С или до их разрушения при меньших температурах.
По полученным зависимостям деформаций образцов полимерных композиций от температуры при фиксированной нагрузке - 5 МПа строились диаграммы зависимости изменения их модулей упругости от концентрации вводимых наполнителей и температуры, по которым оценивалась их деформационная теплостойкость.
Результаты электронно-зондового микроанализа образцов композиций с критической объёмной упаковкой частиц наполнителей
Испытания проводились по методике изложенной в главе 3 (п. 3.2.). В качестве базового полимера принят анаэробный герметик "Анатерм-6В". В качестве наполнителей использовались: печная сажа П-234, алюминиевый порошок АП, а также, для сравнения с указанными наполнителями, применяемые в настоящее время железный порошок ПЖР - 4 и тальк.
На рисунках 4.4. - 4.8. представлены диаграммы зависимости прочности соединений "вал-втулка", восстановленных композициями с указанными наполнителями, но в разных их концентрациях от величин зазоров в соединениях.
Анализ представленных диаграмм показал, что во всех случаях увеличение диаметрального зазора от 0,1 до 0,4 мм приводит к снижению прочности соединений. Это относится как к соединениям с "Анатерм-6В" без наполнителя, так и со всеми представленными наполнителями и их сочетаниями. Снижение прочности можно объяснить /44; 64/: 1. увеличением градиента напряжений на границе "полимер-подложка"; 2. увеличением вероятности наличия опасного дефекта в композиции.
Введение в полимер наполнителей способствует увеличению прочности композиций по отношению к ненаполненному полимеру. Повышение прочности композиций при увеличении концентрации наполнителей обусловлено (п. 2.5.) уменьшением эффективной толщины полимерной прослойки между частицами. Превышение критической их концентрации приводит к снижению прочности ввиду нехватки полимера на смачивание частиц и образованию воздушных пор, являющихся дефектами структуры.
Наибольший эффект ожидался от введения в полимер твёрдых наполнителей - металлических порошков /44/. Из них наиболее высокую и стабильную зависимость прочности от величины зазора получили при наполнении полимера алюминиевым порошком (до 31,6 МПа на зазоре 0,1 мм) (Рис. 4.4.), а наименьшую -железным порошком (до 16,2 МПа на зазоре 0,1 мм) (Рис. 4.5.).
Полученную зависимость можно объяснить тем, что железный порошок ввиду своей тяжести непродолжительное время находился в полимере во взвешенном состоянии и в значительной степени выпадал из зазора в осадок до начала полимеризации герметика, что, в свою очередь, нарушало его равномерное распределение по объему композиции, находящейся в зазоре. Особенно это характерно для больших зазоров от 0,2 до 0,4 мм. Частицы алюминия в указанном диапазоне зазоров до начала полимеризации герметика выпадали в осадок незначительно.
Высокие прочностные свойства композиций наполненных алюминиевым порошком объясняется прочностью структуры наполнителя /44/. Тонкие оксидные пленки на поверхности частиц порошка обеспечивают более прочную связь в структуре "полимер-наполнитель", чем толстые и дефектные пленки на поверхности частиц железного порошка и других металлических наполнителей.
Полимерные композиции с "мягкими" наполнителями: печной сажей (Рис. 4.6.) и тальком (Рис. 4.7.) имеют прочность значительно ниже композиции, наполненной алюминием (для печной сажи прочность до 18,1 МПа, для талька - до 16,2 МПа на зазоре ОД мм).
В любом случае прочность соединений восстановленных критически наполненными композициями с рассчитанными составами однофракционных наполнителей: печной сажи и алюминиевого порошка выше, чем при других концентрациях рассматриваемых наполнителей и композиций с рекомендуемыми концентрациями железного порошка и талька /14; 40; 41/
При сочетании печной сажи с алюминиевым порошком увеличивается вязкость композиций, а также прочность восстанавливаемых ими соединений по сравнению с композициями с одной сажей.
Приведенные испытания показали, что наиболее стабильными прочностными свойствами обладает композиция с рассчитанным составом алюминия и сажи (46,3 об. частей алюминиевого порошка и 21 об. частей печной сажи). Её использование обеспечивает прочность соединений с диаметральными зазорами от ОД до 0,4 мм, соответственно, в диапазоне от 28,9 МПа до 17,1 МПа (Рис. 4.8.).
В результате полнофакторного эксперимента была получена математическая модель зависимости прочности двухфракционной композиции Y от концентрации вводимых наполнителей: алюминиевого порошка XI и сажи Х2: Y(X1; Х2) = -169,58 + 7,53X1 + 2,62X2 (4.1.) а также определён состав композиции имеющий максимальное значение прочности (29,6 МПа на зазоре 5 = 0,1 мм): алюминиевый порошок АП - 45,5 об. ч. + сажа П-234 - 21,3 об. ч. (Приложение 2).
Как видно, оптимальный состав композиции близок к расчётному, что подтверждает эффект критического наполнения системы.
