3.1.2 Рентгеноструктурный анализ ПЭНД, модифицированного кремнием

Исследование процессов структурообразования, происходящих в полиэтилене при введении модификатора (кремния) проводили также методом рентгеноструктурного анализа.

Результаты расчета рентгенограмм приведены в таблице №3, рентгенограммы покаазаны на рис.№4

По таблице видно, что имеются изменения в структуре ПЭ с различными концентрациями кремния. С увеличением процентного содержания кремния увеличивается количество рефлексов.

Определение размеров кристаллических блоков в модифицированных полимерах проводились по формуле:

L=/2cos (5)

где L - размер кристаллитов (Е);

-- длина волны (Е);

--полуширина пика (рад);

--угол пика (⁰).

Для определения степени кристалличности использовалась формула:

=I_c/(I_c+kI_a)100% (6)

где - степень кристалличности (%);

I_c --максимальная интенсивность пика на рентгенограмме (мм);

k -коэффициент, равный 1,124[13,14].

Графики зависимостей степени кристалличности и размера кристаллитов от концентрации модификатора показаны на рисунках №5, №6.

Рис.5.

Рис.6.

Анализируя диаграммы, можно сказать, что в области концентраций 0,1-1% имеются точки перегиба функции L(C%) и (C%). По всей видимости, возможно в данной области происходят изменения в структуре полиэтилена, что должно отразится на механических свойствах исследуемых полимеров

3.2 Стойкость полимера к термоокислению (по ДТА и ТG анализу)

Введение кремния в полиэтилен также оказывает влияние на термоокислительные и термостойкие свойства материала [15].

Это видно из таблицы №4 и рис. №7,№8.

Таблица №4

Зависимость температур термических процессов от концентрации кремния

	ПЭ (чистый)	ПЭ +1% кремния	ПЭ +5% кремния	ПЭ +10% кремния	ПЭ +20% кремния
Температура начала плавления	900С	850С	950С	900С	900С
Температура max плавления	1300С	1200С	1300С	1200С	1200С
Температура окончания плавления	1600С	1600С	1500С	1550С	1700С
Температура начала окисления	1800С	1850С	1900С	1900С	2000С
Температура max окисления	2100С	2050С	2200С	2100С	2200С
Температура окончания окисления	2600С	2400С	2700С	2600С	2550С
Температура начала деструкции	2900С	3400С	3050С	3000С	3250С
Температура конца деструкции	4600С	4600С	4700С	4600С	4600С



Рис.7.

3.3 Ударная вязкость полимера

Ударная вязкость образцов определялась на маятниковом копре. Наибольшей ударной вязкостью, как выяснилось, обладает полиэтилен с добавкой 1% кремния. Образцы для опытов применялись прямоугольного профиля площадью 75 мм². Результаты опыта приведены на рис.№9



Рис.№9

3.4 Триботехнические характеристики

Триботехнические испытания проводились на трибометре ПД-!А. Как выяснилось из результатов исследования, наибольшим коэффициентом трения обладает образец с содержанием 3% кремния, наименьшим - с содержанием 0,1% и 0,5%[18,19,20].

Установлено также, что с увеличением скорости скольжения образцов увеличивается коэффициент трения и удельный износ.

Результаты исследований приведены на рис№10, №11.

Рис.10.

Рис.11

Глава IY. Технология изготовления триботехнических материалов на основе полимеров

4.1 Принципы создания композиционных материалов на основе полимеров

Эксплуатационная долговечность машин и механизмов в ряде случаев определяется надежностью работы узлов трения. Применение фрикционных деталей из цветных и специальных подшипниковых сплавов требует выполнения ряда условий для их надежной работы - смазки, специальных устройств, защищающих узлы трения от воздействия абразивных частиц, загрязнений, агрессивных сред, механических повреждений. Для малонагруженных и низкоскоростных узлов трения техники различного назначения использование подшипников скольжения из металлических сплавов конструктивно не обосновано и экономически нецелесообразно. Современные композиционные материалы на основе полимеров позволяют решить задачу повышения эксплуатационного ресурса и надежности машин, обеспечив при этом значительные материальные выгоды и экономический эффект.

Полимерные материалы в чистом виде нашли ограниченное применение при изготовлении деталей узлов трения вследствие их относительно невысоких эксплуатационных характеристик - высокого коэффициента трения, недостаточной термо- и теплостойкости, низкой износостойкости. Для повышения служебных характеристик полимера используют различные направления: разработку новых связующих с требуемыми характеристиками, модифицирование многотоннажно выпускаемых материалов функциональными добавками, обработку специальными методами.

Выбор направления создания полимерного композита обусловлен конкретными требованиями: экономическими, конструктивными, технологическими, эксплуатационными и др. Например, применение полимерных подшипников скольжения в автомобилях, сельскохозяйственных машинах, выпускаемых большими сериями, выдвигают на первый план экономические (стоимость, доступность сырья) и технологические (методы переработки в изделия, возможность регенерации технологического брака) аспекты. При использовании полимерных конструкций в единичных образцах техники, особенно эксплуатирующейся в экстремальных условиях, естественно, более важное значение имеют эксплуатационные и конструктивные требования - заданные физико-механические свойства, термо- и теплостойкость и т.п. Очевидно, что и эти методы модифицирования полимерных материалов выбираются, исходя из анализа технико-экономических требований к конструкции.

Обобщение отечественного и зарубежного опыта создания металлополимерных узлов трения позволило выявить основные тенденции в этой области: разработку методов создания материалов с заданными фрикционными свойствами и разработку методов управления поверхностными свойствами материалов непосредственно в процессе фрикционного взаимодействия.

Исследование механизма трения и изнашивания полимеров по металлам позволяет утверждать, что наиболее существенное влияние на фрикционные характеристики оказывают: природа контактирующих материалов, нагрузочно-скоростные и тепловые режимы трения, условия смазки, топография поверхностей трения. Работа узла трения, в частности, во многом зависит от температуры и состава окружающей среды, наличия абразива, воздействия агрессивных и коррозионно-активных сред.

Для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости материала в состав связующего обычно вводят от 0,1 до 40% мас. сухих смазок - графита, сульфидов металлов, солей высших кислот, талька, слюды и др. Такие вещества обладают способностью образовывать на поверхностях трения легкоподвижные слои. Данный метод модифицирования нашел наибольшее применение для сшивающихся связующих - фенолформальдегидных, эпоксидных, полиэфирных смол.

В последние годы широкое распространение получил метод повышения фрикционных свойств полимерных материалов путем введения в их состав жидкофазных смазок и смазочных масел. При введении жидких компонентов в пределах, превышающих их совместимость с полимерным связующим, создается возможность выделения избытка жидкости из матрицы. Наличие в зоне трения градиента температур способствует миграции смазочной жидкости с повышенной температурой. Таким образом, на поверхностях трения непрерывно генерируется смазочная пленка. При снижении температуры в зоне трения скорость миграции смазки замедляется, что способствует обеспечению эффекта самосмазывания в течение длительного времени.

Недостатком антифрикционных материалов, содержащих жидкие смазки, является ограниченность ресурса работы узла трения. Это связано с относительно небольшим количеством жидкой смазки, которую можно ввести в полимерный материал без существенного усложнения технологии изготовления и переработки, а также без снижения и сходных физико-механических характеристик полимерного связующего. Частично данные недостатки устраняются при использовании специальных поглотителей жидкой смазки, которые могут адсорбировать значительные объемы жидкости при небольших собственных объемах. Таким образом, появляется возможность перерабатывать композиции, содержащие до 40-50% об. жидкой смазки, на стандартном технологическом оборудовании. В качестве поглотителей (адсорбентов) смазки используют порошки металлов, оксидов, графита, полимеров, силикатов и др. веществ.

Эксплуатационный диапазон применения полимерных антифрикционных материалов часто определяется теплостойкостью полимерного связующего, теплопроводностью композиции. Так, при скачкообразном изменении нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации, вызванном экстремальными ситуациями, основной причиной отказа металлополимерного узла трения является тепловое разрушение подшипника.

Интересен метод повышения износостойкости узлов трения, заключающийся во введении в полимерное связующее добавок, способных к полимеризации,-- трибополимеров. Образование трибополимерной пленки в зоне трения обеспечивает снижение износа узла. Дефицитность трибополимеризующих присадок и ограниченный диапазон проявления этого эффекта сдерживают развитие этого направления.

Перспективным направлением повышения износостойкости полимерных материалов и композитов на их основе является диффузионное насыщение поверхностных слоев деталей трения целевыми добавками. Это позволяет достичь значительного эксплуатационного эффекта при относительно небольших экономических затратах на модификацию изделий.

В последние годы активное развитие получил трибохимический принцип создания металлополимерных узлов трения. Суть развиваемого принципа состоит в направленном использовании физико-химических процессов в зоне трения с целью обеспечения благоприятного режима эксплуатации узла.

Продукты трибохимических реакций в некоторых случаях могут выполнять роль противоизносных добавок, так называемых ингибиторов изнашивания. Поэтому важнейшей задачей триботехнического материаловедения является создание трибосистем, в которых развиваются физико-химические процессы образования ингибиторов изнашивания. В связи с этим еще на стадии проектирования узла трения необходимо учесть трибохимические аспекты его эксплуатации. Это будет способствовать повышению надежности и долговечности, обеспечению требуемого ресурса работы техники. Реализация трибохимического принципа создания металлополимерных узлов трения позволила разработать группу самосмазывающихся материалов и методов повышения износостойкости узлов трения.

4.2 Изготовление изделий методом контактного формования

Метод контактного формования не требует сложного оборудования, и поэтому он широко применяется при изготовлении объемных и плоских деталей из стеклопластиков в строительстве, машино-, приборо-, автомобиле- и судостроении. При контактном формовании отверждение материала происходит, как правило, при комнатной температуре, однако для ускорения процесса можно применять обогреваемые формы или проводить отверждение при повышенных температурах (60-100⁰С).

Контактное формование изделий из стеклопластика осуществляют в формах, изготавливаемых из дерева, гипса, стеклопластика, металла и т.д. Рабочую поверхность шаблона или формы обезжиривают обычно бензином или ацетоном, контролируя чистоту, гладкость, отсутствие задиров и других дефектов поверхности.

На подготовленную оснастку (форму, шаблон) наносится плоской кистью, тампоном или распылителем разделительный слой -- адгезионная смазка, которую необходимо просушить при температуре 18 -- 20 ⁰С до исчезновения липкости.

К антиадгезионному средству предъявляется ряд специфических требований: обеспечение легкого съема отвержденного изделия с формы, быстрое высыхание, нетоксичность, неприлипание к изделию, а также возможность получения изделий с глянцевой или матовой поверхностью.

В качестве антиадгезионных средств используют полимерные пленкообразующие материалы, в том числе водные и водно-спиртовые растворы поливинилового спирта, раствор ацетата целлюлозы в ацетоне, каучуке. Их наносят на поверхность форм плоскими кистями или распылением.

Наиболее широко применяют водно-спиртовые растворы поливинилового спирта, скорость высыхания которых регулируется изменением соотношения воды и этилового спирта.

Для повышения стабильности раствора поливинилового спирта в состав раствора вводится мыло[5,6].

В промышленности при переработке полиэфирных стеклопластиков с использованием деревянных шаблонов и форм применяют смазку следующего состава.

Таблица №5

Состав смазки при переработке полиэфирных стеклопластиков

Уайт-спирит	100 мас. ч.
Церезин М-80	17,1 мас. ч.
Воск буроугольный	17,1 мас. ч.
Полиэтиленовый воск ПВ-300	4,29 мас. ч.
Полиэтиленовый воск окисленный	4,29 мас. ч.

Смазка обеспечивает до 15-25 съемов изделий. Ее готовят путем растворения смеси сухих компонентов в уайт-спирите в течении 3-4 часов при 80-90 ⁰С на водяной бане. Для повышения эффективности смазки рекомендуется в состав ее вводить ускорители отверждения.

После высыхания разделительного слоя рабочую поверхность оснастки покрывают равномерным слоем формовочного состава, включающего полиэфирную смолу, красители, загустители, добавки, снижающие ингибирующее действие кислорода воздуха, и т.д. Затем укладывают стеклоткань по длине (ширине) стола, шаблона. Стыки полотнищ стеклоткани шириной не менее 20 мм, необходимо равномерно смещать по длине (ширине) формовочной оснастки во избежание утолщений готовых изделий.

Выклейку заготовки из слоев стеклоткани можно производить различными способами, при этом ткань иногда пропитывают заранее в пропиточных машинах или кистью вручную на специальных рамках, которые могут быть смонтированы в установке кассетного типа.

При изготовлении деталей со сложными контурами применять заранее пропитанную стеклоткань неудобно. Поэтому сухую стеклоткань прикрепляют к столу, первый слой пропитывают формовочным составом, после чего покрывают стеклоткань следующим слоем сухой стеклоткани и приглаживают кистью без связующего до его появления на поверхности ткани. Уплотнение слоев производят валиками. Затем на стеклоткань дополнительно наносят связующее до полной ее пропитки, после чего укладывают последующий слой ткани. Процесс повторяют до получения нужной толщины изделия. Как правило, при изготовлении изделий из стеклопластиков используют несколько видов стеклоткани для повышения прочностных характеристик.

Для получения определенного количества связующего в стеклопластике необходимо контролировать его расход при пропитке. Он зависит от типа стеклоткани.

Пропитанная стеклоткань отверждается непосредственно на оснастке при температуре не ниже 18⁰ С и влажности не более 65% в течении 30-60 мин с последующим доотверждением при 60-70⁰. С в течение 2-3 часов. Готовые стеклопластиковые изделия снимают с оснастки через 72-96 часов и обрезают до необходимого размера алмазными кругами. Такой метод широко используется при изготовлении корпусов судов, лодок, кузовных частей автомобилей, резервуаров и других крупногабаритных деталей[10].

4.3 Изготовление изделий методами свободного и центробежного литья

Широкое применение метод свободного литья нашел при переработке ненасыщенных полиэфирных смол в производстве деталей радиотехнического назначения, электрического оборудования кабельных муфт, наливных полов, листовых и стержневых заготовок для получения пуговиц, пряжек и бижутерии и т.д.

К заливочным композициям предъявляется следующие требования: они должны иметь невысокую вязкость, умеренную усадку, небольшой экзотермический эффект при отверждении, а в отвержденном состоянии повышенную ударную прочность и в ряде случаев высокие показатели электроизоляционных свойств, улучшенную прозрачность, теплопроводность, износостойкость и химическую стойкость.

Заливку в открытые и закрытые формы осуществляют, как правило, после введения отверждающей системы без применения внешнего давления, но иногда используют простейшие приспособления для заливки под давлением сжатого воздуха 0,02-0,2 МПа[10].

Необходимое время гелеобразования и отверждения обеспечивается соотношением и количеством компонентов отверждающей системы. Для ускорения отверждения изделий формы нагревают, причем температура нагрева зависит от применяемой системы отверждения.

Ускорение процесса отверждения может быть достигнуто путем обработки смолы токами высокой частоты. При этом достигается повышение твердости на 10-22% и снижение абразивного износа на 11-18%. Свободную отливку можно производить в формах из полиэтилена, пропилена, применение которых не требует нанесения антиадгезионной смазки на рабочую поверхность форм.

Кроме того, применяют также формы из силиконовой резины, особенно при изготовлении декоративных изделий: деталей мебели, багетов, для обрамления картин, статуэток, украшений, пуговиц, пряжек и др.

Изготовление эластичных форм включает следующие процессы: изготовление модели, формы для отливки силиконовой матрицы, крепление модели в форме, приготовление силиконового компаунда и заливка в форму, вулканизация, извлечение матрицы из формы, термообработка матрицы, изготовление копий модели в матрице, размножение силиконовых матриц. Модель-оригинал разрабатывается и изготавливается из любого материала: пластика, дерева, металла, воска, пластилина и т.д. Силиконовый компаунд воспроизводит мельчайшие детали рисунка модели, поэтому не допускаются какие-либо дефекты, в том числе отпечатки пальцев.

После подготовки модели изделие обезжиривают и закрепляют в форму. Форма для отливки силиконовых матриц изготавливается в виде цилиндра или рамки со съемным дном. Для лучшего извлечения силиконовой матрицы из формы, стенки обрабатывают антиадгезионным составом на основе воска, парафина. Допускается применение вазелина и минерального масла. Закрепление модели в форме производится посредством липкой ленты, клея и любым другим способом, но с учетом того, что модель должна плотно прилегать ко дну формы во избежания подтекания силикона под модель.

После смешения компонентов силиконовую композицию дегазируют в вакууме для удаления пузырьков воздуха, захваченного в процессе смешения. При этом объем смеси увеличивается в 2-3 раза, поэтому емкость должна быть заполнена не более чем на 1/3 объема. Когда вспученная композиция возвращается к первоначальному объему, дегазацию прекращают. Если на поверхности модели имеется сложный рисунок, то перед заливкой ее покрывают тонким слоем силиконовой композиции, в которую введен катализатор вулканизации.

Вулканизация силиконовой формы длится 6-24ч при 20-25⁰ С. Когда композиция в процессе вулканизации потеряет липкость и наберет твердость, силиконовую матрицу извлекают из формы и отделяют от модели. Для повышения ее долговечности требуется термообработка при температуре 140-160⁰ С. В процессе термообработки происходит довулканизация, удаляются летучие продукты реакции, стабилизируются свойства. Чтобы не произошла деформация матрицы из-за быстрого нагрева, температуру необходимо повышать, начиная с 80⁰С со скоростью 10-20⁰С/час.

После термообработки в матрице из полиэфирной смолы отливается необходимое количество копий модели, по которым производится размножение силиконовых матриц. Для изготовления изделий свободной заливкой используются композиции на основе смол ПН-1 и ПН-12.

Количество компонентов отверждающей системы (ускорителя и инициатора) подбирается экспериментально, чтобы обеспечить время гелеобразования 13-16 мин (в течении которого смола сохраняет текучесть). Этого времени достаточно для заливки 20-25 форм. Стирол или 3% раствор парафина в стироле вводится в композицию при отливке изделий в эластичных силиконовых формах с целью снижения поверхностной липкости.

Полиэфирная композиция заливается тонкой струей в силиконовые формы, нагретые до температуры 100-120⁰С. После заливки рекомендуется поместить их в сушильный термошкаф с температурой 11010⁰С, через 10-20 мин из форм извлекаются заготовки изделий и матрица без промывки готова к последующей заливке.

В условиях мелкосерийного производства для изготовления изделий из ненасыщенных полиэфирных смол методом свободной заливки могут быть использованы установки типа УОС-2-1 с производительностью переработки полиэфирной композиции 50-70 кг/час. Принцип работы установок состоит в следующем: композиция с ускорителем заливается в одну емкость, а с инициатором в другую, затем композиции шнековыми насосами подаются в смеситель проточного типа, где перемешиваются. Из смесителя композиция, способная к быстрому отверждению, подается к форме. На установке возможна одновременная заливка двух форм.

4.4 Технологический регламент изготовления композиционных материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол

Технологический регламент изготовления композиционных материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол разработан на основе результатов научно-исследовательских работ и предусматривает использование композиционных материалов при производстве абразивного инструмента.

Технологический процесс изготовления шлифовальных кругов на гибкой связке состоит из следующих стадий:

подготовка сырья и форм;

приготовление формообразующей смеси;

изготовление и хранение кругов;

разборка форм и выемка кругов.

1.Подготовка сырья и форм.

Сырье проверить на соответствие ГОСТам, ОСТам, ТУ.

Приготовление смазки для форм.

Подготовка форм.

Формы осмотреть. Раковины, царапины, грязь на формообразующих поверхностях форм не допускаются.

Формы установить на рабочем столе. Старую смазку удалить и кистью нанести тонкий и равномерный слой смазки на формообразующую поверхности форм.

Для получения равномерного слоя необходимо смазку предварительно размешать до однородной массы.

Температура воздуха рабочего помещения должна быть не ниже +20⁰С.

2.Приготовление формообразующей массы.

Приготовление массы производить в металлической емкости при перемешивании на лопастном смесителе.

Подготовка сыпучих компонентов.

Подготовка связующего.

Смешение сыпучих компонентов со связующим.

3.Изготавление и хранение кругов.

После перемешивания, массу из рабочей емкости перелить в разливочный ковш.

Из ковша смесь заливать в формы, совершая круговые движения по периметру форм и укладывая один слой последовательно на другой до полного заполнения форм массой.

Освободившиеся рабочую емкость и ковш разливочной машины очистить от остатков формообразующей массы, используя салфетки обтирочные, смоченные ацетоном.

Сразу же после заливки форм начинается полимеризация кругов, которая происходит с выделением тепла.

Через 15-20 мин ножом удалить с формы излишки формообразующей массы.

Круги хранить в сухом помещении при температуре выше +10⁰С. Круги складировать рядами или в подвешенном состоянии на штырях.

4.Контроль качества.

Каждое изделие осматривается визуально. Не допускается наличие трещин и сколов.

4.5 Механическая обработка полиэфирных материалов

Материалы на основе полиэфирных смол могут подвергаться всем видам механической обработки, хотя это сопряжено с определенными трудностями. Механический перенос закономерностей процесса резания металлов и рекомендаций по отдельным видам их обработки на процесс резания пластмасс, как показала практика, невозможен, поскольку пластмассы - особая по сравнению с металлами группа материалов, имеющая специфические свойства, обуславливающие особенности процесса их резания. Детали из полиэфирных материалов при изготовлении прессованием, литьем, формованием изменяют свои размеры и формы вследствие усадки при отверждении и остывании, поэтому обработка резанием является необходимой, широко распространенной и важной операцией в общем технологическом процессе изготовления изделий из этих материалов[11,12,17].

Полиэфирные материалы, как правило, содержат пигменты, наполнители дисперсные и волокнистые, в том числе стекловолокно, что вызывает быстрый износ инструмента. Этому способствует низкая теплопроводность полиэфирной смолы.

При механической обработке полиэфирных материалов предпочтительнее применять резцы из твердых сплавов группы ВК по сравнению со сплавами групп ТК и ТТК.

Для твердых сплавов группы ВК с различным содержанием кобальта (ВК-3, ВК-4, ВК-6, ВК-8, ВК-10) наибольшая стойкость отмечена при использовании резцов, оснащенных пластинками из ВК-6, что более чем в 4 раза превышает срок службы твердосплавных резцов из ВК-8. Стойкость резцов, оснащенных пластинками из мелкозернистых твердых сплавов ВК6М и ВК60М, в 7-9 раз превосходит стойкость инструмента из ВК-8. Стойкость резцов из быстрорежущей стали Р18 в 2-3 раза меньше, чем из ВК-8 и вольфрамовых сплавов КНТ-20 и ТН-20.

Стойкость резцов из быстрорежущей стали можно повысить нитроцементацией, нанесением тонкого поверхностного слоя карбонитридов на установках `Булат'.

При разрезании листов, труб и стержней из стеклопластиков толщиной до 30 мм наибольшая производительность обработки отмечена при использовании алмазных кругов, оснащенных синтетическими алмазами АСВ и АСК зернистостью 400/315 или 250/200. Рекомендуемая скорость резания V=60-65 м/с, подача S=6 000-7 000 мм/мин.

Стойкость алмазных кругов составляет около 50 ч, а с применением охлаждающей среды она увеличивается примерно в 2 раза.

Для шлифования пластмасс наиболее пригодны карборундовые круги средней твердости на керамической или бакелитовой связке с размером зерна абразива 0,8-0,5 мм для черновой обработки и 0,25-0,16 мм для чистовой. Часто применяют также шлифовальную шкурку с теми же размерами зерен абразива. Окончательную обработку поверхности перед полированием производят шкурками с самыми мелкими абразивными зернами № М-20, М-40.

Разработаны специальные абразивные круги, которые позволяют повысить производительность шлифования пластмасс. В качестве абразивного материала в них использовано раздробленное (оконное, тарное) стекло, а в качестве связки - бакелитовая смола. Абразивные круги из стеклянных зерен способны самозатачиваться в процессе шлифования. Объясняется это тем, что зерна из стекла имеют худшие механические характеристики, чем электрокорунд и карбид кремния, и легко разрушаются вследствие откалывания от зерен небольших частиц и выкрашивания затупившихся зерен. Вместо них в работу вступают новые обнажившиеся зерна, и режущие свойства круга поддерживаются на протяжении всего периода стойкости.

Внедрение стеклянных абразивных кругов в производство показало, что они по стойкости превосходят металлообрабатывающие в 10-20 раз и дают более низкую шероховатость поверхности. Для получения поверхностей особо высокого качества или придания им стойкости к окружающей среде, применяют полирование, которое придает изделию товарный вид. Полирование производят на полировальных кругах или в барабанах диаметром 500-700 мм, причем используют мягкие и твердые круги. При работе с твердыми кругами из войлока и фетра исправляют глубокие дефекты --- риски, царапины, штрихи и т.п. Составляются эти круги из двух прокладочных дисков на каждые три рабочих диска, а их толщина равна 60-100 мм.

При работе с мягкими полировальными кругами, детали подвергают окончательному полированию.

Рабочие поверхности кругов покрывают полировальными композициями, основной частью которых являются абразивные материалы - пемза, наждак, карборунд, мел, глина, оксид хрома и др. Полировальные пасты выпускают с абразивами четырех градаций по дисперсности (четырех цветов). Самое грубое полирование получено при использовании пасты с абразивом дисперсностью 60-65 мкм (паста красного цвета), желтая паста содержит абразив размером 40-45 мкм, зеленая - 30-35мкм и серая паста, самая тонкая, -- 20-25 мкм. В таблице №6 приведен состав, мас %, наиболее часто применяемой шлифовально-полировальной пасты (пасты ГОИ).

Таблица №6 Состав шлифовально-полировальной пасты ГОИ

	Грубая	Средняя	Тонкая
Окись хрома	81	76	74
Стеарин	10	10	10
Расщепленный жир	5	10	10
Силикагель	2	2	1,8
Керосин	2	2	2
Сода двууглекислая	--	--	0,2

Если после полирования на поверхности изделий остается жирная пленка, то необходимо применять составы для удаления полировальных паст. Составы содержат водные растворы и эмульсии с мягким абразивом, растворители, поверхностно-активные вещества и др.

При составлении рецептур полировальных паст необходимо учитывать, что при полировании светлоокрашенных изделий в пасту вводят только светлые компоненты, не оставляющие следов на обрабатываемой поверхности, а для восстановления первоначального цвета в местах обработки можно применять цветные пасты. Минимальный припуск на полирование 0,12-0,30 мм.

Выводы

Так, технология изготовления материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол и изделий из них включает следующие операции: подготовку сыпучих исходных компонентов; подготовку связующего; смешение сыпучих компонентов со связующим; дегазацию композиционного материала; заливку композиционного материала в формы; формирование изделия.

Изделия можно получать методом прямого или литьевого прессования при минимальном давлении прессования, так как композиции обладают высокой текучестью. Используя композицию, можно изготавливать армированные изделия путем пропитки полиамидных, хлопчатобумажных, стеклянных и других тканей, что позволяет получить особо прочные конструкции при сохранении высоких антифрикционных свойств. Изделия антифрикционного назначения, имеющие цилиндрическую форму, особенно крупногабаритные, целесообразно изготавливать методом центробежного литья при скорости вращения формы 120 - 400 мин ^-1.

Для ускорения процесса формирования изделий форму рекомендуется подогреть до 40 - 80⁰С, для чего можно использовать горячую воду или термошкаф. Время отверждения композиционных материалов можно изменять в широких пределах. Процесс отверждения идет с выделением тепла, что следует учитывать при изготовлении крупногабаритных изделий во избежания их коробления и растрескивания.

Композиционные материалы на основе ненасыщенных полиэфирных смол допускают обработку любыми видами режущего инструмента, что позволяет изготавливать изделия с высокой точностью оформляющих размеров. Достоинством композиционных материалов такого типа является возможность использования отходов в технологическом цикле. Разработан метод регенерации отходов композиций на основе ненасыщенных полиэфирных смол путем увеличения длительности резиноподобного состояния с последующим измельчением их на вальцах. Измельченные активированные отходы могут быть использованы в качестве наполнителя композиционных материалов, что позволяет в 3 - 5 раз снизить расход связующего и в значительной мере решает проблему утилизации промышленных полимерных отходов.

Глава Y. Требования техники безопасности при работе с полиэфирными смолами и инициирующими добавками

5.1 Хранение полиэфирных смол и инициирующих добавок

Полиэфирные смолы хранят в бочках или бидонах из стали, алюминия или оцинкованной стали в закрытых помещениях при температуре не выше 20⁰С, защищая от действия солнечных лучей и влаги. Гарантийный срок хранения составляет обычно 4-6 месяцев, однако если по истечении данного срока смола удовлетворяет требованиям НТД, ее можно считать пригодной к переработке.

Пожарная опасность полиэфирных смол определяется природой мономера, входящего в их состав. Стирол, являющийся компонентом многих смол, легко воспламеняется (температура вспышки 31⁰С, температура самовоспламенения 490⁰С)[29].

Для предотвращения пожара необходимо хранить смолы в плотно закупоренной таре; освещение и электрооборудование складских помещений должно быть сделано во взрывоопасном исполнении. Не допускаются наличие источников открытого огня и искрообразование. Помещения должны быть снабжены средствами пожаротушения - пенными и углекислотными огнетушителями, песком и т.п.

Перекисные и гидроперекисные инициаторы, являющиеся взрыв- и огнеопасными веществами, хранят в изолированных проветриваемых помещениях при температуре не выше 25⁰С. В сухом состоянии они могут разлагаться со взрывом при ударах, растирании, нагревании, соприкосновении с сильными кислотами и восстановителями. Гипериз, перекиси метилэтилкетона, циклогексанона необходимо хранить в таре из полиэтилена или темного стекла. При этом запрещается использовать резиновые и притертые стеклянные пробки, вместо них применяют завинчивающиеся крышки из полиэтилена или корковые пробки с прокладкой из полиэтиленовой пленки[7].

Перекись бензоила поставляют и хранят в увлажненном состоянии (влажность не менее 25%) в стеклянных и керамических емкостях (банки, бутылки) с деревянными или полиэтиленовыми пробками и крышками. Замороженная увлажненная перекись бензоила также взрывоопасна, как и сухая, поэтому в зимнее время необходимо увлажнять ее не водой, а этиловым спиртом.

Не допускается хранение перекисей и гидроперекисей рядом с источниками тепла, а также на солнечном свету. Складское помещение должно отвечать требованиям, предъявляемым к помещениям для хранения огне- и взрывоопасных веществ. Источники электрического освещения располагаются вне помещения. Помещение должно быть чистым, при возникновении пожара следует применять воду и песок.

В лабораториях и производственных помещениях разрешается хранить лишь небольшое количество инициатора. Тара, освобождающаяся из-под перекисей и гидроперекисей, должна тщательно промываться ацетоном, водой, содовым раствором или 3%-ным раствором щелочи, после этого тару можно использовать повторно. Категорически запрещается хранить непромытую тару.

Применяемый в качестве ускорителя диметиланилин поставляется в стеклянных бутылках, ускоритель НК- в алюминиевых бидонах и стеклянных бутылях. Ускорители ввиду их горючести и токсичности хранят в отдельных помещениях в условиях, аналогичных условиям хранения полиэфирных смол.

5.2 Переработка полиэфирных смол

Ненасыщенные полиэфирные смолы - пожароопасные и токсичные материалы. Токсичность стиролсодержащих полиэфирных смол обусловлена содержанием в них стирола (25-40 мас %), пары которого оказывают наркотическое и сильно раздражающее действие, а также воздействуют на нервную систему, кровь и кроветворные органы. Попадание стирола или стиролсодержащих смол на кожу может вызвать раздражение и дерматиты. Предельно допустимая концентрация в рабочей зоне 30 мг/м³, в производственных помещениях -5, в приземном слое промышленной площадки - 1,5, а в жилой зоне - 0,003 мг/м³, в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоиспользования -0,1 мг/л. В состав полиэфирных композиций входит ряд компонентов, которые имеют высокую токсичность[25,26,28].

Работы с полиэфирными смолами следует проводить в помещениях с приточно-вытяжной вентиляцией. Для достижения в воздухе ПДК стирола 5 мг/м³ при работе со стиролсодержащими смолами необходимо подавать воздуха 2 000 м³/ч на 1 м² поверхности формуемого материала, однако создать такой воздухообмен в реальных условиях сложно. Кроме того, при увеличении скорости потока воздуха сильно повышается скорость испарения стирола.

Для расчета вентиляции воздухообмен L (м³/ч) при выделении органических растворителей из раствора полимеров определяют по формуле

L=G(K₂ - K₁) (7)

где G - количество выделяющихся растворителей, г/ч;

К₂ - предельное содержание растворителей в удаляемом воздухе, г/м³;

К₁ - содержание растворителей в приточном воздухе, г/м³.

Кроме общей необходимо устанавливать местную вентиляцию в местах наибольшей концентрации токсичных летучих веществ (прессы, сушильные шкафы, участки для контактного формования, свободной заливки и т.д.). При этом рекомендуется отсасывать стирол в нижней части рабочего помещения, так как его пары тяжелее воздуха.

При работе с полиэфирными смолами следует пользоваться спецодеждой (халаты, комбинезоны, фартуки и др.), резиновыми, полиэтиленовыми или поливинилхлоридными перчатками или специальными защитными смазками на основе поливинилового спирта или казеина. Рекомендуется применять для защиты кожных покровов пасты, мази, кремы (типа мази Селинского и ИЭР-1).

Пасту наносят на руки, выдерживают несколько минут до высыхания, после чего на коже образуется защитная пленка. После окончания работы ее смывают водой. При попадании смолы на незащищенные участки кожи необходимо удалить ее тампоном, а затем промыть этот участок кожи теплой водой с мылом или 5%-ным раствором соды и смазать кремом. Перекиси оказывают резкое раздражающее действие на кожу и слизистую оболочку и могут вызвать ожоги, поэтому пораженное место следует обрабатывать спиртом или сильной струей воды. При попадании перекиси в глаза, их промывают водой и 5%-ным раствором соды и обращаться к врачу.

Цех по переработке полиэфирных смол должен отвечать требованиям, предъявляемым к взрыво- и пожароопасным помещениям: они снабжаются средствами пожаротушения, взрывобезопасными электрооборудованием и осветительной аппаратурой. Запрещается работа с инструментом, который может вызвать искрение при ударе, нельзя предварительно смешивать инициатор и ускоритель во избежание возгорания и взрыва. Помещения, в которых приготавливаются и обрабатываются полиэфирные композиции, имеют класс ПУЭ В-1а, а механическая обработка производится в помещениях класса П-2а.

При механической обработке предельно допустимая концентрация пыли в производственном помещении не должна превышать 2 мг/м³. После работы необходимо мыть лицо и руки только горячей водой, сначала без мыла, чтобы пыль не втиралась в кожу, а затем с мылом. Входное устройство пневмоотсоса необходимо устанавливать таким образом, чтобы в него попадали пыль и стружка. В противном случае они рассеиваются в воздухе и загрязняют его. Иногда при механической обработке пластмасс стружку и пыль удаляют с помощью смазочно-охлаждающей жидкости.

Литература

1. Отчет по теме `Разработать состав и технологии изготовления абразивного материала для обработки деталей сложной геометрической формы'. Науч. рук.: Струк В.А., - Гродно, 1996.

2. Справочник по композиционным материалам. Под ред. Дж. Любика т1, т2. - М.: Машиностроение, 1988.

3. Струк В.А. Антифрикционные материалы на основе полимерных связующих. - Гродно, 1996.

4. Композиционные материалы. Справочник под общей ред. В.В.Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990.

5. Седов Л.Н. Состав и свойства полиэфирных связующих для пресскомпозиций. - М.,1975.

6. Моисеева И.П., Верин С.П., Семенова Н.И. Тиксотропные антикоррозионные грунтовки для защиты надводных поверхностей судов. -1975.

7. Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов. Справочное пособие. Под ред. М.М. Гольдберга.- М., 1978.

8. Седов Л.Н., Михайлова З.В. Ненасыщенные полиэфиры.- М.,1977.

9. Справочник по пластмассам. Под ред. В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И.Сажина. - М., 1975.

10. Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов. - М.: Лесная промышленность, 1985.

11. Новые материалы в технике и науке.- М., Наука, 1976.

12. Коляго Г.Г., Струк В.А. Материалы на основе ненасыщенных полиэфиров. - Минск: Навука i тэхнiка, 1990.

13. Костин П.П. Физико-механические испытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. - М.: Машиностроение, 1990, - 256 с.

14. Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Г., Федорченко И.Н. Кристаллография, минералогия и рентгенография. - М.: Металлургия, 1990, - 262с.

15. Струк В.А., Минюк Г.Е. Лабораторный практикум по курсу”Физика и химия полимеров”. - Гродно: ГрГУ, 1995,- 64с.

16. Феномен кремня: реальность и перспективы. Сборник трудов первого Республиканского научно-практического семинара. - Минск, 1993.-126с.

17. Гуль В.Е., Акутин М.С. Основы переработки пластмасс.- М.: Химия, 1985.- 400 с.

18. Охлопкова А.А. Триботехнические и механические характеристики модифицированного политетрафторэтилена // Трение и износ.-№4. - Т.17. - 1996. - С. 550-553.

19. Миронов В.С. Технологическое управление триботехническими характеристиками слоистых полимерных композиций // Трение и износ. - №3.- Т.16. -1995. -С.527-536.

20. Ольшевский О.З. Исследование триботехнических характеристик композиционных материалов на базе ПЭНД // Физика конденсированных сред: Тезисы докладов YI Республиканской научной конференции студентов и аспирантов /Под ред. Лиопо В.А.- Гродно: ГрГУ, 1998. - С.147.

21. Кузнецов В.М. Смеси полимеров.- М.: Химия, 1979. - 304с.

22.Менсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты / Под ред. Ю.К.Годовского. - М.: Химия, 1979. -440с.

23. Тупов И.И., Кострикина Г.И. Химия и физика полимеров.- М.: Химия, 1989.- 432 с.

24. Портной К.И., Солибенов С.Е., Светлов И.Л., Чубаков В.М. Структура и свойства композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1979. - 255с.

25. Полимерные смеси / Под ред.Д.Пола, С.Ньюмака. - М.:Мир, 1981.-455с.

26. Гольдадэ В.А., Струк В.А., Песецкий С.С. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем.- М.:Химия, 1993. - 240с.

27. Струк В.А. Лабораторный практикум по курсу "Материаловедение" для инженерных специальностей. - Гродно: ГрГУ, 1991. - 66с.

28. Бортников В.Г. Основы технологии переработки пластических масс.- Л.: Химия, 1985.-304 с.

29. Гуль В.Е., Кузнецов В.Н. Структура и механические свойства полимера. - М.: Высшая школа, 1979. - 352с.