Введение к работе
Актуальность работы. Совершенствование техники и технологии в большинстве отраслей промышленности требует широкого применения синтетических материалов. Пластические массы занимают большое место в этой группе материалов и их использование позволяет решать многие технические проблемы в машиностроении, приборостроении, электротехнике, легкой и пищевой промышленности и т.д. Без изделий из полимеров и композитов на их основе невозможно представить современные автомобили, приборы, компьютеры, средства связи, авиационную и даже космическую технику.
Полимеры и композиты обладают хорошими физико-механическими свойствами, в том числе и сопротивлением ударным нагрузкам в широком диапазоне температур, а также высокой химической стойкостью. Плотность полимеров меньше, чем у металлов, металлокерамики, стекла и, следовательно, изделия из пластмасс имеют меньший вес. Переработка пластмасс в изделия менее трудоемка, чем переработка других материалов.
Одним из направлений оптимизации конструкций автомобильной техники является переход с металлических узлов и деталей на пластмассовые, в том числе и с металлических деталей системы питания и системы улавливания паров бензина на пластмассовые - бензобак, наливная труба, сепаратор паров бензина и др. Преимущества – большая свобода конструкции, уменьшение веса, повышение пожаробезопасности при столкновениях и коррозионной стойкости, а также повышение технологичности и экономической эффективности. Однако к таким деталям предъявляются высокие требования по проницаемости паров топлива и прочности, сопротивлению ударным нагрузкам. Соответствие этим требованиям обеспечивается выбором полимерного материала и технологии.
В настоящее время на базе метода экструзии с раздувом разработаны различные технологии изготовления полых деталей системы питания автомобиля. Последние не лишены ряда недостатков, к которым относятся, например, значительная энергоемкость, использование вредных химических веществ, отсутствие отечественного сырья.
Актуальность и значимость проведенных исследований подтверждается тем, что технологии создания и обработки полимеров и эластомеров, технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов внесены в перечень технологий, имеющих важное социально-экономическое значение или важное значение для обороны страны и безопасности государства (критические технологии) утвержденный распоряжением правительства РФ от 24 июня 2013 г. №1059-р.
В связи с этим разработка усовершенствованной технологии изготовления деталей из синтетических полимеров методом экструзии с раздувом с целью снижения проницаемости паров нефтепродуктов является актуальной проблемой.
Цель и задачи работы. Целью работы являлась разработка усовершенствованной технологии экструзии с раздувом для изготовления деталей из синтетических полимеров, обеспечивающую получение изделий с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки и повышенной прочностью, в том числе ответственных деталей системы питания автомобиля.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи исследования:
- Выбрать композиционный материал, отвечающий требованиям по проницаемости паров нефтепродуктов через стенки изделия и прочности изделия.
- Исследовать барьерные свойства (степень снижения проникновения паров нефтепродуктов через стенки) изделий, изготовленных из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями.
- Определить значения температур стеклования и плавления фаз термодинамически несовместимых полимерных материалов, составляющих исследуемый композиционный материал. Исследовать влияние температур экструзионной заготовки, пресс-кантов выдувной формы, воздуха (газа) раздува, относительной влажности воздуха (газа) раздува, избыточного давления воздуха (газа) раздува при раскрытии формы на прочность сварных швов изделия.
- Определить технологические параметры переработки композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями для производства деталей систем питания и улавливания паров бензина автомобиля.
Научная новизна работы.
1. Впервые показаны барьерные свойства композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями и барьерные свойства выдувных изделий изготовленных из указанных композиционных материалов.
2. Впервые раскрыты возможности использования композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями для изготовления деталей методом экструзии с раздувом.
3. Впервые установлено влияние таких технологических параметров, как температура экструзионной заготовки, пресс-кантов выдувной формы, температура воздуха (газа) раздува, относительная влажность воздуха (газа) раздува, избыточное давление воздуха (газа) раздува при раскрытии формы, на прочность сварных швов выдувного изделия из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями.
4. Впервые показано увеличение прочности сварочного шва в выдувных изделиях изготовленных из композиционных материалов на основе смеси алифатических полиамидов 6 и 610 с функционализированными прививкой полярного мономера полимерами олефинов или их смесями за счет оптимизации таких технологических параметров как температуры экструзионной заготовки, пресс-кантов выдувной формы, воздуха (газа) раздува, относительная влажности воздуха (газа) раздува, избыточное давления воздуха (газа) раздува при раскрытии формы.
Практическая значимость работы. Разработана усовершенствованная технология экструзии с раздувом для производства деталей с пониженной проницаемостью паров нефтепродуктов через их стенки и повышенной прочностью сварного шва.
Разработанная технология позволяет обеспечить в 3-10 и более раз пониженную проницаемость по отношению к нефтепродуктам в сравнении с деталями из гомополимеров (полиамидов, полиолефинов) при этом на 10-30% повышается прочность сварного шва.
Проведенные исследования позволили внедрить композиционный материал на основе полиамида 6 и полиэтилена Этамид ЭА-2ЭУ(В) для промышленного производства сепараторов паров бензина автомобиля. Материал введен в конструкторскую и технологическую документацию изготовления указанных сепараторов.
Получен патент на изобретение – «Способ получения пластмассовых емкостей для нефтепродуктов», способ запатентован в Российской федерации (пат. 2278787 Рос. Федерация. №2004124419/12; заявл. 10.08.04; опубл. 27.06.06, Бюл. № 18.) и в Республике Беларусь (пат. 9488 Республика Беларусь. № а 20040739; заявл. 2004.08.06; опубл. 2006.02.28).
Серийные поставки сепараторов на ОАО «АВТОВАЗ» для сборки автомобилей LADA PRIORA начаты ООО «БРКБ-Пластик» в мае 2008 года, ООО «Экопласт» для автомобилей LADA SAMARA и LADA 4x4 в январе и феврале 2012 года, экономический эффект от внедрения пластмассового сепаратора вместо металлического за счет снижения цены за один год с даты внедрения на программу производства 102 400 шт., 71 022 шт. и 51451 шт. автомобилей составляет 12 208 392 руб., 1 070 700 руб. и 3 527 500 руб. соответственно.
Личный вклад автора: все исследования и подготовка статей к публикации проводились автором лично или при его участии.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на Двадцать четвертой ежегодной международной конференции и выставке «Композиционные материалы в промышленности» («Славполиком»). Ялта, 2004; II Международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении». Тольятти, 2004; I Международной научно-технической конференции «Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2009)». Курск, 2009; Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология (Поликомтриб-2011)». Гомель, Беларусь, 2011; Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология (Поликомтриб-2013)». Гомель, Беларусь, 2013.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 9 публикациях, из них 2 статьи в отечественных журналах (входят в перечень журналов ВАК), получено 2 патента. 1 статья принята к публикации в журнале «Автомобильная промышленность».
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 30 рисунков. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения (выводов) и списка литературы, включающего 75 наименований.
