close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- silornsk.ru

код для вставкиСкачать
УДК 629.7.03:253.5.004.58.017.1
Влияние низких температур на демпфирующие свойства полимерных покрытий
из клеевых композиций «Спрут»
А. П. Я к о в л е в ,
С. В. Д я т ч е н к о
(Киев,
Калининград)
В условиях эксплуатации детали и элементы
металлоконструкций с демпфирующими поли­
мерными покрытиями, как правило, подверга­
ются температурному воздействию. С изменени­
ем температуры изменяются демпфирующие
свойства большинства полимерных материалов,
при нагреве которых увеличивается подвижность
макромолекул и, как результат, их демпфирую­
щая способность. С понижением температуры
можно ожидать уменьшения подвижности мак­
ромолекул, а следовательно, уровня демпфиру­
ющих свойств полимера из-за меньшей его эла­
стичности. Более того, в покрытиях на основе
клеевых композиций воздействие низких темпе­
ратур может служить причиной частичного или
полного их разрушения.
Цель настоящей работы — изучение демпфи­
рующих свойств покрытий на основе клеевых
композиций типа «Спрут» при пониженных тем­
пературах в диапазоне 213 ... 293 К, соответству­
ющем условиям эксплуатации многих металло­
конструкций современной техники. Полимерные
клеевые композиции типа «Спрут» на полиуре­
102
тановой основе созданы в Институте химии вы­
сокомолекулярных соединений АН УССР. Неко­
торые сведения об этих клеях и их практичес­
ком применении приведены ранее [1]
Экспериментальные исследования проводили
на установке Д-6-ЯМ1, разработанной в Инсти­
туте проблем прочности АН УССР [2]. Испы­
туемые образцы имели призматическую форму
с размерами рабочей части 2X 20X 190 мм. Ис­
следовали покрытия, нанесенные с одной сторо­
ны образца, на основе чисто клеевых компози­
ций типа «Спрут», а также армированные поли­
мерные покрытия на их основе. Некоторые
характеристики покрытий приведены в таблице.
Результаты испытаний показали, что при тем­
пературах 293 К и ниже в клеевых композициях
«Спрут-5М» и «Спрут-9М» при обеспечении на­
чального уровня деформации металлической
подложки, соответствующего величине напряже­
ния а = 7 0 МПа, целостность покрытия наруша­
ется. Еще меньшая стойкость к пониженным
температурам отмечается у клеевой композиции
«Спрут-4», целостность покрытия из которой наПроблемы прочности.—1989.
№ 5
юушается уж е при 273 К в случае аналогичных
[условий испытания. Наиболее стойким к разру­
шению при понижении температуры оказалось
покрытие на основе клея «Спрут-МП», облада­
ющее наибольшей эластичностью, хотя и для
|него температура 253 К предельно допустимая.
Использование более эластичной клеевой ком­
позиции «Спрут-9МДИ» вместо «Спрут-9М» не
[изменило общей картины. Основной вид дефек­
та покрытия — образование поперечных трещин
с последующим частичным отслоением и разру­
шением покрытия. Введение в клеевую компози­
цию «Спрут-9М» различных наполнителей (мо­
лотого стекла, портландцемента, рубленого стек­
ловолокна) не упрочнило его. Однако установ­
лено, что введение в клеевую композицию
рубленого стекловолокна предотвратило разруНекоторые характеристики покрытий, нанесенных на сталь
Ст.Зсп
Покрытие
Толщина
покрытия,
мм
Клей«Спрут-4»
3,9
Клей «Спрут-5М»
4,0
Клей «Спрут-9М»
Клей «Спрут-9МДИ»
4,1
4,25
Клей «Спрут-МП»
3,8
Температура и вид
разрушения покрытия
Покрытие лопнуло в
процессе колебаний
при 273 К
Покрытие лопнуло в
процессе колебаний
при 253 К и отпало
То же
Покрытие отслоилось
в процессе колеба­
ний при 253 К
Покрытие отслоилось
в процессе колебаний
при 233 К
Покрытие отслоилось
в процессе колебаний
при 253 К
Композиция (клей
3,55
«Спрут-9М »+
+ 6 0 мае. % молото­
го стекла)
Композиция (клей
3,6
Покрытие лопнуло в
«Спрут-9М »+
процессе колебаний
+ 5 0 мае. % порт­
при 253 К
ландцемента)
Композиция (клей
3,7
Покрытие отслоилось
«Спрут-9М »+
в процессе колебаний
+ 10 мае % рубле­
при 253 К
ного стекловолокна)
Один слой стекло­
0,5+2,5= =3,0 Покрытие лопнуло
ткани (клей
при 223 К в процессе
«Спрут-9МДИ») +
колебаний, но не от­
+ к л ей
слоилось
«Спрут-9МДИ»
Один слой стекло­
4,0
Покрытие не разру­
ткани (клей
шилось и не отслои­
«Спрут-МП»)_+
лось при 215 К
+композиция (клей
«Спрут-М П»+
+ 1 0 мае. % рубле­
ного стекловолокна)
Один слой стекло­
0,5+ 3,9 =4,4 Покрытие отслоилось
ткани (клей
в процессе колебаний
«Спрут-9МДИ) +
при 213 К
+К0МП03ИЦИЯ (клей
«Спрут-9М ДИ »+
+ 10 мае. % рубле­
ного стекловолокна)
П р и м е ч а н и е . Толщина подложки составляет 2 мм.
Проблемы прочности.—1989.
№ 5
Рис. 1. Зависимости 8 = f (е) для образцов из стали ВМСт.Зсп
толщиной 2 мм
с разными полимерными покрытиями:
1, 2 — клей «Спрут-9МДИ» толщиной 4,25 мм соответст­
венно при температурах 293, 273 К; 3, 4, 5, 6, 7 — (один
слой стеклоткани толщиной 0,5 м м + клей «Спрут-9МДИ») +
+ к л е й «Спрут-9МДИ» толщиной 2,5 мм соответственно
при температурах 293, 293 (после однократного охлажде­
ния), 253, 233, 227 К; 8, 9, 10 — клей «Спрут-МП» толщи­
ной 3,8 мм соответственно при температурах 293, 271,
253 К.
шение покрытия, но не устранило его отслаи­
вания.
Анализ экспериментальных данных свидетель­
ствует, что разрушение клеевых композиций
обусловлено существенным различием теплофи­
зических характеристик покрытия и металличес­
кой подложки, а также особенностями вязкоупругих свойств самих клеевых композиций.
Учитывая поведение покрытий на основе этого
вида связующих при низких температурах, было
решено применить промежуточный слой между
металлической подложкой и демпфирующим
покрытием из стеклопластика, что в дальнейшем
полностью оправдало себя.
На рис. 1 показаны зависимости декремента
колебаний от амплитуды деформации для об­
разцов из стали ВМ Ст .Зсп с различными вида­
ми покрытий.
Как видно, при понижении температуры испы­
таний демпфирующая способность клеевой ком­
позиции «Спрут-МП» уменьшается. Если при
температуре 293 К декремент колебаний образ­
цов с покрытиями из этого материала в иссле­
дованном диапазоне амплитуд деформации со­
ставил 10... 13% , то при 253 К — 7,5 ... 9,5 %,
т. е. в 1,3... 1,4 раза меньше. С дальнейшим по­
нижением температуры наблюдалось полное
отслоение покрытия.
103
i
з
2
ею +
Рис. 2. Зависимости б = f ( e )
д л я образцов из стали
ВМСт.Зсп толщиной 2 мм с разными полимерными покры­
тиями: 1, 2, 3, 4, 5, 6 — (слой стеклоткани толщиной
0,5 м м + к л е й «Спрут-М П») -)- (клей «С прут-М П »+ 10 мас.%
рубленого стекловолокна) толщиной 3,5 мм соответственно
при температурах 293, 293 (после однократного о хлаж де­
н ия), 273, 253, 215, 233 К; 7, 8, 9, 10 — один слой стекло­
ткани толщиной 0,5 м м + к л ей «С прут-9М Д И »+клей «Спрут9 М Д И » + 1 0 мас.%
рубленого стекловолокна толщиной
3,9 мм соответственно при температурах 293, 273, 252,
%
■■
8A t
i p
/ Т у
/X
/
•rvf '
/ V
/ */
Y / f } rJif'A 1*
ir //
//5 /
n/
f
C<j
/
/ ;
{ /
i
46
v—
_
193
213
233
253
273
Г, К
Рис. 3. Температурные зависимости декремента колебаний
образцов из стали ВМСт.Зсп с полимерными покрытиями
на основе клеевых композиций «Спрут-М П» и «Спрут9М ДИ »: 1, 2 — клей «Спрут-МП»; 3, 4 — клей «Спрут9М Д И » с промежуточным стеклопластиковым слоем; 5,
6 — клей «Спрут-9М ДИ» с промежуточным стеклопласти­
ковым слоем и 10 мае. % рубленого стекловолокна; 7,8 —
клей «Спрут-М П» с промежуточным стеклопластиковым
слоем и 10 мас.% рубленого стекловолокна. (Сплошные
линии — е = 3 - 1 0 -4 , штриховые — е = 1 • 10-4 .)
104
Декремент колебаний образцов с покрытиями
из клеевой композиции «Спрут-9М ДИ» при к ои *
натной температуре равен
12... 17% ,
при
273 К — 5 ... 8 % , т. е. в 2 ,1 ... 2,4 раза меньше.]
С дальнейшим понижением температуры э т и
покрытие также полностью отслаивается. Вве­
дение в указанные покрытия промежуточной:
слоя из стеклопластика на основе стеклоткан*]
позволило обеспечить их целостность и работой
способность до 227 К. При более низкой темпе­
ратуре покрытия лопались, не отслаиваясь от!
подложки.
Использование промежуточного слоя из стек-1
лопластика в покрытии снизило декремент коле­
баний образцов. Так, при комнатной темпера­
туре и одинаковых массовых соотношениях по­
крытия и подложки
декремент
колебаний
образцов уменьшился в 1,7 раза (кривые 1 и 3
на рис. 1). В диапазоне температур 2 5 3 ... 227 К
покрытия на основе клеевой композиции «Спрут9М ДИ » с промежуточным слоем из стеклоплас­
тика имеют еще меньший уровень декремента
колебаний образцов (2,5 ... 4,8 %).
Д ля повышения демпфирующей способности
покрытий на основе клеевых композиций «Спрут9М ДИ » и «Спрут-МП» с промежуточным слоем
из стеклопластика и расширения диапазона по­
ниженных рабочих температур в эти покрытия
вводили рубленое стекловолокно в количестве
10 мае. % клеевой композиции при длине воло­
кон, не превышающей 8 мм.
Рис. 2 иллюстрирует изменение декремента
колебаний в зависимости от амплитуды де­
формации для образцов с такими покры­
тиями.
Анализ полученных данных показал, что вве­
дение в покрытие рубленого стекловолокна не­
сколько повышает декремент колебаний образ­
цов при комнатных температурах. Так, сравни­
вая кривые 3 (рис. 1) и 7 (рис. 2 ), видим, что
наличие рубленого стекловолокна обусловило
рост декремента колебаний образцов с покры­
тиями на основе клея «Спрут-9М ДИ» с 7 ... 10
до 9 ... 14,5% , т. е. в 1,3— 1,45 раза. Практиче­
ски такого ж е уровня (10,7... 14,3 %) достиг
декремент колебаний образцов с покрытиями на
основе клея «Спрут-МП» (кривая 1 на рис. 2 ),
что несколько выше, чем образцов с покрытиями
только из клеевой композиции «Спрут-МП» без
промежуточного слоя (кривая 8 на рис. 1), ко­
торая при понижении температуры уменьшается
более интенсивно (кривые 9, 10 на рис. 1 и 3, 4
на рис. 2 ). Однако путем введения промежуточ­
ного стеклопластикового слоя и рубленого стек­
ловолокна удалось расширить диапазон рабочих
температур покрытий на основе клея «СпрутМП» до 215 К.
На рис. 3 представлены температурные зави­
симости декремента колебаний испытанных об­
разцов с полимерными покрытиями, выдержав­
ших охлаж дение различной степени.
П роблемы прочности.— 1989.
№ 5
Как видно, с понижением температуры испы­
таний декремент колебаний образцов с предло­
женными композиционными покрытиями доволь­
но резко уменьшается (в среднем до трех раз)
вплоть до температуры 253 К, а затем стабили­
зируется на уровне 2... 4 %. Высоким уровнем
декремента колебаний указанные покрытия об­
ладают при 273 К и выше, что следует учиты­
вать на практике.
Таким образом, разработан ряд покрытий на
основе клеевых композиций типа «Спрут» с вы­
сокими демпфирующими свойствами в области
положительных температур, которые могут быть
использованы и при пониженных климатических
температурах.
Summary
Tem peratures lowered to 213 К are studied for their effect
on a decrem ent of flexural vibrations of plane specimens of
steel BM Ст.Зсп w ith polymeric coatings based on adhesion
compositions of the «Sprut» type.
It is established th at the coatings based on adhesive com­
positions «Sprut-ЭМДИ» and « S prut-МП» possess the h ig ­
hest (12-16% ) values of the vibration decrem ent for spe­
cimens at room tem peratures.
Introduction of interm ediate glass-reinforced p lastic layer
and 10 % of chopped glass fibre prom otes m aintenance of
the high dam ping capacity for polymeric coatin g s of adhe­
sives «БрпД-ЭМДИ» and «Sprut-МП» at positive tem pera­
tures as well as their m aintenance and serviceability at low
clim atic tem peratures up to 215 K-
1. Корягин С. И. Применение 'полимерных материалов при
ремонте судовых конструкций и деталей механизмоврыбопромысловых судов: Учеб. пособие.— Калининград :
Всесоюз. ин-т повышения квалиф. рук. работн. и специал. рыбн, пром-сти и хоз-ва, 1982.— 135 с.
2. Я ковлев А. П. Диссипативные свойства неоднородных
материалов и систем.— К и е в : Наук, думка, 1985.—
248 с.
Ин-т пробл. прочности АН У С С Р
Калинингр. техн. ин-т рыбн. пром-сти и хоз-ва
Поступила 11,04.88
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа