Восстановление корпусных деталей автотракторной техники эластомерным композитом с керамическими наночастицами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Комоликов Алексей Сергеевич

• Комоликов Алексей Сергеевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Комоликов Алексей Сергеевич

Введение

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Виды наноразмерных наполнителей для полимеров

1.2 Способы перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов

1.3 Влияние способов перемешивания на структуру и элементный состав эластомерных нанокомпозитов

1.4 Способы оценки качества перемешивания компонентов в полимерных растворах

1.5 Выводы. Цель и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛАСТОМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ, НАПОЛНЕННЫХ КЕРАМИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ

2.1 Обоснование выбора наноразмерного оксида алюминия для наполнения эластомера ф-40с

2.1.1 Идентификация наноразмерного оксида алюминия как наполнителя по степени усиления

2.1.2 Фрактальный анализ структуры эластомерного нанокомпозита, наполненного наноразмерным оксидом алюминия

2.1.3 Расчет механических свойств эластомерных нанокомпозитов, наполненных наноразмерным оксидом алюминия

2.2 Метод расчета конструктивных параметров мешалки и режима перемешивания растворов эластомерных нанокомпозитов

2.3 Способ оценки качества перемешивания растворов полимерных композитов

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Механические свойства нанокомпозита эластомера Ф-40С

4.1.1 Оптимизация состава нанокомпозита

4.1.2 Оптимизация режима термической обработки нанокомпозита

4.1.3 Исследование модуля упругости нанокомпозита

4.1.4 Адгезия нанокомпозита

4.2 Теплофизические свойства нанокомпозитов эластомера Ф-40С

4.2.1 Теплопроводность нанокомпозитов

4.2.2. Термостойкость эластомера Ф-40С и нанокомпозита на его основе в

условиях ОДКВ

4.2.3 Исследование теплостойкости нанокомпозита на основе

эластомера Ф-40

4.3 Механическое перемешивание компонентов в растворе нанокомпозита

4.3.1 Динамика испарения ацетона в растворе нанокомпозита

4.3.2 Структура и элементный состав эластомерных нанокомпозитов

4.3.3 Дефектность композитных покрытий

4.4 Долговечность восстановленных посадок подшипников

4.5 Нагрев деталей восстановленного подшипникового узла

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ТЕХНИКО-

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Заключение

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Восстановление корпусных деталей автотракторной техники эластомерным композитом с керамическими наночастицами»

Введение

Конкурентоспособность продукции отечественных сельскохозяйственных товаропроизводителей на мировом рынке, в условиях экономических санкций, зависит не только от качества, а также определяется ее ценой. Себестоимость конечной продукции напрямую зависит от расходов на техническое обслуживание и сервис машинно-тракторного парка и оборудования перерабатывающих предприятий АПК.

Важным элементом в совершенствовании системы технического сервиса АПК страны является восстановление изношенных деталей. Реализация последнего позволяет сократить простои техники, благодаря современным технологиям восстановления повышается ее надежность, значительно снижаются затраты на ремонт [1-30].

Наиболее актуальным является вопрос восстановления корпусных деталей техники. Причина заключается в большой материалоемкости последних и их высокой цене, они также относятся к категории базисных деталей, которые лимитируют ресурс всего агрегата.

В процессе эксплуатации, под действием циклических нагрузок, развивается фреттинг-коррозия и, соответственно, изнашивание поверхностей сопрягаемых деталей подшипникового узла [31-40].

Установка дополнительной детали, ручная и автоматическая наплавка в защитных средах, осталивание и хромирование, электроконтактная приварка ленты и др. - это не полный перечень традиционных способов восстановления изношенных подшипниковых отверстий в корпусных деталях [1, 3]. Указанные способы объединяет низкая фреттингостойкость восстановленнных отверстий и сложный процесс.

Отличительная черта способа восстановления полимерными материалами от способов, указанных выше - это простота процесса, низкие затраты, высокая

фреттингостойкость восстановленных отверстий, многократное повышение ресурса подшипниковых узлов [41-56].

Весьма активно в последние годы разрабатывают полимерные композиты, предназначенные для восстановления корпусных деталей. Благодаря наночасти-цам наполнителя кардинально изменяются в лучшую сторону эксплуатационные свойства материала [57-61].

Товаропроизводители постоянно обновляют и расширяют ассортимент, предлагаемых потребителю, наночастиц из различных материалов. Сформировались благоприятные условия для разработки новых полимерных нанокомпозитов, с улучшенными эксплуатационными свойствами.

«Степень разработанности темы. Решению научных проблем технологии ремонта техники и восстановления изношенных деталей посвящены труды Агеева Е. В., Адигамова Н. Р., Голубева И. Г., Ерохина М. Н., Жачкина С. Ю., Казанцева С.П., Карагодина В. И., Лялякина В. П., Трифонова Г. И., Черноиванова В. И. и многих других отечественных ученых.

Вопросам восстановления изношенных деталей полимерными композитами посвящены труды Астанина В. К., Бауровой Н. И., Зорина В. А., Котина А. В., Кононенко А. С., Курчаткина В. В., Ли Р. И., Михальченкова А. М., Родионова Ю. В. и многих других отечественных ученых» [59].

Наиболее технологичным способом восстановления подшипниковых отверстий в корпусных деталях является способ нанесения эластомерных композитных покрытий. Для восстановления корпусных деталей разработаны эластомерные нанокомпозиты, наполненные дисперсными металлическими наночастицами и углеродными нанотрубками (УНТ). Сведения об использовании керамических наночастиц в качестве наполнителя эластомеров отсутствуют. Необходимы исследования влияния наночастиц А1203 на механические и

теплофизические свойства эластомера Ф-40С.

При ремонте техники полимерные композиты получают добавлением нано-размерных наполнителей в полимерный раствор и последующим ручным пере-

мешиванием. Технологической проблемой при этом является агрегирование на-ночастиц по причине высокой активности их поверхности. Ультразвуковое и механизированное перемешивание уменьшает размеры агрегатов, выравнивает их по размерам, приводит к более однородной структуре. Однако, механизированное перемешивание является более экономичным решением, по сравнению с ультразвуковым при восстановлении корпусных деталей [61].

Физико-механические свойства растворов, наполненных наночастицами А12О3, отличаются от свойств растворов металлических наночастиц и эластомер-ных нанокомпозитов. Необходимы исследования вопроса применимости метода расчета конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки для перемешивания эластомерных растворов, наполненных наночастицами оксида алюминия.

Важной технологической операцией, определяющей высокие механические свойства полимерного нанокомпозита, является оценка качества перемешивания компонентов в полимерном растворе. Исследования показали не пригодность фотометрического способа для оценки качества перемешивания полимерного раствора и наночастиц белого цвета. Необходимо разработать новый способ оценки качества перемешивания в полимерном растворе частиц наполнителя любого цвета.

Настоящая работа посвящена исследованию способа повышения эффективности ремонта корпусных деталей машин за счет применения нанокомпозитного покрытия на базе эластомера Ф-40С, модифицированного керамическими наноча-стицами. Критерием эффективности выступает повышение эксплуатационной долговечности восстановленных посадок подшипников, обусловленное улучшением комплекса механических и теплофизических свойств модифицированного покрытия.

Научную новизну диссертации составляют: теоретическое обоснование выбора наноразмерного оксида алюминия в качестве наполнителя эластомера Ф-40С; исследование пригодности метода расчета оптимального режима перемеши-

вания в мешалке для эластомерных растворов с наночастицами оксида алюминия и оригинальный способ оценки качества перемешивания; регрессионная модель зависимости удельной работы разрушения нанокомпозита от режима термообработки; механические и теплофизические свойства нанокомпозита, динамика испарения ацетона в растворе нанокомпозита при перемешивании, структура и элементный состав, дефектность нанокомпозитных покрытий, долговечность посадок и тепловой баланс восстановленного подшипникового узла.

Теоретическая значимость работы заключается в обосновании, на основе фрактального анализа, выбора наноразмерного оксида алюминия для наполнения эластомера Ф-40С, оригинальном способе оценки качества перемешивания растворов полимерных композитов.

Практическая ценность заключается в нанокомпозите эластомера Ф-40С и технологии восстановления подшипниковых отверстий в корпусных деталях автотракторной техники.

Объект исследований. Растворы эластомерных нанокомпозитов, полимерные пленки и покрытия, подшипниковый узел с посадками, восстановленными нанокомпозитом.

Предмет исследования. Механические и теплофизические свойства нано-композитов эластомера Ф-40С; минимальный уровень выбраковки растворов нанокомпозитов после перемешивания; динамика испарения ацетона в растворе нанокомпозита при перемешивании, структура и элементный состав, дефектность нанокомпозитных покрытий; долговечность посадок и тепловой баланс восстановленных подшипниковых узлов.

Технология восстановления внедрена в ООО «Рассвет» Инжавинского района, Тамбовской области.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: МИФИ (г. Москва), 2019 г.; ICMSSTE (г. Ялта), 2021 г.; МГАУ (г. Мичуринск), 2025 г.; КГАУ (г. Курск), 2025 г.; ЛГТУ (г. Липецк), 2025 г.;

Вавиловский университет (г. Саратов), 2025 г.; Верхневолжский ГАУ (г. Иваново), 2025 г.; заседании кафедры «Транспортные средства и техносферная безопасность» ФГБОУ ВО ЛГТУ в 2025 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 6 публикаций в научных изданиях из перечня ВАК Ми-нобрнауки и 1 патент на изобретение РФ (приложение А).

Диссертация содержит: введение, пять глав, заключение, библиографический список и приложения. Объем работы 178 страниц машинописного текста. Диссертация включает 73 рисунка, 29 таблиц, 7 приложений и библиографический список из 134 наименований.

На защиту выносятся:

- теоретические предпосылки повышения эффективности эластомерных нанокомпозитов, наполненных керамическими наночастицами;

- регрессионная модель удельной работы разрушения, механические и теплофизические свойства нанокомпозита эластомера Ф-40С;

- динамика испарения ацетона в растворе нанокомпозита при перемешивании, структура, элементный состав и дефектность нанокомпозитных покрытий при механическом перемешивании, долговечность посадок и тепловой баланс восстановленных подшипниковых узлов;

- технология восстановления подшипниковых отверстий корпусных деталей нанокомпозитом и оценка ее технико-экономической эффективности.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Виды наноразмерных наполнителей для полимеров

Значение механических и теплофизических свойств для восстановленной полимерной посадки

Когезионная прочность материала восстановленной полимерной посадки подшипника влияет существенно на ресурс последней. При запрессовке подшипника в восстановленное посадочное отверстие, полимерное покрытие воспринимает радиальные и осевые нагрузки. Когезия полимерного покрытия противостоит их отрицательному влиянию, обеспечивает целостность и высокий ресурс восстановленной посадки в ходе эксплуатации.

Деформация наружного кольца подшипника при радиальном нагружении и соответственно характер распределения нагрузки между телами качения определяются в основном деформацией материала восстановленной посадки подшипника. С увеличением деформации, улучшается распределение нагрузки между ними, увеличиваются площадь контакта и снижаются контактные напряжения в подшипнике. В итоге долговечность подшипника многократно увеличивается.

Модуль упругости полимерного материала в основном определяет предельную толщину покрытия при восстановлении посадок и податливость восстановленных опор качения. Эта характеристика противостоит при радиальном нагру-жении подшипникового узла перекосу осей смежных валов, смещению осей валов и подшипниковых отверстий. Поэтому с повышением модуля упругости полимерного материала появляется возможность нанесения полимерных покрытий большей толщины.

Подшипник при сборке опор качения в восстановленной корпусной детали запрессовывают с натягом в отверстие с полимерным покрытием. Возникающие

осевые и радиальные напряжения, могут вызвать отслаивание последнего с поверхности изношенного подшипникового отверстия. Данное явление нежелательно и недопустимо, т.к. значительно снижает эффективность восстановления подшипниковых отверстий. Для исключения этого явления покрытие должно иметь высокую адгезию к подложке.

Теплопроводность полимерной посадки является одним из факторов, определяющих тепловой баланс в подшипниковом узле. Полимер - это теплоизоля-тор, что затрудняет отвод тепла от пар трения и вызывает повышение их температуры. Из-за гистерезисных потерь при циклических нагрузках, повышается температура полимера. Эти причины могут привести к ухудшению механических и теплофизических свойств последнего, значительно снизить долговечность восстановленной полимерной посадки.

Подшипники качения в агрегатах трансмиссии техники работают в условиях не стационарного термоциклирования. Перепады температур, длительное воздействие повышенной температуры в диапазоне до 100оС приводят к изменению структуры полимерного материала восстановленной подшипниковой посадки и, как следствие ухудшению его механических свойств. Данное явление называют термическим старением, а способность противостоять ему термостойкостью. Чтобы повысить ее, эластомеры наполняют различными частицами для исключения слабых мест в структуре полимера и связывания свободных радикалов, возникающих при термическом распаде материала.

При эксплуатации восстановленного подшипникового узла, по достижении определенной, граничной температуры для полимерного материала подшипниковой посадки, последний при постоянной нагрузке продолжает деформироваться, т.е. течет. Данную граничную температуру считают температурой теплостойкости. Для повышения последней полимерные материалы наполняют частицами из различных материалов и формы. Например, эластомер Ф-40С наполняют дисперсными алюминиевыми наночастицами, что повышает этот параметр в 1,23 раза [58, 59, 62].

Виды наноразмерных наполнителей

Полимерные нанокомпозиты формируют с использованием трех разновидностей наночастиц: органоглин, углеродных нанотрубок и дисперсных наночастиц (рисунок 1.1) [59].

Следует дать пояснение, что приведенная классификация рассматривает товарные (готовые к использованию) наночастицы. Наночастицы, получаемые в результате синтеза в полимерном материале, например, методом in situ, в нашей работе не рассматриваются [63-65]. Данный подход обусловлен тем, что при восстановлении изношенных деталей, в т.ч. в условиях полевого ремонта техники, необходимы простые, и в то же время эффективные технологические решения.

Полимерные нанокомпозиты приготавливают непосредственно перед использованием материала. Компоненты перемешиванию в полимерном растворе механическим способом (ручным или механизированным) или ультразвуковой обработкой [55, 61]. Более сложные технологии получения полимерных нанокомпозитов удорожают и усложняют технологию ремонта техники, что не допустимо.

Органоглинами наполняют: «.. .полиэтилены, полипропилен, полибутилен-терефталат, полиэтилентерефталат, полиамиды, поликарбонат, полиимиды, тер-мотропный жидкокристаллический полиэфир, а также эпоксидный полимер и ка-учуки.» [66].

Наполнение эпоксидной смолы ЭД-20 модифицированным монтмориллонитом повышает ударную вязкость материала (таблица 1.1) [67]. Особенно этот эффект проявляется при ультразвуковой обработке (УЗО). Возникающая при УЗО кавитация частично разрушает агрегаты частиц органоглины, уменьшая их размеры, увеличивая количество и удельную поверхность, что усиливает взаимодействие наполнителя с олигомером. Формируется структурный каркас из частиц глины, который является причиной повышения ударной вязкости материала.

Ввод в полиимид органоглины повышает его модуль упругости (рисунок

1.2).

Ек,ГПа

12 10 8 б 4

2 Н-1-1-1-1-

О 2 4 6 3 <Рн

Рисунок 1.2 - «Зависимость модуля упругости Ек от содержания монтмориллонита фн в полиимиде» [66]

По достижении оптимального содержания наполнителя фн = 3масс.% материал имеет экстремум модуля упругости Ек = 12ГПа. Дальнейшее повышение содержания наполнителя приводит к уменьшению модуля упругости.

Таблица 1.1 - «Ударная вязкость композиций смолы ЭД-20, после механического смешения и УЗО» [67]

Композиция КС до УЗО, кДж/м2 КС после УЗО, кДж/м2

Ненаполненная 3,3 3,3

Qoisite 20А 3,3 4,7

Qoisite З0В 3,4 9,7

Qoisite №+ 3,5 7,2

В таблице 1.2 показаны механические свойства полиимида и нанокомпози-тов. Прочность и деформация повышаются и достигают максимума при содержании наполнителя фн = 5масс.%. Далее с ростом содержания наполнителя механические свойства ухудшаются.

Таблица 1.2 - Механические свойства полиимида и нанокомпозитов [67]

Содержание монтмориллонита фн, масс. % Прочность при растяжении <7р, МПа Деформация при разрушении ер, %

0 78,0 15

1 90,4 25

5 105,4 30

10 65,0 10

Органоглины не пригодны при восстановлении посадочных мест подшипников, потому что не улучшают теплопроводность, теплостойкость и выносливость, которая относится к эксплуатационной характеристике, определяющей ресурс всего подшипникового узла после восстановления.

В качестве наполнителя полимерных материалов успешно применяют углеродные нанотрубки (УНТ) с диаметром в пределах 1 - 50 нм и длиной в несколько микрон. Благодаря упорядоченной структуре нанофрагментов углеродные нанотрубки отличает: хорошая электропроводность, диамагнитные свойства, высокая термостойкость, химическая стойкость, прочность, деформация и др [68-75].

В таблице 1.3 представлены сравнительные механические свойства материалов. Наиболее высокие механические свойства у ОУНТ.

Следует отметить необычные свойства УНТ [68, 60]. При осевом сжатии вертикально размещенных УНТ, последние как пенообразный материал обратимо меняют свою плотность с изменением нагрузки по величине и направлению (рисунок 1.3).

Таблица 1.3 - Механические свойства материалов [60]

Хар ажтеристика Гря.т Углер одные волокна Ш'НТ ОУНТ Сталь

Прочность ца растяжение. ГПа 100 3...7 300...600 300...1500 0=4

Модуль упругости. ГПа 1000 200...Е00 500... 1000 1000...5000 2000

Удельная прочность. ГПа 50 2 ...4 200...300 150...750 0Г05

Удельный модуль упругости. ГПа 500 100...400 250___500 500...2500 26

Предельное растяжение, % 10 1...3 20...40 20...40 26

У фенилона С-2 с УНТ: «улучшаются эксплуатационные свойства: термостойкость выше на 150...187 К, температурный коэффициент линейного расширения меньше до 1,2 раза, предел текучести 1,2 раза, модуль упругости - 1,5 раза, износостойкость - 1,2.3 раза» [68].

Модификация эпоксидной смолы ЭД-20 углеродными нанотрубками в количестве 5 % масс. повышает ударную вязкость материала, особенно после УЗО (таблица 1.4).

Нанотрубки «Таунит-М» повысили прочность эластомера Ф-40С на 32 %, адгезию - 30 %, деформацию - 1,66 раза, удельную работу разрушения - 82 %, коэффициент теплопроводности - 36,55, коэффициент старения по прочности -1,1, по деформации - 1,17 раза (рисунок 1.4) [60].

Массив нанотрубок Сжатие Восстановление

Рисунок 1.3 - Обратимая деформация при сжатии УНТ [60]

Таблица 1.4 - «Ударная вязкость композиций смолы ЭД-20, с 1 масс. ч. наполнителя, после механического смешения и УЗО» [67]

Композиция До УЗО После УЗО

Ненаполненная 3,3 3,3

УНТ 3,9 6,8

Такие высокие характеристики возможны при условии равномерного запо-ления матрицы нанотрубками. Не соблюдение этого условия приводит к возникновению жгутов из сотен плотноупакованных углеродных нанотрубок (рисунок 1.5). Пространство между жгутами, расположенными хаотично, заполнено полимером и пустотами в виде продольных эллиптических разломов [69].

Поэтому при разработке полимерного композита с УНТ необходимо решение этой технологической проблемы.

«1 - эластомер Ф-40С; 2 - нанокомпозит Рисунок 1.4 - Коэффициенты старения по прочности К и удлинению К8» [60]

1) 2) «1 - единичные; 2 - жгуты Рисунок 1.5 - Нанотрубки» [69]

Материал дисперсных наночастиц, их форма и размер, обеспечивают значительное улучшение механических и теплофизических свойств, что определяет их достаточно широкое использование при модификации полимеров.

Различают дисперсные неорганические частиц из металлов и неметаллов.

Введение наночастиц: «...алюминия и меди в герметик АН-111 повышает прочность соединений нанокомпозита в 1,28, деформацию в 1,15, удельную работу разрушения в 1,27 раза (рисунок 1.6)» [57].

а|М МДж/м3--

90

80 70 60 50 40 30 20

10 О

1 2 «1 - герметик АН-111; 2 - нанокомпозит Рисунок 1.6 - Удельная работа разрушения ар соединений» [57]

Теплопроводность нанокомпозита возрастает в 5,26 раза (рисунок 1.7).

Киба М. Р.: «получен композит (масс. ч.): эластомер Ф-40 - 100; нанопорошки алюминия - 1,9; меди - 1,7» [58]. В сравнении с матрицей, теплостойкость композита выше в 1,23, теплопроводность - 38,9, прочность -1,23, модуль упругости - 1,65 раза (рисунки 1.8 и 1.9).

«1 - герметик АН-111; 2 - нанокомпозит Рисунок 1.7 - Теплопроводность» [57, 76]

«1 - эластомер Ф-40; 2 - нанокомпозит Рисунок 1.8 - Теплопроводность Xк» [77]

1 2 «1 - эластомер Ф-40; 2 - нанокомпозит Рисунок 1.9 - Прочность а » [58]

Наночастицы оксида алюминия относятся к неметаллическим дисперсным наполнителям.

В работе Курбангалеевой А. Р. исследовано влияние наночастиц оксида алюминия на деформационно-прочностные свойства тиоколовых герметиков [78]. Состав композита: тиокол НВБ-2 - 100 масс.ч.; мел МТД-2 - 100 масс.ч.; А1203 -1,0 масс.ч., ДФГ - 0,5 масс.ч. Для отверждения герметика использовали пасту №9 с диоксидом марганца. Исследовали два состава.

В состав №1 вводили наночастицы А1203, смешанный с жидким тоиоколом, в пропорции 1:2. В состав №2 вводили наночастицы А1203, смешанные дибутилфталатом, в пропорции 1:1.

В таблице 1.5: «представлены механические свойства герметика и его нано-композитов» [78].

Наночастицы А1203 в смеси с дибутилфталатом повышают прочность, по сравнению с тиоколом НВБ-2, в 1,11 раза с 1,41 до 1,57 МПа.

Таблица 1.5 - «Механические свойства герметика и нанокомпозитов» [78]

Показатели Условная прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение при разрыве, %

ДБФ/а-ОА 1,57 80

Жидкий тиокол/а-ОА 1,55 85

Не модифицированный герметик 1,41 48

Наиболее высокую деформацию имеет состав, наполненный смесью наночастиц А1203 и жидкого тиокола НВБ-2. Деформация увеличилась в 1,77 раза, от 48 до 85%.

Наночастицы гидрооксида алюминия (Бемит) используют для модификации анаэробных и силиконовых герметиков, используемых при герметизации неподвижных разъемных соединений [23]. Добавление первых в герметики: АН-501, Loctite-518, Автогерметик, Автогермесил, Loctite-598, Loctite-5920 повышает модуль упругости нанокомпозитов на 8; 9; 11; 12; 16 и 21%, соответственно. Теплопроводность увеличилась в 1,66; 1,64; 1,68; 1,48; 1,54 и 1,38 раза, а теплостойкость нанокомпозитов на 30; 20; 10; 40; 27 и 35оС, соответственно.

Эти нанокомпозиты, наполненные наночастицами Л1203, предназначены для герметизации неподвижных разъемных соединений.

При модернизации электрических машин с воздушным охлаждением для улучшения системы статорной обмотки используют современные электроизоляционные материалы, наполненные порошками Л\2Оъ ( X = 25-40 Вт/(мК)) и гексагонального нитрида бора В^ с высоким коэффициентом теплопроводности: Х = 25-40Вт/м• К и Х = 40- 120Вт/м• К, соответственно [79]. При наполнении этими материалами полиимидной смолы, коэффициент теплопроводности увеличивается более чем в три раза, в сравнении с матрицей, что обеспечивает более высокие электрофизические, тепловые и механические свойства.

Потребителю предлагается нанопорошок оксида алюминия (а-фаза). По сравнению с наночастицами алюминия и меди, размер которых составляет 70 -100 нм, размер наночастиц А/203 меньше более чем в 2 раза и составляет 36 нм (таблица 1.6).

Таблица 1.6 - Технические характеристики оксида алюминия (а-фаза) [80]

№ п/п Наименование параметра Размерность Значения

1 Среднеарифметический размер частиц нм 36

2 Насыпная плотность г/см 0,6 - 1,7

3 Температура плавления оС 2000

4 Удельная поверхность м2/г 25 - 35

Известно, что чем меньше размер наночастиц, тем больше усиливающий эффект наноразмерного наполнителя на полимерную матрицу [59].

Представляют интерес исследования влияния наночастиц А/203 на механические и теплофизические свойства эластомера Ф-40С.

1.2 Способы перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов

При ремонте техники наполнители добавляют в растворы полимеров и компоненты перемешивают ручным способом. Технологической проблемой при этом является агрегирование наночастиц по причине высокой активности их поверхности. Агрегаты наночастиц значительно ухудшают механические свойства полимерных нанокомпозитов. Поэтому актуальным является использование способов интенсифицирующих процесс перемешивания.

Перемешивание включает два элемента: «смешение, повышающее статистический беспорядок в распределении компонентов смеси, и диспергирование,

при котором разрушаются агрегаты частиц из-за напряжений сдвига. В каждой системе есть свое критическое напряжение сдвига, меньше которого диспергирование не возникает. Поэтому, для повышения напряжений сдвига интенсифицируют перемешивание раствора полимерного композита» [81].

Интенсивное перемешивание растворов композитов обеспечивают УЗО и механизированное перемешивание в аппаратах с мешалками [61, 82-84].

УЗО растворов полимерных нанокомпозитов Проведены сравнительные исследования эффективности перемешивания компонентов в полимерном растворе ручным перемешиванием, УЗО и их комбинацией [67]. В эпоксидную смолу ЭД-20 добавляли органоглину Qoisite 30В. Результаты исследований показаны на рисунке 1.10.

В качестве оценочного критерия эффективности перемешивания приняли вязкость раствора полимерного композита. Чем больше этот параметр, тем лучше проведено перемешивание компонентов.

Из зависимости 1 следует, что самое низкое качество перемешивания наблюдается после ручного перемешивания компонентов в полимерном растворе. Комбинация ручного способа перемешивания и обработка в ультразвуковой ванне дает более лучший результат. Об этом свидетельствует повышение вязкости в 1,3 раза на зависимости 2. Наилучший результат по перемешиванию компонентов в полимерном растворе обеспечивает УЗО с погружным волноводом повышенной мощности до 100 Вт (вязкость на зависимости 3 максимальная).

1дп

5.5J

да-

4.5-

#

2,0 -

45 40 -0,5 0,0 0,5 (О 15 2,0 ¿5 3,0 Ш

«1 - ручное смешение; 2 - ручное смешение + УЗО;

3 - УЗО с погружным волноводом Рисунок 1.10 - Зависимость вязкости п от скорости сдвига у для системы

ЭД-20 + ДАДФС + Qoisite 30В» [67]

Более глубокие исследования проведены в работе Ахматовой О.В. Помимо ручного перемешивания и УЗО, автор исследовал механизированное перемешивание. Исследовали композит смолы ЭД-20, с добавлением 0,5 масс.ч. органогли-ны Qoisite 30В и отвердителя ДАДФС в количестве 30 масс.ч.

На рисунке 1.11 показаны микрофотографии нанокомпозита.

Наилучший результат перемешивания достигается при УЗО раствора композита. При этом фиксируется улучшение механических свойств нанокомпозита (рисунок 1.12). Прочность материала увеличилась в 1,15; ударная вязкость - 2; трещиностойкость - 1,2 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Комоликов Алексей Сергеевич, 2026 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Черноиванов, В. И. Голубев, И. Г. Восстановление деталей машин [Текст] (Состояние и перспективы). - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. - 376 с.

2. Бобович Б.Б. Утилизация автомобилей и автокомпонентов [Текст]: учеб. пособие / Б.Б. Бобович. - М.: Форум, 2011. - 167 с.

3. Ли, Р. И. Технологии восстановления и упрочнения деталей автотракторной техники [Текст]: учеб. пособие / Р. И. Ли - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2014. - 379 с.

4. Поляченко, А. В. Увеличение долговечности восстанавливаемых деталей контактной приваркой износостойких покрытий в условиях сельскохозяйственных ремонтных предприятий [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук / Поляченко А.В. - М., 1984. - 44 с.

5. Черноиванов, В. И. Совершенствование технологии и повышение качества восстанавливаемых деталей сельскохозяйственной техники [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук / Черноиванов В.И. - М., 1984. - 53 с.

6. Бурумкулов, Ф. Х. Совершенствование методов и средств оценки работоспособности и долговечности восстанавливаемых соединений и деталей машин (на примере автотракторных двигателей) [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Бурумкулов Ф.Х. - М., 1986. - 38 с.

7. Бугаев, В. Н. Восстановление деталей и повышение ресурса топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Бугаев В.Н. - М., 1987. - 32с.

8. Авдеев, М. В. Повышение эффективности восстановления деталей сельскохозяйственной техники [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Авдеев М.В. -Челябинск, 1987. - 46 с.

9. Курчаткин, В. В. Восстановление посадок подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами [Текст]: дис. докт. техн. наук. / Курчаткин В.В. - М., 1989, - 407 с.

10. Сидоров, А. И. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники

плазменной наплавкой [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Сидоров А.И. -М., 1989. - 34 с.

11. Мошенский, Ю. А. Технологические основы повышения надежности автотракторных валов при восстановлении их наплавкой и термической обработкой [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Мошенский Ю.А. - Пушкин, 1990. - 43 с.

12. Черновол, М.И. Технологические основы восстановления деталей сельскохозяйственной техники композиционными покрытиями [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Черновол М.И. - М., 1992. - 35 с.

13. Мельниченко, И. М. Восстановление и повышение долговечности подшипниковых узлов сельскохозяйственной техники с использованием композиционных материалов и покрытий / Дис. докт. техн. наук. - Гомель, 1991. - 370 с.

14. Котин, А. В. Восстановление точности размерных цепей сборочных единиц применение не жестких компенсаторов износа / Дис. докт. техн. наук. -Саранск, 1998. - 358 с.

15. Ли, Р. И. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами [Текст]: дис. докт. техн. наук. / Ли Р. И. - М., 2001, - 340 с.

16. Башкирцев, В. Н. Восстановление деталей машин и оборудования адге-зивами [Текст]: дис. докт. техн. наук. / Башкирцев В. Н. - М., 2004, - 397 с.

17. Гаджиев, А. А. Технологическое обеспечение долговечности подшипниковых узлов машин применением полимерных материалов [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Гаджиев А. А. - М., 2005. - 35 с.

18. Зазуля, А. Н. Справочник инженера по техническому сервису машин и оборудования в АПК [Текст]: / под редакцией д.с.-х. наук, профессора С. М. Бунина - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 604 с.

19. Кузнецов, Ю. А. Восстановление и упрочнение деталей машин и оборудования АПК микродуговым оксидированием [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Кузнецов Ю. А. - М., 2006. - 35 с.

20. Казанцев, С. П. Разработка комбинированной технологии получения же-лезоборидных покрытий при восстановлении и упрочнении деталей сельскохо-

зяйственной техники [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Казанцев С. П. - М., 2006. - 32 с.

21. Фархшатов, М. Н. Ресурсосберегающие технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники и оборудования электроконтактной приваркой коррозионностойких и износостойких материалов [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Фархшатов М. Н. - Саранск., 2007. - 32 с.

22. Гвоздев, А. А. Технология повышения долговечности узлов трения при ремонте сельскохозяйственной техники с использованием модифицированных полимерных композиций [Текст]: дис. докт. техн. наук. / Гвоздев А. А. - М., 2011, - 377 с.

23. Кононенко А. С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений сельскохозяйственной техники использованием наноструктурирован-ных герметиков [Текст]: дис. докт. техн. наук. / Кононенко А. С. - М., 2012, - 405 с.

24. Ли, Р. И. Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники и оборудования перерабатывающих предприятий [Текст]: учеб. пособие для вузов / Ли Р. И.; М-во сель. хоз-ва РФ, Мичуринск. гос. аграрн. ун-т - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2008. - 322 с.

25. Коломейченко, А.В. Технология восстановления с упрочнением деталей машин на основе применения микродугового оксидирования [Текст] / Коло-мейченко А.В., Кравченко И.Н., Пузряков А.Ф., Логачев В.Н., Титов Н.В. Строительные и дорожные машины. 2014. № 10. С. 16-21.

26. Жачкин, С.Ю. Восстановление поверхностей металлических изделий плазменным напылением порошковых материалов / Трифонов Г.И., Жачкин С.Ю., Кравченко И.Н. Вестник машиностроения. 2025. Т. 104. № 3. С. 244-249.

27. Рассказов, М. Я. Современные тенденции организации ремонта сельскохозяйственной техники. [Текст] / Болотин М.В. - М.: Росинформагротех, 2001. -105 с.

28. Черноиванов, В. И. Техническое обслуживание, ремонт и обновление сельскохозяйственной техники в современных условиях [Текст] / Черноиванов В.

И. и др.; - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 148 с.

29. Карагодин, В.И. Организация и технология централизованного ремонта автомобильных двигателей по техническому состоянию: монография / В.И. Кара-годин. - Москва: РУСАЙНС, 2021. - 108 с.

30. Карагодин, В.И. Техническое состояние систем, агрегатов, деталей и механизмов автомобиля: учебник / В.И. Карагодин. - Москва: КНОРУС, 2020. - 160 с.

31. Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия металлов. -Киев: Техника, 1974. - 270 с.

32. Уотерхауз, Р.Б. Фреттинг-коррозия. - Л.: Машиностроение. 1976. - 271с.

33. Fretting fatigue / Ed. R.B.Waterhouse. - London: Applied science publ., 1981. - X, 244 p., ill.

34. Materials evaluation under fretting conditions: Symp. Spons. by ASTM comm. G-2 on Erosion and wear, Warminster (Pa), 3, June 1981 / Ed. S.R.

35. Оноприенко, В.П. Исследование влияния некоторых физико-механических и химических факторов на изнашивание металлов при фреттинг-коррозии. - Дис. канд. техн. наук. - Киев, 1973, - 174 с.

36. Щербина, Д.А. Исследование структурно-энергетических особенностей изнашивания металлов при фреттинг-коррозии. Дис. канд. техн. наук. - Киев, 1975, - 248 с.

37. Айбиндер С.Б., Жеглов О.С., Либерман Л.М. Влияние полимерных покрытий на развитие фреттинг-коррозии // Физико-химическая механика контактного взаимодействия и фреттинг-коррозия: Тез. докл. - Киев, 1973. - с. 143 - 144.

38. Hoepner D.W., Gates F.L. Fretting fatigue considerations in engineering design. «Wear», 1981, 70, - № 2. - p. 155 - 164.

39. Алябьев, А.Я. Фреттинг-коррозия металлов и ее структурно-энергетическое описание // Надежность и долговечность авиационных газотурбинных двигателей. / Сб. трудов. - Киев, 1971. - Вып.1. - с. 35 - 39.

40. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - М.: «Изд-во МСХА», 2001. - 616 с.

41. Шубин, А. Г. Повышение долговечности посадочных отверстий корпусных деталей сельскохозяйственной техники, восстановленных герметиком 6Ф / Автореф. дис. канд. техн. наук. - М., 1980. - 16 с.

42. Тоиров, И. Ж. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники анаэробными герметиками [Текст]: дис. канд. техн. наук / Тоиров И. Ж. - М., 1990. - 172 с.

43. Ибилдаев, Б. А. Долговечность подшипников качения сельскохозяйственной техники с посадками, восстановленными герметиком 6Ф [Текст]: дис. канд. техн. наук / Ибилдаев Б. А. - М., 1986. - 159 с.

44. Аязбаев, М. Д. Долговечность неподвижных соединений типа вал - подшипник качения, восстановленных герметиком 6Ф в условиях сельскохозяйственных ремонтных предприятий [Текст]: дис. канд. техн. наук / Аязбаев М. Д. -М., 1984. - 193 с.

45. Сиднина, Т. И. Восстановление посадок подшипников в щитах асинхронных электродвигателей на ремонтных предприятиях Госагропрома СССР [Текст]: дис. канд. техн. наук / Сиднина Т. И. - М., 1986. - 159 с.

46. Аль-Ассех Рашад Фахад Обоснование выбора полимерного материала для восстановления и повышения долговечности неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники [Текст]: дис. канд. техн. наук / Аль-Ассех Рашад Фахад. - М., 1989. - 181 с.

47. Ли, Р. И. Технологии восстановления деталей металлургических машин и оборудования [Текст]: учеб. пособие для вузов / Ли Р. И., Жильцов А. П.; М-во образования и науки РФ, Липецк. гос. техн. ун-т - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2007. - 315 с.

48. Демин, В. Е. Совершенствование технологии восстановления сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения применением композиционных анаэробных материалов (на примере корпуса КП трактора Т-150К) [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук. / Демин В. Е. - Саратов, 2007. - 16 с.

49. Щетинин, М. В. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивом Анатерм-105 [Текст]: дис.

канд. техн. наук: 05.20.03: / Щетинин М. В. - Мичуринск, 2008. - 146 с.

50. Кондрашин, С. И. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники анаэробными герметиками с дисперсными минеральными наполнителями [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.20.03: / Кондрашин С. И. - Мичуринск, 2009. - 118 с.

51. Бочаров, А. В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезива-ми, наполненными дисперсными металлическими порошками [Текст]: дис. канд. техн. наук / Бочаров А. В. - Мичуринск, 2009. - 150 с.

52. Ли, Р.И. Применение полимерных материалов в подшипниковых узлах при изготовлении и ремонте машин: Монография. Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2010. - 169 с.

53. Бутин, А. В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимер-полимерными композициями [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.20.03: / Бутин А. В.

- Мичуринск, 2012. - 127 с.

54. Машин, Д. В. Повышение эффективности восстановления посадочных отверстий в корпусных деталях сельскохозяйственной техники композицией на основе эластомера Ф - 40С [Текст]: дис. канд. техн. наук / Машин Д. В. - Мичуринск, 2013. - 149 с.

55. Колесников А.А. Повышение качества восстановления корпусных деталей автомобилей полимерными композиционными материалами после ультразвуковой обработки: Дис. канд. техн. наук.: 05.22.10 / Колесников А. А.: - Орел, 2017

- 179 с.

56. Мироненко А.В. Повышение долговечности роликоподшипниковых узлов в корпусных деталях автомобилей, восстановленных композицией адгезива АН-110: Дис. канд. техн. наук.: 05.22.10 / Мироненко А.В.: - Орел, 2017 - 179 с.

57. Малюгин, В. А. Восстановление посадок подшипников качения автомобилей нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111 [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.20.03: / Малюгин В. А. - Мичуринск, 2019. - 169 с.

58. Киба, М. Р. Восстановление посадочных отверстий в корпусных деталях сельскохозяйственной техники нанокомпозитом на основе эластомера Ф-40 [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.20.03: / Киба М. Р. - Мичуринск, 2020. - 174 с.

59. Псарев, Д. Н. Технологические основы восстановления посадок подшипников качения в узлах сельскохозяйственной техники полимерными нано-композитами: специальность 4.3.1. «Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса»: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Псарев Д. Н.; МичГАУ. - Мичуринск, 2023. - 478 с. - Текст: непосредственный.

60. Мельников А.Ю. Восстановление посадочных отверстий в корпусных деталях автотракторной техники эластомером Ф-40С, наполненным углеродными нанотрубками: специальность 4.3.1. «Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Мельников А.Ю.; МичГАУ. - Мичуринск, 2023. - 175 с. - Текст: непосредственный.

61. Ерохин В.Е. Технологии и технические средства механического диспергирования растворов полимерных нанокомпозитов при восстановлении корпусных деталей автотракторной техники: специальность 4.3.1. «Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ерохин В.Е.; МичГАУ. - Мичуринск, 2024. - 215 с. - Текст: непосредственный.

62. Ли, Р.И. Полимерные композиционные материалы для фиксации подшипников качения в узлах машин: монография / Р.И. Ли. - Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2017. - 224 с.

63. Помогайло, А. Д. Наночастицы металлов в полимерах / А. Д. Помогайло, А. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд. - Москва: Химия, 2000. - 672 с.

64. Кособудский, И. Д. Наноразмерные металлические частицы в полимерных матрицах: I. Синтез, механизмы образования и стабилизации / И. Д. Кособуд-ский // Известия высших учебных заведений. - 2000. - Т. 43 (4). - С. 3-18.

65. Сергеев, Г. Б. Нанохимия металлов / Г. Б. Сергеев // Успехи химии. -

2001.

- Т. 70, №10. - С. 915-933.

66. Микитаев А.К., Каладжян А.А., Леднев О.Б., Микитаев М.А. Наноком-позитные полимерные материалы на основе органоглин. Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http:zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/083.pdf. С. 912 - 922.

67. Тренисова, А.Л. Получение композиционных материалов на основе эпоксидного олигомера и нанонаполнителей [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук. / Тренисова А.Л. - Москва, 2009. - 16 с.

68. Козлов Г. В., Буря А.И., Липатов Ю.С. Механизм усиления полимерных нанокомпозитов, наполненных углеродными нанотрубками. Reports of National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №1, р. 132- 136.

69. Гороховский, А.В. Композитные наноматериалы. [Текст]: Учебное пособие / А.В. Гороховский. - Саратов.: ФГОУ ВПО СГТУ, 2008. - 76 с.

70. Гуняев Г.М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. - М.: Химия, 1981. - 232 с.

71. New Scientist, 18 September 2004, p. 18.

72. Kozlov G V, Yanovskii Yu G, Zaikov G E, in Polymer Yearbook-2011. Polymers, Composites and Nanocomposites (Eds G Zaikov, С Sirghie, R Kozlowski) (New York: Nova Science Publ., 2011) p. 218.

73. Kozlov GVet al., in Handbook of High- and Low-Molecular Compounds (Eds R Pethrick, G Zaikov) (New York: Nova Science Publ., 2008) p. 236

74. Мищенко С. В., Ткачев А. Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства, применение. - М.: Машиностроение, 2008. - 320 с.

75. Елецкий, А. В. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе / А. В. Елецкий - Текст: непосредственный // Успехи физических наук. - 2007. - Т. 177, № 3. - С. 233-274.

76. R. I. Li, D. N. Psarev, V. A. Malyugin. Modification of Anaerobic Sealants by Metal Nanoparticles. ISSN 1995_4212, Polymer Science, Series D, 2019, Vol. 12, No. 4, pp. 376-380.

77. Ли, Р.И. Исследование теплопроводности полимерных нанокомпозитов / Ли Р.И., Псарев Д.Н., Киба М.Р., Мельников А.Ю., Быконя А.Н. // Наука в Центральной России. - 2022. - №1 (55). - C. 81-91.

78. Курбангалеева, А. Р. Влияние наноразмерного оксида алюминия на свойства тиоколовых и уретановых герметиков / А. Р. Курбангалеева, Ю. Н. Ха-кимуллин, А. Ф. Дресвянников, Е. В. Петрова // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15, №3 - С. 326-328.

79. Маннанов Э.Р. О диэлектрических материалах с высокой теплопроводностью для систем электрической изоляции высоковольтных электрических машин: обзор отечественной и зарубежной литературы / Э.Р. Маннанов // Материаловедение. Энергетика. Том 27, № 4, 2021 - С. 44-67.

80. http://www.nanosized-powders.com/production/nanopowders/al2o3.php

81. Богданов В.В. Смешение полимеров / В.В. Богданов, Р.В. Торнер, В.Н. Красовский, Э.О. Регер - Л.: Химия, 1979. - 192 с.

82. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Польша, 1971. Пер. с польск. под ред. Щупляка И. А. Л., «Химия», 1975.

83. Стабников В. Н. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Киев: Вища школа, 1982.—199 с.

84. Ли, Р.И. Параметры ультразвукового диспергирования растворов эла-стомерного нанокомпозита для восстановления изношенных корпусных деталей автомобилей [Текст] / Р.И. Ли, Д.Н. Псарев, М.Р. Киба, А.Ю. Мельников // Наука в Центральной России. - 2021. - №4 (52). - C. 106-114.

85. Ахматова, О.В. Композиционные материалы на основе модифицированного эпоксидного олигомера и нанонаполнителей [Текст]: автореф. дис... канд. техн. наук. / Ахматова, О. В. - Москва, 2011. - 16 с.

86. R. I. Li. A. A. Kolesnikov. Degasification of Polimer-Composite Solutions via Ultrasonic Dispersion. ISSN 1995_4212, Polymer Science, Series D. Glues and Sealing Materials, 2017, Vol. 10, No. 2, pp. 115-118. DOI: 10.1134/S1995421217020125

87. R. I. Li, A. A. Kolesnikov, M. R. Kiba. Parameters of Ultrasonic Dispersion

of Polimer-Composite Solutions. ISSN 1995_4212, Polymer Science, Series D. Glues and Sealing Materials, 2017, Vol. 10, No. 2, pp. 185-188. DOI: 10.1134/S1995421217020137

88. Ли, Р.И. Повышение эффективности восстановления корпусных деталей автотракторной техники полимерными композиционными материалами после ультразвуковой обработки [Текст] / Р. И. Ли, А. А. Колесников // Труды ГОСНИТИ. - М.: Изд-во ГОСНИТИ, 2017. - Т. 126. - С. 193-197.

89. Ли, Р.И. Повышение качества восстановления корпусных деталей автомобильной техники полимерными композитами, обработанными в ультразвуковом поле [Текст] / Р.И. Ли, А.А. Колесников // Мир транспорта и технологических машин - 2017. - №1 (56) - C. 16-21;

90. Ли, Р.И. Повышение эффективности восстановления корпусных деталей автомобильной техники полимерными композитами после ультразвуковой обработки [Текст] / Р. И. Ли, А. А. Колесников // Научное обозрение - 2017. - №2. - С. 58-64.

91. Агранат, Б.А. Основы физики и техники ультразвука: учеб. пособие для вузов / Б. А. Агранат [и др.]. - М.: Высш. шк., 1987. - 352 с.

92. Голых, Р.Н. Повышение эффективности ультразвуковой кавитационной обработки вязких и дисперсных сред / Голых Р.Н., Хмелев В.Н., Хмелев С.С., Барсуков Р.В., Шалунов А.В. // ООО «Центр ультразвуковых технологий». - 2011. - с. 321.

93. Крауткремер, Й. Ультразвуковой контроль материалов: справочник / Й. Крауткремер, Г. Крауткремер. - Москва: издательство «Металлургия»,1991. - 673 с.

94. Капустина, О.А. Физические основы ультразвуковой технологии / О.А. Капустина: в 3-х т./Л.Д.Розенберг [и др.]. - М.: Наука, 1970. - Т.3. - 689 с.

95. Ли, Р.И. Оптимизация конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки для диспергирования растворов полимерных композитов / Ли Р.И., Киба М.Р., Гребеньков Д.В., Ерохин В.Е. - Текст: непосредственный // Наука в Центральной России. - 2023. - №6 (66). - C. 34-43.

96. Ли, Р.И. Оптимизация режима 3-0 печати турбинной мешалки для диспергирования растворов полимерных композитов / Ли Р.И., Киба М.Р., Гребень-ков Д.В., Ерохин В.Е. - Текст: непосредственный // Наука в Центральной России. - 2024. - №1 (67). - С. 7-15.

97. Ли, Р.И. Способ оценки качества диспергирования растворов полимерных композитов / Ли Р.И., Киба М.Р., Ерохин В.Е. - Текст: непосредственный // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2024. - №4. - С. 21-27. DOI: 10.31044/1684-2561-2024-0-4-21 -27

98. Ли, Р.И. Прибор для оценки качества диспергирования растворов полимерных композитов / Ли Р.И., Киба М.Р., Ерохин В.Е. - Текст: непосредственный // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2024. - №6. - С. 34-40. DOI: 10.31044/1684-2561-2024-0-6-34-40

99. Ли, Р.И. Моделирование и расчет конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки для диспергирования растворов полимерных композитов / Ли Р.И., Киба М.Р., Тоиров И.Ж., Ерохин В.Е., Лисовый И.В. - Текст: непосредственный // Наука в Центральной России. - 2024. - №2 (68). - С. 150-159.

100. Ли, Р.И. Основы формирования эксплуатационных свойств полимерных нанокомпозитов для восстановления посадочных мест подшипников качения в узлах техники: монография / Р.И. Ли, Д.Н. Псарев, М.Р. Киба - Мичуринск: ООО «БиС», 2024. - 172 с.

101. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие. - изд. перераб. / под ред. А.А. Берлина - СПб. : Профессия, 2009. - 560 с., ил.

102. Алесковский В.Б., Бардин В.В., Бойчинова Е.С. и др. Физико-химические методы анализа. Л.: Химия, 1988.

103. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа -5-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1986. - 432 с.

104. Ли, Р.И. Способ оценки качества смешения растворов полимерных композитов [Текст]: Патент на изобретение РФ № 2833364. Заявл. 04.05.2023. / Ли Р. И., Киба М.Р., Ерохин В.Е. // Опубл. 20.01.2025. - Бюл. №2.

105. Основы светотехники: учебное пособие / А.Я. Лейви, А.А. Шульгинов; под ред. А.А. Шульгинова. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2016. - 71 с.

106. Полимерные нанокомпозиты : Многообразие структурных форм и приложений / А.К. Микитаев, Г.В. Козлов, Г.И. Заиков; Ин-т биохим. физики им. Н.М. Эмануэля РАН. - М.: Наука, 2009. 278 с.

107. Козлов Г. В., Яновский Ю. Г., Карнет Ю. Н. Структура и свойства дисперсно-наполненных полимерных композитов: фрактальный анализ (М.: Альян-странсатом, 2008).

108. Комоликов, А.С. Механические свойства эластомера Ф-40С, наполненного керамическими наночастицами / Ли Р.И., Быконя А.Н., Комоликов А.С., Лисовый И.В. - Текст: непосредственный // Наука в Центральной России. - 2025. - №1 (73). - С. 106-113.

109. Ли, Р.И. Фрактальный анализ структуры и механические свойства эла-стомерного нанокомпозита для восстановления деталей техники / Р. И. Ли, Д. Н. Псарев, А. Ю. Мельников - Текст: непосредственный // Аграрный научный журнал. - 2023. - №8. - С. 134-138.

110. Комоликов, А.С. Фрактальный анализ структуры эластомерных нано-композитов, наполненных металлическими и керамическими наночастицами / Р.И. Ли, Д.Н. Псарев, М.Р. Киба, Ю.Р. Ли, А.С. Комоликов - Клеи. Герметики. Технологии. - 2025. - №7. - С. 23-28.

111. Комоликов, А.С. Конструктивные и технологические параметры турбинной мешалки для перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов / Ли Р.И., Псарев Д.Н., Комоликов А.С., Лисовый И.В. - Текст: непосредственный // Наука в Центральной России. - 2024. - №6 (72). - С. 123-130.

112. Кравченко И. Н., Зорин В. А., Пучин Е. А., Бондарева Г. И. Основы надежности машин: Учебное пособие для вузов. - Часть II. - М.: Изд-во, 2007. -260 с.

113. Комоликов, А.С. Повышение деформационно-прочностных свойств эластомерного нанокомпозита, наполненного керамическими наночастицами /

Комоликов А.С., Ли Р.И., Псарев Д.Н. // Технологии, машины и оборудование для проектирования, строительства объектов АПК: сборник научных статей 3-й Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров (14 марта 2025 года); Курский государственный аграрный универистет имени И.И. Иванова, - Курск: Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2025. - С. 440-443.

114. Основы научных исследований [Текст] : Учеб. пособие / Р.И. Ли // Липецк : Изд-во ЛГТУ, 2013. - 190 с.

115. Крассовский, Г. И. Планирование эксперимента [Текст] / Крассовский Г.И., Филаретов Г.Ф.; - Мн.: Изд-во БГУ им. Ленина, 1982. - 302 с.

116. Аугамбаев, М. И. Основы планирования научно-исследовательского эксперимента [Текст] / Аугамбаев М., Иванов А.З., Терехов Ю.И.; - Ташкент. Уки-тувчи, 1993. - 336 с.

117. Ли, Р.И. Моделирование процессов формирования полимерных покрытий: монография / Р.И. Ли, Д.Н. Псарев - Москва: РУСАЙНС, 2024. - 142 с.

118. Комоликов, А.С. Оптимальный режим термообработки нанокомпозита эластомера Ф-40С / Комоликов А.С., Ли Р.И., Псарев Д.Н. // Технологии, машины и оборудование для проектирования, строительства объектов АПК: сборник научных статей 3-й Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров (14 марта 2025 года); Курский государственный аграрный универистет имени И.И. Иванова, - Курск: Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2025. - С. 442-446.

119. Моделирование теплопроводности трехкомпонентных композиций / В.А. Михеев, В.Ш. Сулаберидзе, В.Д. Мушенко // ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2016. Т. 59, №7. - С. 584-590.

120. Комоликов, А.С. Теплофизические свойства эластомерного нанокомпозита, наполненного керамическими наночастицами / Ли Р.И., Псарев Д.Н., Киба М.Р., Комоликов А.С. - Текст: непосредственный // Наука в Центральной России. - 2025. - №2 (74). - С. 152-160.

121. Михайлюк, А. Е. Разработка эластомерных материалов на основе эти-

ленпропиленовых каучуков, модифицированных высокодисперсными частицами металлов [Текст]: дис. канд. техн. наук / Михайлюк А.Е. - Волгоград, 2014. - 140 с.

122. http://instplast.ru/

123. ГОСТ 12423-66. Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб) [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.

124. Аскадский, А. А. Деформация полимеров [Текст] / Аскадский А.А.; -М.:Химия, 1973. - 448 с.

125. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов [Текст]: - М.: Наука, 1976. -

607 с.

126. ГОСТ 9550-81. Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе (проб) [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1981. -7 с.

127. ГОСТ 21981-76. Метод определения прочности связи с металлом при отслаивании (проб) [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 7 с.

128. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. Л. В. Лыкова. - М.: Энергия, 1973. - 336 с.

129. Весы лабораторные ВК: руководство по эксплуатации. - Санкт-Петербург: АО «МАССА-К», 2008. - 16 с.

130. ГОСТ 9.407-84. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 8 с.

131. Вибраторы электромеханические общего назначения ИВ-98Б, ИВ-98Н, ИВ-99Б, ИВ-99Н, ИВ-99Б-П, ИВ-105-2.2, ИВ-107А, ИВ-107Н, ИВ-107А-П, ИВ-107А-1.5: руководство по эксплуатации 2-1.003 РЭ. - Ярославль: ОАО «Ярославский завод «Красный Маяк». - 2003. - 18 с.

132. И. В. Экономика предприятия [Текст]/ Сергеев И. В.; - М.: Финансы и статистика, 2000. - 297 с.

133. Конкин, Ю. А. Экономическое обоснование внедрения мероприятий научно-технического прогресса в АПК [Текст] / Конкин Ю. А., Пацкалев А. Ф., Осипов В. И. и др.; - М.: МИИСП, 1992. - 47с.

134. Кравченко, И. Н. Технико - экономическое обоснование инженерных решений по эксплуатации и ремонту машин [Текст] / Кравченко И. Н., Шилина Н. В., Попова Л. Н., Карцев С. В., Пучин Е. А., Карев А. М.; - МИздательство УМЦ «Триада», 2006. - 144с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Решение о выдаче патента от 27.06.2025 г. по заявке на изобретение №2024127038/04(059884) «Композиция для покрытия металлических изделий»: Ли Р.И., Ли Ю.Р., Киба М.Р., Быконя А.Н., Лисовый И.В., Псарев Д.Н., Комоликов А.С.

Продолжение приложения А

Фирм л Л| 1I ■

(21)2024127038/04

(5ПМПК

С09Б 16//06 (2006,01} стп 109/02 (1006.01) СОЩК 3/7212 006.0 ]) ШУ 30/00 {2011.01)

(57)

Композиция для покрытия металлических изделий в углах машин, включающая лак 4М0 на основе фенолоформальдегидной смолы а сочетании с каучуком синтетическим бугаднел-нитрнльньш, отличающаяся что содержит » шчестае наполнителе нзиочаешцы оксида алюминия гс-фащ тщет следующем соотношении ингредиентов, д % по массе:

-лакФ-40 - 99,&5...99,9;

- Нйяочастицы оксида алюминия а-фгпа - 0.1. .0.15.

(56) КТ.г 2569547 С1.27Л [.2015; Пи 2757271 С1> 12.102021; КиЭб33905С1г 19.t0.2017; ОН 2312Б4К АI, 26 09.1974.

При п^шкдцнн сидений о нщ^чс Патгот» йуяут исвдцмщщ* ггсриначншме опнииис II чертеж, втиш^ рсферагггскорректированкый эксперюн.

Приложение: I, И^щсние о лйрадхг уфипи патенты* пошлин на 2 л. л ] это.

2. Рофсрат, СЮррвКщриванный зрвНертОМ, ня I л. а I

3. Отчет об кнффрмйщццонм поиске на ] л. и I экз.

ЧАСТНЫЕ МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Общие сведения

Лак Ф-40С представляет собой раствор синтетического бутадиен-нитрильного каучука СКН-40С, модифицированного фенольной смолой ФКУ в ацетоне. Разработчик и производитель лака - ОАО НИИ пластических масс им. Г. С. Петрова (г. Москва) [122]. Характеристики материала приведены в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Состав и характеристики лака Ф-40С (ТУ 6-06-246-92)

№ Наименование параметра Единица из- Значение

п/п мерения

1 Смола ФКУ (феноло-формальдегидная смола на основе замещенного фенола винилацетиленовой структуры) Масс.% 8

2 Каучук синтетический бутадиен-нитрильный марки СКН-40С Масс.% 12

3 Ацетон технический (ГОСТ 2768-84) Масс.% 80

4 Массовая доля сухого остатка % 20

5 Прочность связи со сталью при сдвиге МПа 5,0

Эластомер Ф-40С наполняли наночастицами оксида алюминия. В таблице Б.2 представлены технические характеристики наночастиц оксида алюминия [80].

Отбор и взвешивание компонентов осуществляли аналитическими весами ГОСМЕР ВЛ-210.

Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный раствор эла-

стомера Ф-40С, затем добавляли нанопорошок оксида алюминия. Перемешивание компонентов выполняли механическим способом: вручную или в аппарате турбинной мешалкой (рисунок Б.1). Повторность опытов трехкратная.

12 3 4 5

1 - мешалка №1; 2 - мешалка №2; 3 - мешалка №3; 4 - задняя стойка; 5 - привод, миксер DEXP; 6 - емкость для раствора нанокомпозита;

7 - зажим; 8 - передняя стойка; 9 - фиксатор емкости Рисунок Б.1 - Аппарат с турбинными мешалками трех типоразмеров

Таблица Б.2 - Параметры нанопорошка оксида алюминия [80]

№ п/п Наименование параметра Размерность Значения

1 Среднеарифметический размер частиц нм 36

2 Насыпная плотность г/см 0,06 - 1,7

3 Точка плавления оС 2000

4 Содержание активного алюминия % масс 95

Конструктивные параметры турбинной мешалки №1 представлены в таблице Б.3 и на рисунке Б.2 [61]

Таблица Б.3 - Конструктивные параметры турбинной мешалки [61]

Параметр Обозначение Размерность Мешалка

Диаметр мешалки d мм 34

Внутренний диаметр аппарата с мешалкой D мм 37

Ширина лопатки мешалки Ь мм 7

Угол наклона лопатки а градус 43

Высота столба жидкости в аппарате с мешалкой Н мм 30

Высота установки мешалки от дна сосуда аппарата h мм 11,5

Привод мешалки представляет собой миксер марки DEXP модель НМ-900R. Основные технические характеристики приведены в таблице Б.4.

Таблица Б.4 - Технические характеристики привода мешалки

№ Характеристика Значение

п/п

1 Параметры питания 220-240 В, 50 Гц

2 Номинальная мощность 400 Ватт

3 Максимальная мощность 900 Ватт

4 Количество скоростей 6

О

1 - емкость с раствором нанокомпозита; 2 - мешалка; D - диаметр емкости; d - диаметр мешалки; Н - высота уровня жидкости; h - высота мешалки; а - длина лопатки; Ь - ширина лопатки Рисунок Б.2 - Геометрические параметры аппарата с мешалкой

Частоту вращения мешалки фиксировали лазерным тахометром иМ-Т иТ373 (рисунок Б.3). Основные технические характеристики тахометра приведены в таблице Б.5.

Таблица Б.5 - Характеристики лазерного тахометра иМ-Т ЦТ373

Диапазон измерения оборотов, мин-1 10 - 99999

Диапазон измерения до объекта, мм 50 - 200

Диапазон отклонения угла До 30

Диапазон температур, оС От 0 до 50

' 1

икн-т С/7373

Мт1 ТасЬоте1ег

О

Рисунок Б.3 - Лазерный тахометр Ц№-Т ЦТ373

Бесступенчатое изменение частоты вращения мешалки осуществляли лабораторным трансформатором ЛАТР SUNTEK 500ВА 0-300 Вольт SK2.1 LTR0500 (рисунок Б.4), используя предварительно построенный тарировочный график

п = / (и).

Рисунок Б.4 - Трансформатор ЛАТР SUNTEK 500ВА

Основные технические характеристики трансформатора приведены в таблице Б.6.

Таблица Б.6 - Характеристики трансформатора ЛАТР SUNTEK 500ВА

Максимальный ток, А 2

Число фаз Однофазный

Выходное напряжение, В 0-300

Номинальная мощность, ВА 500

Отсутствует искажение синусоиды Да

Диапазон рабочих температур, оС -5 до 40

Посадочные отверстия под подшипники растачивали в размер, обеспечивающий зазор в сопряжении «корпус-подшипник», который имитирует износ.

Измерение посадочных отверстий под подшипники выполняли индикаторным нутромером НИ-100 (ГОСТ 868-72), оснащенным индикаторной головкой ИЧ-1-0,001, с ценой деления 0,001 мм (ТУ 3942-017-74229882-2014 ЧИЗ)

Измерение наружных поверхностей образцов выполняли рычажной скобой (ГОСТ 11098-75) с ценой деления 0,002 мм и микрометрами гладкими МК с ценой деления 0,01 мм (ГОСТ 6507-90) .

Экспериментальные исследования проводили по частным методикам, которые описаны в данной главе.

Б.1 Методика исследования деформационно-прочностных свойств пленок нанокомпозита эластомера Ф-40С

При изучении механических свойств исследовали три состава нанокомпози-

та:

- состав № 1: эластомер Ф-40С - 100 масс. ч., наночастицы А1203 - 0,075 масс. ч.;

- состав № 2: эластомер Ф-40С - 100 масс. ч., наночастицы А1203 - 0,100 масс. ч.;

- состав № 3: эластомер Ф-40С - 100 масс. ч., наночастицы А1203 - 0,125 масс. ч.

Деформационно-прочностные свойства пленок нанокомпозита на основе эластомера Ф-40С оценивали прочностью пленок при одноосном растяжении сгр ,

относительным удлинением £р и удельной работой деформации при разрыве

пленок ар [100].

Образцы изготовили в виде пленок, которые имеют прямоугольную форму. Размеры пленок: 50 х 10 х 0,15 мм, с расчетной длиной образца равной 30 мм [5961]. Подложка для формирования пленок представляла собой опорную пластину, произведенную из стали 3 ГОСТ 380-94. Размеры пластины: 200 х 160 х 4 мм. Для снижения адгезии пленок к подложке, опорную пластину покрывали фольгой алюминиевой пищевой ГОСТ 745-2003. Для обеспечения необходимой формы и геометрических размеров пленок использовали рамку-трафарет. Материал рамки: сталь 3 (рисунок Б.5). Размеры рамки: 180 х 140 х 0,8 мм. В рамке профрезерованы шесть окон. Размеры окон: 60 х 15 мм.

1 - фторопластовая пластина; 2 - рамка-трафарет; 3 - пленка Рисунок Б.5 - Форма-оснастка для получения пленок [59]

После наложения рамки на фторопластовую пластину, заполнили ее окна, нанося послойно покрытие из раствора полимерного материала волосяной кистью 5. По завершении заполнения окон рамки раствором полимерного материала, поверхность последнего формовали фторопластовой крышкой, чтобы придать рав-нотолщинность полимерным покрытиям. По завершении отверждения образцы кондиционировали при комнатной температуре в течение 16 ч [123].

Термическую обработку образцов проводили в шкафу сушильном марки СНОЛ-3.5,3.5,3.5/3.

Предельное отклонение размеров образцов по длине и ширине составляло не более ± 0,1 мм.

При испытаниях образцов пользовались разрывной машиной марки ИР 5082-50 (рисунок Б.6). В ходе испытания выполнялась одновременная запись диаграммы «нагрузка-деформация». Масштабы измерений: нагрузки М:1мм = 1,6 Н; деформации М1:1.

Испытания образцов проводили с постоянной скоростью нагружения 50 мм/мин.

Так как, скорость распространения волн в высокоэластических полимерных материалах составляет 30...50 м/с, скорость нагружения образцов обеспечивала равномерное распределение напряжений по объему образца [124].

Прочность пленок &р определяли по формуле [125]

FP

&р = , (Б1)

АН

где ^ - разрушающая нагрузка, Н; АН - площадь поперечного сечения пленки, мм2.

Относительное удлинение пленок £р рассчитывали по формуле

*р /

100

(Б.2)

где 10 - начальная расчетная длина пленки, мм; образца в момент разрыва, мм.

А1 -

изменение расчетной длины

Рисунок Б.6 - Разрывная машина ИР 5082-50

Работу деформации, затрачиваемую на растяжение образца А, определяли измеряя площадь диаграммы, под кривой «нагрузка - деформация».

Удельную работу деформации, затрачиваемую на растяжение образца сср рассчитывали как частное работы деформации А от объема образца, который со-

9 3

ставлял V = 180 х10 м .

Серия предварительных классических экспериментов показала, что удельная работа разрушения, в зависимости от режима термической обработки, изменяется по не линейной зависимости. Для оптимизации режима термической обработки конвективным способом покрытий из эластомерного нанокомпозита реализовали активный эксперимент по плану второго порядка В2 [108, 114,]. В качестве функции отклика Y выбрана удельная работа разрушения а, МДж/м , а независимые факторы это: Х1 - температура, оС; Х2 - время термической обработки, ч.

Информация о независимых факторах в активном эксперименте представлена в таблице Б. 7.

Таблица Б.7 - Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование фактора Кодированное обозначение фактора Уровни варьирования фактора Интервал варьирования

нижний нулевой верхний

Температура, 0С Х1 140 150 160 10

Время, ч Х2 2 3 4 1,0

Результаты активного эксперимента подвергли регрессионному анализу по соответствующей методике [114].

Модуль упругости при растяжении пленок эластомера Ф-40С и нанокомпо-зитов на его основе определяли как отношение приращения напряжения к соответствующему приращению относительного удлинения [126].

Модуль упругости при растяжении Ер, МПа рассчитывали по формуле

(F1 - F1) • ¡0

р л • (^2 -Л^Г (Б3)

Е =

где ¥2 - нагрузка при относительном удлинении 0,3 %, Н; ^ - нагрузка при относительном удлинении 0,1 %, Н; /0 -длина образца до деформации, мм; А0 - площадь поперечного сечения образца до деформации, мм ; Л/2 - удлинение при нагрузке F2, мм; Л/г - удлинение при нагрузке F1, мм.

Модуль упругости при сжатии пленок эластомера Ф-40С определяли как отношение приращения напряжения к соответствующему приращению относительного сжатия [126]. Для обеспечения равномерности нагружения использовали приспособление для испытания на сжатие образцов (рисунок Б.7), изготовленное из стали 40Х.

38

Рисунок Б.7 - Приспособление для равномерного нагружения пленок эластомера Ф-40С при испытаниях на сжатие

Модуль упругости при сжатии Ес, МПа рассчитывали по формуле [126].

Е. (Б.4)

А0 • (ЛИ2 -ЛИ,)

где ¥2 - нагрузка, соответствующая относительной деформации 0,3 %, Н;

F1 - нагрузка, соответствующая относительной деформации 0,1 %, Н;

h0 - начальная высота образца или базы, мм;

А0 - площадь начального поперечного сечения образца, мм2;

ЛН2 - изменение высоты или базы, соответствующее нагрузке F2, мм;

Лкг - изменение высоты или базы, соответствующее нагрузке F1, мм.

Б.3 Методика исследования адгезии нанокомпозита эластомера Ф-40С

Адгезионные свойства эластомера Ф-40С и нанокомпозитов на его основе оценивали прочностью связи с металлом при отслаивании образцов F. Расчетная длина соединения сетки с пластиной составляла 70 мм. В качестве образцов использовали пластины 100 х 25 х 3 мм из стали 45, с шероховатостью поверхности Ra 0,63, на которые волосяной кистью №5 наносили послойно полимерное покрытие. Затем накладывали железную сетку №07 (ГОСТ 3826-82). На сетку послойно наносили полимерный материал (рисунок Б.8).

После отверждения при оптимальном режиме термической обработки образцы кондиционировали в течение 16 ч при стандартной атмосфере 23 0С [123].

Испытания образцов проводили на разрывной машине ИР 5082-50.

За результат испытаний приняли среднее арифметическое значение всех параллельных определений.

Показатель прочности связи герметика с металлом при отслаивании каждого образца (F Н/м) определяли по формуле [127]

^ Р

F = I, (Б.5)

где Р - сила отслаивания полимерного покрытия, Н; Ь - ширина полимерного покрытия, мм.

1 о 3 2

/ ............./......................... \ \ / I » III

Я15 70

100±10

180±10

1 - сетка металлическая; 2 - покрытие эластомера Ф-40С; 3 - металлическая пластина; а - место подреза Рисунок Б.8 - Образец для исследования адгезионных свойств

эластомера Ф-40С

Б.3 Методика исследования теплостойкости эластомера Ф-40С 40С

и нанокомпозита на его основе

Теплостойкость полимерного материала - это важная эксплуатационная характеристика, которая устанавливает верхнюю допустимую температуру использования материала в реальных условиях эксплуатации.

Теплостойкость оценивали по изменению условного модуля упругости полимерного покрытия, в которое внедряли шариковый индентор при различных температурах нагрева образцов. По достижении и выше температуры теплостойкости полимерного материала модуль упругости последнего резко уменьшается.

Модуль упругости рассчитывали по формуле Герца [9, 23]

Е = 0,795

Р

3/ 1/

Л/з d/2

(Б.6)

где Р - нагрузка на шарик, Н; А - глубина погружения шарика в полимерное покрытие, м; d - диаметр шарика, d = 0,01м.

Образцы представляли собой цилиндрические диски диаметром 30 и толщиной 5 мм, изготовленные из стали 3. На поверхность диска наносили послойно покрытие из раствора нанокомпозита толщиной 0,2 мм, которое впоследствии подвергали термической обработке при оптимальной температуре и кондиционированию.

Теплостойкость покрытий из эластомерного нанокомпозита исследовали используя модернизированный твердомер типа ТП. На рисунках Б.9 и Б.10 показаны общий вид прибора и его кинематическая схема.

■

Рисунок Б.9 - Общий вид модернизированного твердомера типа ТП [23]

1 - индентор; 2 - ванна; 3 - стол; 4 - образец; 5 - маховик; 6 - винт; 7 - шпиндель; 8 - лампочка; 9 - индикаторная головка; 10 - рычаг спусковой;

11- рукоятка; 12 - электроконтактный термометр; 13 - грузы [23] Рисунок Б.10 - Кинематическая схема модернизированного твердомера типа ТП

Прибор для исследования теплостойкости полимерных материалов включает: твердомер, оснащенный шариковым индентором 1, индикаторной головкой 9, масляную ванну 2, систему нагрева и регулирования температуры с электроконтактным термометром 12.

Образец с покрытием из нанокомпозита толщиной 0,2 мм установили на опорный стол.

Затем маховиком 5 и винтом 6 опорный стол поднимали до контакта полимерного покрытия с шариковым индентором 1, который фиксируется в шпинделе 7. Момент контакта шарикового индентора с покрытием регистрировали по загоранию контрольной лампочки 8.

Давление на шарик создавали с помощью грузов 13. Рукояткой 11 взводили механизм грузового привода, нажимали на рычаг спусковой 10 и по секундомеру отсчитывали время приложения нагрузки. Время нагружения составляло 60 с.

Глубину погружения шарика в покрытие нанокомпозита под нагрузкой измеряли используя индикаторную головку МИГ-1М с ценой деления 0,001 мм, которая установлена на станине прибора и опирается на рычаг, соединенный со шпинделем 7.

Б.4 Методика исследования теплопроводности эластомера Ф-40С

и нанокомпозита на его основе

Исследования теплопроводности эластомера Ф-40С и нанокомпозита на его основе проводились при помощи метода температурного градиента.

Этот метод базируется на передаче теплового потока от источника тепла к охладителю, который проходит через эталонный и исследуемый образец [128, 5960].

На рисунке Б.11 показана принципиальная схема установки, которую использовали при исследовании теплопроводности полимерных материалов представлена [57-60].

Установка включает холодильник 1, через который протекает холодная вода, три медных диска 2, диск из исследуемого материала 8, диск из оргстекла 6, и нагреватель 5 (электрическая нагревательная плита). Диски 2 изготовлены из меди марки М1, имеют диаметр 15 мм и толщину 3 мм. Теплоизоляцию дисков 2, 6 и 8 от окружающей среды обеспечивают труба из ПВХ 7, в которую эти диски помещены, а также резиновая втулка 4, которая опоясывает теплоизолирующую трубу 7. К медным дискам крепятся пайкой металлические стержни 3, которые покрыты теплоизоляцией. В ходе эксперимента со свободных концов стержней 3 измеряли температуру: Т1, Т2 и Т3.

1 - холодильник; 2 - медные диски; 3 - металлические стержни; 4 - резиновая втулка; 5 - электрическая шита; 6 - диск из оргстекла;

7 - труба ПВХ; 8 - исследуемый образец Рисунок Б.11 - Принципиальная схема установки для исследования теплопроводности полимерных материалов [58]

Параметры исследуемого образца: диск диаметром 15,0 мм и толщиной 0,5 мм из эластомера Ф-40С и нанокомпозита на его основе.

Исследуемый образец 8 размещали между верхним и средним медными дисками.

Между нижним и средним медными дисками разместили эталонный диск 6, выполненный из оргстекла. Измерение температуры производилось металлическими стержнями. Для обеспечения термоизоляции все диски были помещены в трубу ПВХ, а последнюю в резиновую втулку.

Источником тепла был нагревательный элемент электрической плиты 5, а в верхней части установили холодильник.

При активированном нагреве открывали подачу воды в холодильник 1. По завершении нагрева, установившуюся температуру медных дисков: Т1, Т2 и Т3, измеряли инфракрасным пирометром марки Fluke-62. Фото установки для исследования теплопроводности показано на рисунке Б.12.

■

1 - холодильник; 2 - втулка резиновая в сборе с медными дисками и образцом; 3 - электрическая шита с терморегулятором Рисунок Б.12 - Установка для исследования теплопроводности полимеров

Коэффициент теплопроводности исследуемых образцов рассчитывали по формуле [59]

^ =У1 (Т2 ~ Т3 Ь_ (Т2 ~ Т3 ) (Б 7)

1 Т - Т2) 2 ¡2 (Т - Т2)'

где ¡1 и ¡2 - соответственно толщина дисков 8 и 6, м; Х2 - коэффициент теплопроводности оргстекла, Вт/м К; Т1, Т2, Т3 - температуры металлических стержней.

Б.4 Методика исследования термостойкости эластомера Ф-40С и нанокомпозита на его основе в условиях ОДКВ

Для оценки термостойкости эластомера Ф-40С и нанокомпозита на его основе исследовали изменение прочности и относительного удлинения образцов, после старения в условиях ограниченного доступа кислорода воздуха (ОДКВ) при температуре 200оС в течение 2 ч [60, 121]. Старение образцов проводили в сушильном шкафу СНОЛ-3.5,3.5,3.5/3. Образцы представляли собой полимерные пленки размерами 50*10*0,15 мм. Готовые образцы перед старением размещали в специальную форму-оснастку (рисунок Б.13).

1 - опорная пластина; 2 - рамка-трафарет; 3 - болт стяжной Рисунок Б.13 - Форма-оснастка для высокотемпературного старения тенок

в условиях ОДКВ

Форма-оснастка для высокотемпературного старения пленок в условиях ОДКВ состоит из двух одинаковых опорных пластин 1 между которыми устанавливают рамку-трафарет 2. Все детали оснастки выполнены из Ст 3 ГОСТ 380-

2005.

На опорную пластину устанавливают рамку-трафарет. Пленки 3 размещают в рамку-трафарет, затем на последнюю устанавливают вторую опорную пластину (рисунок Б.14).

1 - опорная пластина; 2 - рамка-трафарет: 3 - пленки: 4 - болт стяжной

Рнсунок Б.14 - 3D-Cбopкa формы-оснастки для высокотемпературного

старения пленок в условиях ОДКВ

Чтобы ограничить доступ кислорода воздуха к пленкам, опорные пластины с рамкой-трафаретом и пленками в ней, стягивают болтами. Собранную форму-оснастку помещают в сушильный шкаф для старения образцов. Образцы после старения кондиционировали при стандартной температуре в течение 16 ч. Исследования деформационно-прочностных свойств образцов после старения проводили на разрывной машине ИР 5082-50 согласно методике, описанной в разделе Б.2.

Коэффициенты старения (Ка, Ке) образцов рассчитывали по формуле [121]

где О и А - средний показатель (прочность а или относительное удлинение е) образцов соответственно до и после старения.

4 3

2

(Б8)

Б.5 Методика исследования дегазации растворов эластомерного нанокомпозита в турбинной мешалке

В ходе эксперимента фиксировали изменение остаточной массы нанокомпо-зитного раствора при его механическом перемешивании с целью оценки дегазации материала.

Остаточную массу раствора нанокомпозита измеряли весами лабораторными марки ВК 3000.1 (рисунок Б. 15).

Характеристики прибора приведены в таблице Б.8.

Рисунок Б.15 - Весы лабораторные ВК 3000.1

Таблица Б.8 - Технические характеристики весов ВК 3000.1 [129]

НПВ, г НмПВ, г ^ г е, г Интервалы взвешивания СКО, г Пределы допускаемой погрешности, г

Первичной Периодической

От 5 г до 500 г вкл. ± 0,05 ± 0,1

3000 5 0,1 0,1 Св. 500 г до 2 кг вкл. 0,05 ± 0,1 ± 0,2

Св. 2 кг до 3 кг вкл. ± 0,15 ± 0,3

Массу раствора нанокомпозита измеряли с интервалом в одну минуту в течение 8 мин механической обработки материала.

Б.6 Методика исследования структуры и элементного состава покрытий эластомерного нанокомпозита после ручного и механизированного перемешивания

Эластомерные нанокомпозитные пленки получили после перемешивания ручным способом или турбинной мешалкой. Из них вырезали квадраты размерами 10 х 10 х 0,1 мм, которые использовали в качестве образцов.

Исследование микроструктуры образцов проводили, используя метод растровой электронной микроскопии. Исследования осуществляли на электронно-ионном сканирующем микроскопе «Quanta 600 FEG» с электроннолучевой колонной, оснащенной вольфрамовым катодом.

Описание и принцип работы электронного микроскопа « Quanta 600 FEG»

Энерго-дисперсионный анализатор рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенный в растровый электронный микроскоп «Quanta 600 FEG», обеспечил получение спектров характеристического рентгеновского излучения в различных точках по поперечному шлифу образца.

Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) позволяет определить элементный состав микрообъектов по возбуждаемому в них характеристическому рентгеновскому излучению. При анализе характеристического спектра в РСМА применяют два типа спектрометров: бескристалльный или с кристаллом-анализатором. В качестве базы для РСМА используют электронно-оптическую систему растрового электронного микроскопа. При взаимодействии электронного зонда с образцом (рисунки Б.16 и Б.17) одним из возбуждаемых сигналов является рентгеновское излучение двух видов: характеристическое и тормозное.

Тормозное рентгеновское излучение является следствием торможения первичных электронов в электрическом (кулоновском) поле атомов анализируемого материала. Кинетическая энергия первичных электронов частично или полностью преобразуется в энергию рентгеновского излучения.

1 - электронный луч; 2 - объект; 3 - отраженные электроны; 4 - вторичные электроны; 5 - Оже-электроны; 6 - ток поглощенных электронов; 7 - прошедшие электроны; 8 - катодолюминисцентное излучение; 9 - рентгеновское излучение Рисунок Б.16 - Эффекты взаимодействия электронного луча с объектом

Это непрерывное рентгеновское излучение т.к. оно обладает непрерывным спектром с энергией от нуля до энергии падающего электрона. При рентгеноспек-тральном микроанализе тормозное излучение нежелательно, так как вносит основной вклад в увеличение уровня фона и не может быть исключено. При проникновении первичных электронов в образец они тормозятся не только электрическим полем атомов, но и непосредственным столкновением с электронами атомов материала. В результате этого первичные электроны могут выбивать электроны с внутренних К-, L-, или М-оболочек, оставляя атом образца в энергетически возбужденном состоянии. Образующие вакансии заполняются переходами электронов с более высоких энергетических уровней. Атом переходит в основное состояние, избыточная энергия выделяется в виде кванта рентгеновского излучения. Поскольку энергия возникающего кванта зависит только от энергии участвующих в процессе электронных уровней, а они являются характерными для каждого элемента, возникает характеристическое рентгеновское излучение.

Области генерации: 1 - Оже-электронов; 2 - вторичных электронов; 3 - отраженных электронов; 4 - характристического рентгеновского излучения;

5 - тормозного рентгеновского излучения; 6 - флуорисценции Рисунок Б.17 - Области сигналов и пространственное разрешение при облучении поверхности объекта потоком электронов (зонд)

Так каждый атом имеет вполне определенное конечное число уровней, между которыми возможны переходы только определенного типа, характеристическое рентгеновское излучение дает дискретный линейчатый спектр.

Б.7 Методика исследования дефектности покрытий эластомерного нанокомпозита

В качестве образцов использовали пленки эластомерного нанокомпозита, полученные после ручного и механического перемешивания. Для оценки дефектности образцов использовали, в соответствии с ГОСТ 9407-84, следующие

параметры: площадь разрушенного покрытия Sp, размеры (диаметр пузырьков) d и количество пузырьков на единицу площади кпор [130].

При измерении величины Sp на исследуемую поверхность образца накладывали пластину из прозрачного материала с нанесенной на нее сеткой со стороной квадрата 5 мм. Площадь разрушенного покрытия характеризует частотный показатель разрушения С, рассчитываемый по формуле

п

С = х100 (Б9)

п

где п1 - количество квадратов, в которых наблюдается разрушение покрытия; п -общее количество квадратов на прозрачной пластине или проволочной сетке.