ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

9-01

Результат выполнения технологической разработки.

Во многих гидравлических, пневматических и комбинированных (гидропневматических) устройствах наиболее уязвимыми элементами являются уплотнения, технический ресурс которых крайне ограничен. Высокие давления рабочей среды, повышенная температура, в том числе из-за длительного и непрерывного действия, неблагоприятная рабочая среда (ее загрязнение), наличие абразива, особый состав (буровой и цементный растворы, агрессивные включения) и т.п. - все это провоцирует преждевременные потери эксплуатационных свойств уплотнений вследствие интенсивного износа, а иногда и ненормированного разрушения.

Для решения этой сложной проблемы разработан метод поверхностного упрочнения резины - диффузионная поверхностная модификация. Существо метода (технологии) заключается в следующем. Готовое резинотехническое изделие (РТИ), вне зависимости от его габаритов, погружается в ванну со специальным модифицирующим раствором. Мелкие и средней величины РТИ погружаются набором, одновременно в ванне могут находиться различные изделия. Состав модифицирующего раствора зависит от марки резины. Для наиболее распространенной (применяемой в гидропневмоустройствах) маслобензостойкой резины на основе бутадиен-нитрильных каучуков в составе модифицирующего раствора могут использоваться каптакс, тиомочевина и другие ингредиенты. Диффузионная модификация заключается в создании на поверхности РТИ слоя заданной глубины (1,5-2,0 мм) с повышенными твердостью и прочностью и с изменяемыми по глубине физико-механическими свойствами. Для этого реализуется свойство резины набухать в органических растворителях, содержащих вулканизирующие вещества. Растворитель после сушки при температуре 50-60°С удаляется, а реакция сшивания (термофиксации) обеспечивается прогревом обработанного РТИ до температуры вулканизации (130-150°С), т.е. происходит дополнительная вулканизация поверхностного слоя резины. При правильно приготовленном составе модифицирующего раствора глубина модификации и физико-механические свойства поверхностного слоя резины зависят от времени выдержки деталей в растворе. Для РТИ средней величины до 0,8 кг (вместе с металлической основой) оптимальным временем выдержки в растворе следует считать 11-12 часов. Для мелких деталей время, а, следовательно, и глубину модифицирования целесообразно уменьшить до 6-8 часов.

После модифицирования РТИ приобретает особые свойства: твердость поверхностного слоя существенно увеличивается; модуль упругости на поверхности (после выдержки в растворе до 12 часов) возрастает в 60 и более раз: К=Е/Е ₀і60, где Е и Е ₀ - модули упругости на поверхности и в сердцевине детали; коэффициент трения f резины по металлу (как со смазкой, так и в сухом виде) уменьшается примерно в 2 раза. При наличии упрочненного слоя на поверхности резины изменяется не только величина, но и характер распределения контактных напряжений, от которых существенно зависит прочность и износостойкость РТИ. Покажем это на примере цельноформованного резинометаллического уплотнения 1 поршня насоса одностороннего действия (см. рисунок). При К=1, т.е. при отсутствии модифицирования, контактные напряжения резко возрастает на тыльной (неработающей) части 2 уплотнителя, и резина выдавливается в уплотняемый зазор, а передняя часть (губа) 3 уплотнителя - собственно манжета не выполняет своей функции. Это приводит к термодеструкции, выкрашиванию и интенсивному разрушению тыльной части и всего уплотнителя. При К=60 - наличии модифицированного слоя 4 и соответствующем уменьшении коэффициента трения f уплотнитель работает «правильно» - напряжения снижаются и распределяются почти равномерно. Благодаря этому устраняются теплонапряженность, термодекструкция и разрушение резины, уплотняющее воздействие больше переходит на губу, износ носит усталостный характер, при этом долговечность уплотнителя возрастает в 5,0-5,7 раза. За счет снижения коэффициента f уменьшается и энергоемкость системы.