Технология изготовления вантовых растяжек из базальтопластика

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 678.6

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАНТОВЫХ РАСТЯЖЕК ИЗ БАЗАЛЬТОПЛАСТИКА

Кучеренко Е.В., Арзамасцев С.В., Щербаков А.С.

Рассмотрены вопросы использования бытового и промышленного отхода - измельченного стеклобоя в качестве наполнителя полиэфирной матрицы. Установлены зависимости физико-механических характеристик композита от вида и количества наполнителя, определен характер взаимодействия между наполнителем и полимерной матрицей.

Ключевые слова: минеральное стекло, наполнитель, полиэфирная смола, композиционный материал, полимерная матрица

стеклобой матрица полимерный наполнитель

Cable stretching is used in various designs of bridges, stadiums, etc. In the designs of sprinkler systems, cable-stayed stretches hold pipes, through which water is supplied for irrigation. We have developed a technology for manufacturing cable stretch marks from basalt plastic, which allows to significantly reduce their weight, price and provide high corrosion resistance.

Keywords: cable stretching, basalt plastic, sprinkler

Вантовые конструкции - геометрически неизменяемый тип висячей конструкции, выполненной из прямолинейных элементов (вантов) и часто называется вантовой фермой. Вантовых (тросовых) растяжки используются при строительстве уникальных зданий и сооружений (мосты, стадионы и т.д.), в машиностроении, электроэнергетике при строительстве ЛЭП и др.

В сельскохозяйственном машиностроении вантовые растяжки можно использовать для подвески трубопроводов дождевальных машин. Имеющийся парк дождевальных машин (“Фрегат”, “Кубань”, “Днепр” и других) применяемых в сельском хозяйстве РФ физически изношен и морально устарел. Современные ферменные дождевальные машины кругового или фронтального действия в РФ не выпускаются. Импортные дождевальные машины (Bauer, RKD, Valley, Zimmatik, T-L и другие) обладают высокой надежностью и низкими эксплуатационными затратами, однако их использование сдерживается чрезвычайно высокой амортизацией (более 4500 руб. на один гектар в сезон). Высокая амортизация обусловлена, прежде всего, высокой ценой.

Кроме этого дождевальные машины изготовлены из сталей и поэтому обладают высокой удельной массой (более 265 кг/Га). Например, масса шпренгелей - стальных стержней поддерживающих ферменный трубопровод одной дождевальной машины, превышает три тонны и составляет до 10 % от общей массы. Поэтому создание прочных, легких и коррозионностойких вантовых растяжек для дождевальной техники является актуальной задачей.

На дождевальные машины в процессе длительной эксплуатации воздействуют переменные механические нагрузки растяжения, колебания которых от воздействия ветра могут превышать статические значения от массы конструкции, воздействует ультрафиолетовое солнечное излучение, вантовые растяжки находятся в зоне 100% относительной влажности и их поверхность должна выдерживать и не разрушаться под воздействием коррозионноактивной среды, возникающей и подкормке орошаемых растений минеральными или биогумусными удобрениями.

Нами разработана и реализована следующая технология изготовления базальтопластиковых вантовых растяжек: ровинг базальтовых волокон пропитывается эпоксидной смолой ЭД-20 с отвердителем ПЭПА (полиэтиленполиамин) холодного отверждения. Ровинг равномерно наматывается на две втулки, имеющие канавки на внешней поверхности. Затем одна втулка вращается вокруг оси, проходящей через центры втулок и закручивает нити. Полученный жгут растягивается усилием, равным рабочему, и смола полимеризуется.

Поверх ровинга размещают пропитанные внешние слои кольцевых нитей и топкоут (покрытие) на основе эпоксидного компаунда, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, воздействию высокой влажности и агрессивной коррозионноактивной среды, что обеспечивает длительную эксплуатацию вантовых растяжек без разрушения и изменения физико-механических свойств их материалов.

Нами доказана эффективность и целесообразность использования базальтовой нити в качестве армирующего наполнителя в эпоксидную матрицу. Кроме того, установлено существенное повышение физико-химических и механических свойств композита, обусловленное взаимодействием полярных групп молекул, образующих базальтовое волокно, с полярными группами молекул полимерной смолы с образованием органосиликатных комплексов и химически встроенным в структуру материала армирующей базальтовой нитью [1].

Полученный композиционный материал обладает высокими физико-механическими показателями (таблица).

Сравнительные характеристики полученного материала

Главное конкурентное преимущество - низкая цена дождевальных машин, обоснованная низкой себестоимостью серийного производства за счет использования современных и высокопроизводительных технологий переработки пластмасс (пултрузия, нидлтрузия и прессование) и относительно низкой стоимостью исходного сырья.

Использование дождевальных машин с базальтопластиковыми вантовыми растяжками сокращает до 900 руб. на один гектар в сезон амортизационные отчисления и снижает себестоимость выращиваемой сельскохозяйственной продукции, уменьшает массу дождевальной машины и нагрузки на грунт.

При этом обеспечивается абсолютная коррозионная стойкость всех элементов дождевальной машины при поливе с использованием агрессивных жидкостей, например, раствора минеральных удобрений для подкормки растений;

Снижаются потери давления на 30% за счет того, что трубопровод не подвержен отложениям, засорению и поражению микроорганизмами; сокращаются эксплуатационные затраты и обеспечивается высокотехнологичная ремонтопригодность.

Перспективы коммерциализации достаточно высоки. Так, например, холдингом “Солнечные продукты” в Саратовской области планируется на орошаемых полях организовать производство 600,0 тысяч тонн нута и сои и 600,0 тысяч тонн кукурузы на зерно (газета “Регион 64” от 04.02.2016) на 250 тысячах гектар орошаемых полей. Для этого потребуется около 2000 штук современных дождевальных машин кругового и фронтального действий длиной по 600 метров. Цена одной импортной дождевальной машины около 10,0 млн. руб. Цена выпускаемой серийно дождевальной машины с композитными растяжками не будет превышать 5,0 млн. руб. Объем рынка только для холдинга “Солнечные продукты” может составлять 10 миллиардов рублей и для всей области не менее 15 миллиардов рублей.

Объем рынка дождевальных машин в РФ на ближайшие 5-7 лет может составлять не менее 25-30 тысяч штук или в денежном выражении 125 - 150 миллиардов рублей. Объем рынка в странах ближнего зарубежья может составлять не менее 250-300 миллиардов рублей. Объем рынка в странах дальнего зарубежья может составлять не менее 500 миллиардов $ США.

Список литературы

1. Научно-технологические принципы создания полимерматричных композитов на основе приоритетных наполнителей с заданным комплексом свойств: монография / Устинова Т.П., Панова Л.Г., Кардаш М.М., Кадыкова Ю.А., Левкина Н.Л., Плакунова Е.В., Бурмистров И.Н. - Энгельс: Изд-во ЭТИ (филиал) СГТУ имени Гагарина Ю.А., 2014. - 111 с.

Размещено на Allbest.ru