автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Создание древеснополимерных самосмазывающих композитов и методов формирования из них длинномерных опор скольжения

''¿1 12 3 2

Академия наук Беларуси ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ

На правах рукописи ПИРНАЗАРОВ Русгам Ядгарович

СОЗДАНИЕ ДРЕВЕСНОПОЛИМЕРНЫХ САМОСМАЗЫВАЮЩИХСЯ КОМПОЗИТОВ И МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗ НИХ ДЛИННОМЕРНЫХ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ

Специальность 05.02.01 — Материаловедение в машиностроении

(пром ышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Гомель 1932

Работа выполнена в Институте механики металлополимерньгх систем АН Беларуси и Ташкентском автомобильно-дорожном институте.

Научный руководитель — член-корреспондент АН Беларуси,

доктор технических наук, профессор Купчинов Б. И.

Официальные оппоненты — доктор технических наук

Юркевич О. Р.,

— доктор технических наук,

профессор Врублевская В. И.

Ведущая организация —Украинское научно-производственное

деревообрабатывающее объединение.

Защита состоится 199/г. в ча-

сов на заседании специализированного совета Д 006.28.01 в Институте механики металлополимарных систем АН Беларуси по адресу: 246652, г. Гомель, ул. Кирова, 32а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИММС АН Беларуси.

Автореферат

разослан « . 199¿г.

Ученый секретарь специализированного совета,

канд. ф.-м. наук н- Б- Р°стани1,а

• :/.Л

Актуальность работы.

Известные методы производства древеснополимерных материалов и изделий на термореакгивных связующих не решают главной проблемы - создания экологически чистых производств с высокой механизацией труда. Поэтому в высокоразвитых странах интенсивно ведутся исследования по созданию новых дре-, веснополимерннх материалов на основе гермопластичннх связующих.

Использование термопластичных полимеров и их смесей в производстве древеснополимернмх материалов и разработка ап-паратно-технологических процессог формирования изделий из них открывает новые пути для рационального использования древесных отходов.; в создании безотходных производств и для решения ряда задач охраны окружающей среди.

В этом, плане успешно зарекомендовали себя композиции на основе поливинилхлорида СПБХ) и измельченных древесных отходов, перерабатываемые на экструзионных линиях, так называемые ЭДМ-экструэионные древеснополимерные материалы. Широкое применение ЭДН в машиностроении и других отраслях промышленности зависит от правильного выбора деталей, позволяющих объединить технологические преимущества указанных композитов с их физико-механическими свойствами.

В этой связи привлекают внимание поддерживающие элементы ленточных конвейеров, которые объединяют различные виды роликоолор и опор скольжения. Последние являются массовыми элементами конвейеров, которые, в свою очередь, широко применяются как на предприятиях машиностроения, так и други: отраслей промышленности. В использовании ЭДМ для нудц ленточных конвейеров намечены только первые шаги, поэтому научНо-практические исследования, направленные на разработку ЭДМ для производства опор скольжения, являются весьма актуальной задачей.

Цель исследования. Создание древьснополимерных самосмазывающихся композитов и разработка процессов формирования иэ них длинномерных опор скольжения методом червячной экструзии.

• Научная новизна. Разработаны экструзионнне' композиции на основе 11ВХ и древесного наполнителя, содержащие в качестве

функционального компонента 15-25 мас.^ фосфогипса и способы модифицирования, позволяющие получать материалы и изделия, реализующие эффект самоемазивания фрикционных сопряжений. Установлено, что в процессе червячной экструзии на поверхности экструдата формируется древесноминерализованнцй слой, обладающий повышенной твердостью, пропитка которого кремнийорга-ническими жидкостями обеспечивает устойчивую работу изделий в узлах трения.

Исследованы физико-механические и трибогехнические свойства разработанных ЭДМ применительно к опорам скольжения лен-точннх конвейеров. Показано, что оптимальные характеристики пары ЭДМ-резинотканевая лента обеспечиваются при использовании в качестве пропитывающих составов полиэтил- и полиметил-силоксановьтх жидкостей, имеющих показатель характеристической вязкости в пределах 100-300 сСт. Обнаружено образование на поверхности ЭДМ в зонах трения тонких пленок, обладающих низким сопротивлением сдвигу. Вероятной причиной такого процесса является взаимодействие радикалов, возникающих в результате действия силовых и тепловых полей на кремнийорганические молекулой активных центров на поверхности частиц древесного наполнителя.

Изучена эффективность пропитки ЭДМ кремиийорганическими жидкостями. Показано, что глубина проникновения жидкости в ЭДМ возрастет, а время процесса сокращается при создании разности температур в зоне пропитки порадка 130-160°С.

Новизна разработок защищена двумя авторскими свидетельствами.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработаны технологические рекомендации на процесс изготовления композиционных (полимер-древесина) составов и их 'переработку высокопроизводительным методом червячной экструзии в длинномерные изделия. Обосновано введение в состав композиции минеральных наполнителей, в частности, фосфогипса, способствующего упрочнению поверхностных слоев экструдируемо-го материала. Предложены эффективный способ и устройство для пропитки формуемых изделий жидкими смазочными составами. На основании полученных результатов разработана конструкция опор скольжения ленточных конвейеров и технология ее получения,

обеспечивающие реализацию режима самосмазывания при трении о резинотканевую поверхность.

Показана возможность замены древесных частиц в ЭДМ на измельченные стебли хлопчатника и рисовую лузгу. Прочностные характеристики таких композитов не уступают материалам на ос- . нове древесного наполнителя. Предложено использовать ЭДМ, содержащие такие наполнители, для производства экструзиокных погонажных изделий строительного назначения.

Выполнена опытно-промышленная проверка опор скольжения в различных отраслях машиностроения (литейное производство, черная и цветная металлургия,■производство минеральных удобрений, пищевых продуктов и т.д.) и определены области их рационального использования.

Разработана нормативно-технологическая документация и организовано опытное производство опор скольже.гая на комбинате стройматериалов (г.Ветка). На базе новых опор скольжения разработан т'ипооой конвейер У21-ВКБ, результаты испытаний которого позволили рекомендовать его для серийного производства. Экономический эффект от замены роликоопор на опоры скольжения составляет 3,0 тыс.рублей на один конвейер У21-ЕКБ.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на международна: УН Симпозиуме "Модификация древесины" (Польша, 1989), УИ Симпозиуме "Древеснополимер-ные композиционные материалы и изделия" (Гомель, 1991) и 'научно-технической конференции "Релаксационные явления и свойства полимерных материалов" (Воронеж, 1990); на всесоюзных научно-технических конференциях: "Ученые и специалисты в решении социально-экономических проблем страны" (Ташкент, К30, 1991, 1992) и "Модификация древесины" (Минск, 1990); научно-технических конференциях "Физика и механика композиционных материалов на основе полимеров" (Гомель, 1989, 1990, 1992).

Публикация. Но материалам исследований опубликовано 23 работы, получено 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и приложения. Содержит страниц машинописного текста, ■ иллюстраций и биб-

лиографический список, включающий 120 наименований литератур-•ных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Первая глава. Дан краткий обзор литературных данных по теме диссертационной работы и обоснованы задачи исследований.

Показано преимущество использования опор скольжения вместо роликоопор на ленточных конвейерах. При этом снижаются уровни шума, вибрация ленты и связанная с ней запыленность производственных помещений, исключается заклинивание узлов трения на шарикоподшипниках, экономится до 30 кг металла на I погонном метре конвейера.

Известные опоры скольжения изготавливаются из дефицитных материалов (листовая сталь, антифрикционные пластмассы), что препятствует широкому их внедрению.

В этой связи вызывают интерес ЭДМ, которые на базе древесных отходов и недефицитных полимерных материалов типа ИВХ позволяют изготавливать длинномерные изделия.

Показана возможность изготовления на базе ЭДМ длинномерных опор скольжения. Следует отметить, что известные композиции не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам опор скольжения конвейеров, как по физико-механическим, так и по триботехническим характеристикам. В результате анализа известных литературных данных определены следующие задачи исследования:

1. Разработать экструзионные самосмазывающиеся целлюлозо-содержащяе материалы.

2. Исследовать процесс формирования машиностроительных изделий на примере длинномерных опор скольжения методом червячной экструзии.

3. Исследовать фрикционную теплостойкость созданных материалов и определить тепловой режим ленточного крнвейера на древеснополимерных опорах скольжения.

4. Создать на основе выполненных исследований новый способ и устройство для получения самосмазывающихся опор скольжения и внедрить их в промышленность.

Во второй главе описана методика экспериментальных исследований.

В качестве объектов исследования использовали многотон-

нажно выпускаемые промышленностью эмульсионный и суспензионный ЛВХ (ГОСТ 14039-78 и ГОСТ 14332-76). Наполнителем являлись отходы переработки древесины (береза, осина, ольха) в виде опилок и стружек определенной фракции. В ряде экспериментов использовали измельченные стебли хлопчатника и рисовую лузгу. Для повышения эксплуатационных характеристик ЭДМ в состав композиций вводили фосфогипс - отход производства минеральных удобрений. Трибогехнические характеристики регулировали смазочными веществами, в качестве которых применяли кремнийорганические жидкости, вазелиновое (ГОСТ 3164-82) и машинное масла, а также олеиновую кислоту (ГОСТ 104-75-75).

Образцы для испытаний получали методом червячной экструзии по технологиям, разработанным в ИММС АН Беларуси. В качестве базовых использовали экстр,удера ЧП-45 и ЧП-90. Температура по зонам окструдера составила 80-180°С, скорость вращения 18-25 об/мин. Экструдат выдавливался через прямоугольную головку ссчениеи 15x10 им. После охлаждения он разрезался не. образцы, необходимые для испытаний по соответствующим ГОСТам.

Физико-механические и микроструктурные исследования проводили методом дифференциально-термического анализа и микроскопии (фазово-контрастная, оптическая и электронная^. Фрикционное взаимодействие изучали на машинах трения С1.Щ-2 и ДП1К по известным методикам, а также- на специальных стендах, имитирующих работу ленточного конвейера.

Экспериментальные данные обрабатывали метода.ми математической статистики на ЭВМ с использованием стандартных программ.

Третья глава посвящена разработке ЭДМ для производства опор скольжония. При разрг'отке композита решались две труд-носовместимыэ задачи - обеспечить хоройие трибогехнические свойства композита и сохранить при этои его прочность. Выполнение первой задачи проще всего обеспечить введением смазки в ЭДМ, что для известных материалов неминуемо' приводит к потере прочности, '{ем больше содержание смазки в композите, тем ниже коэффициент трения, но тем хуже и показатель прочности

ода.

Нами предложено вводить п состав ЭДМ вещества, способ-

'ствующие упрочнению поверхностного слоя экструдата, а введение смазки осуществлять методой горячей пропитки готового изделия. В качестве упрочняющего вещества использовали минеральные порошкообразные наполнители, например, фосфогипс. Выбор последнего обусловлен его способностью поглощать влагу, выделяющуюся из древесных частиц при экструдировании композиции, и цементироваться под воздействием влаги й температуры, а также недефипитностью (отходы при производстве минеральных удобрений'). В процессе экструзии фосфогипс, как более тяжелый наполнитель, концентрируется у поверхности гильзы экструдера. На выходе из головки он образует на поверхности экструдата жесткую минерализованную прослойку, что обеспечивает поверхностное упрочнение композита. Последнее подтверждается микроструктурным анализом и измерением твердости ЭДМ по сечению образца. Древесные часгицн, выходящие на поверхность композита, благодаря развитой капиллярно-пористой системе сорбируют Ярй пропитке смазку, обеспечивая,тем самым,хорошие три-ботехнические свойства ЭДМ,

, Исследованиями установлено, что оптимальные физико-механические и технологические свойства ЭДМ реализуются при 15-25 мас.^ содержании фосфогипса.

' Преимуществом разработанного композита является повышенные на 15-20$ показатели прочности, по сравнению с известными ЭДМ, незначительное изменение црочности при пропитке композита смазкой, снижение на 8-2Со токовой нагрузки на двигатель ысструдера. Последнее, очевидно, связано с уменьшением мехчастичного трения, поскольку порошкообразные частицы фосфогипса являются своеобразными катками, способствующими перемещению I. уплотнению композиции.

Не менее важной задачей является и выбор смазки, которая, с одной стороны, должна обеспечить глубокую пропитку разработанного ЭДМ за счет впитывания капиллярно-пористой системой древесных частиц, и, с другой стороны, хорошие триботехни-чесиие характеристики контакта с резинотканевой лентой конвейера. Исследования, проведенные со смазками различного происхождения, позволили сделать вывод, что наилучший триботехни-ческий контакт реализуется при использовании в качестве смазки кремнийоргонических жидкостей (табл. I).

фрикционное испытания контакта ЭДМ-резшптканевая лента (Р = I Шз, V = I м/с, Г = 100 час)

Фрикционние характеристики

Смазка

коэффициент трения

интенсивность

изнашивания, Ю-®

Бея смазки

Крешвдйоргашчеека я жидкость

Вазелиновое масло Пасло MC-20 Олеиновая кислота

0,9-1,0

294,3

0,2-0,3 0,8-0,9 0,9-1,0 0,9-1,0

0,43 127,9 232,4 250,6

Микроструктур»]тГ; анализ показал образованна на поверхности трения ЭДМ и лент!.' однородного слоя, обусловленного зацеплением макромолекул кремкийорганической тадкости. Обладая высоким сопротивлением сжатию и относительно низким сопротивлением сдвигу, мзкромоле:-улн кремшЯсргянигн обеспечивают хорошие смазочкко свойства исследуемому контакт,'.

Ж-ппектроскопичесние и физико-механические исследовопия позволили установить, что в прс.дессе трепня интегральное воздействие теплогь'х и силоттс полей приводит к образованию радикалов кремнийоргаиики, способных взаимодействовать с а"-тивнши группами древесины, взаимодействие смазки с наполнителем способствует образованию на поверхности ЭДМ водостойкой защитной пленки, что косвенно подтверждается уменьшением во-допоглощения композита после трибоконтактэ. На' вероятность такого взаимодействия указывает и уменьшение интенсивности полосы поглощения в области GÖ0-7I0 на ИК-слектре поли-метилсилоксановой жидкости, выделяющейся при трибоконтакте, п сравнении с исходной смазкой.

Предприятиями СНГ рыпускаются кремнийорганичаские жидкости различного состава и применения. Из отого многообразия предстояло вмбрать марки жидкостей, рекомендуемых для придания ЭДМ

'самосмаэывающихся свойств. Поскольку основу конвейерной ленты составляет резина, то инертность жидкости по отношению к резине являлась определяющим фактором. С позиций экологии производства привлекают жидкости, не требующие применения вредных растворителей. Этим условиям лучшего всего удовлетворяет полиэтиленсилоксановые (ПЭС) и полиметилсилоксановые (ПМС) жидкости.

Проведенные исследования показали, что структура выбранной кремнийоргвники (мен леновый или этиленовый заместитель) не влияет на износостойкость контакта ЭДМ - резинотканевая лента, тогда как; вязкость жидкостей оказ1 вает заметное влияние на износ и коэффициент трения (см. рис. I). Анализ полученных данных свидетельствует, что глубокую пропитку ЭДМ и хорошие трибогехничесние характеристики обеспечивают жидкости с вязкостью 100-300 сСг. Этому показателю соответствуют следующие марки кремнийорганических жидкостей: 1ШС-Ю0, ПМС-150, ПМС-200, ПМС-300, ПЭС-6.

Работоспособность (долговечность) ЭДМ, предназначенных для производства опор скольжения,- зависит от фрикционных характеристик композита, которые, в свою очередь, регулируются наличием смазки в зоне трения. Введение смазки непосредственно в состав композиции перед ее переработкой в изделия является нежелательным, т.к. при этом снижается прочность изделий, а расход смазки, обеспечивающий приемлемый коэффициент трения, весьма значителен. Наиболее целесообразным представляется пропитка смазкой рабочей поверхности сформированного изделия. Последнее позволяет локализовать нал! те смазки только в поверхностном слое, что меньше влияет на прочность материала и снижает расход смазки. В частности, одинаковый коэффициент трения контакта ЭДМ - резинотканевая лента обеспечивается при поглощении поверхностным слоем 8-мас.^ кремнийорганики и при 30 масЛ введении ее в состав композиции. Но, если в первом случае л»теря прочности ЭДМ не превышает 10%, то во втором случае достигает 30%.

Исследование температурно-времениьтх режимов пропитии ЭДМ кремнийорганической жидкостью показало, что поглощение смазки ЭДМ резко активизирует при воздействии 'температурного поля. При этом нагрев кремнийорганики и формируемого из ЭДМ изделия

или обоих компонентов одновременно практически не влияет на степень и скорость пропитки. Однако с позиций экономии энергозатрат оптимальной является совместимость процесса пропитки с процессом формирования изделия, т.е. выходом из формутацей головки, когда температура ЭДМ составляет 1Б0-1В0°С (рис. 21; Достигаемая в этом случае максимальная разность температур между ЭДМ и кремшйорганическсй жидкостью обеспечивает глубокую пропитку композита в течение I мин. Полученные закономерности были использованы при разработке технологии получения самосмазывающихсп опор скольжения. При этом увеличение глубины пропитки ЭДМ смазкой, а значит и стабильности триботехни-ческих характеристик при длительной эксплуатации,было достигнуто конструктивным путем - выполнением рифленой поверхности опори скольжения. При одинаковых режимах пропитки рифленая поверхность опоры скольжения (продольные пазы на поверхности трения глубиной 5 мм), позволяет проникнуть кремнийорганичес-кой жидкости на глубину 0-10 мм, тогда как на плоской поверхности этот показатель составляет всего 3-4 мм.

Применительно к условиям Среднеазиатского региона, где древесина является остродефицитным материалом, нами такте изучена возможность замены древесных частиц в экструзионных композитах отходами хлопкоперерабатывающэй промышленности (измельченные стебли хлопчатника (СШ и производства риса (рисовая лузга (РЛ)).

Результаты исследований подтверждают возможность применения СХ и РЛ в производстве экструзионных композитов на основе IIBX. При этом по своим физико-механическим свойствам исследованные композиты не уступают известным ЭДМ.

Сравнительные триботехнические испытания экструзионных композитов показали, однако, что замена древесных частиц отходами СХ и РЛ приводит к более высокому износу опор скольжения. Поэтому экструзионные композиты с исследованными наполнителями предпочтительно использовать при производстве изделий строительного назначения (плинтус, поручень, наличник).

Использование наполнителей различного растительного происхождения позволило определить влияние гидроксильннх групп (активность поверхности), пористости и структуры наполнителя на взаимодействие с 1ШХ. Результаты испытаний на модельных

трения f и йзносостойкость Э при трении ЭДМ в контакте с резинотканевой лентой.

Рис. 2. Влияние времени контакта 'С горячего ЭДМ с холодной кремниЕорганической жидкостью ПМС-200 на сорбцию смазки д \Л/ при различной разности температур дТ

образцах, получениях методом прессования (Т = 150°С, Р = 15 !Ша), представлены в табл. 2. Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

Активность поверхности наполнителя (наличие гидроксиль-ннх групп) не оказывает влияния на прочность наполненного ПВХ. На это указывает отсутствие корреляции между показателем сорбции влаги наполнителем (относительная влажность воздуха 6СЙ, время выдержки I час) и прочностью композитов.

Удельная поверхность наполнителя, обеспечивающая формирование межфазного слоя и способствующая затеканию полимера в поры частиц, непосредственно коррелирует с прочностью ЭДМ. При этом учитывается не исходная поверхность, а поверхность наполнителя непосредственно в ЭДМ. Этс связано с тем, что наполнители в зависимости от структуры и прочности по разному уплотняются в процессе переработки.

Древесина уплотняется меньше, чем СХ и РЛ при формировании ЭДМ, поэтому ее капиллярно-пористая система остается доступной для затекания полимера, что, но крайней мере механически, способствует улучшению адгезии между компонентами. Об этом свидетельствует и наиболее Низкий показатель плотности наполнителя в изделии.

Таким образом, капиллярно-пористая структура наполнителя и ее способность сохраняться в процессе формования обеспечивают улучшение прочностных свойств изделий и ЭДМ. Соответственно, и предварительная модификация наполнителей растительного происхозедения для повышения прочности композитов на основе ПВХ должна быть направлена не на создание активных групп, а на повышение пористости и упрочнения капиллярной структуры частиц. Последнее достигается, например, сушкой наполнителя.

Разработанный ЭДМ предназначен для длительной эксплуатации в опорах скольжения ленточных конвейеров, в том числе эксплуатирующихся на открытом воздухе. Поэтому представляло интерес оценить атмосферостойкость созданных композитов. Проведенные исследования показали, что снижение прочности композитов при. воздействии естественных климатических условий в течение 9 месяцев не превышает ¡3-15^. Наибольшее влияние на прочность ЭДМ оказывает температура. В частности, при

Некоторые свойства наполнителей и композитов на основе 1ЮХ

Наполнитель

Показатели

древесные стебли 'рисовая частицы хлопчат- лузга пика

Наполнители

О Плотность, г/см 0,55 0,41 ' 0,73

Средние размеры частиц, мм

- диаметр (с') 0,25 0,25 0,25

- длина (£ ) 1,2 6,0 6,0

Характеристическое отношение, . / 4,8 24,0 24,0

Расчетная удельная поверхность, 1СГ2 иг/г 3,2 4,0 2,2

Относительная активность поверхности наполнителя (сорбция влаги, мас.%) 3,5 4,6 3,2

Композиты

о Плотность, г/см 1,37 1,39 1,39

Прочность при сжатии, иШа

в направлении укладки наполнителя:

- параллельно В5 83 ' 71

- перпендикулярно 79 75 . 76

Плотность наполнителя в ком-

позите , г/а? 1,27 1,35 1,35

Расчетная удельная поверхность наполнителя в композите' хЮ"2 1,39 1,22 1,19

Содержание наполнителя, масД

- массовый 25,0 25,0 25,0

- объемный 26,9 25,5 25,7

нагреве композита до 50-60°С его прочность снижается вдвое. Последнее необходимо учитывать при эксплуатации конвейеров с опорами скольжения из ЭДМ на открытом воздухе в районах с жарким климатом.

Б табл. 3 представлены некоторые характеристики разработанных ЭДМ в сравнении с известными экструзионными материалами. Как видно из таблицы, разработанные композиты не уступают известным материалам, а по ряду характеристик, в частности, прочности и антифрикционным свойствам, превосходят их.

В четвертой главе приводятся сведения о расчете конструкции профиля (прочности) опор скольжения и технологии их получения.

С учетом реальных нагрузок, действующих на ленточных конвейерах (20-100 кг погонный метр ленты), и расстояний между опорами кронштейнов (50-200 см) был проведен расчет профиля опоры скольжения, обеспечивающий минимум 2-х кратный запас прочности ЭДМ. Результаты расчета свидетельствуют о том, что Л-образный профиль опоры шириной 5 см и толщиной стенок 1,5 см при расстоянии между опорами 200 см способен с указанным запасом прочности обеспечить работоспособность опор скольжения.

Выше было показано, что максимальная степень пропитки ЭДМ смазкой достигается при создании между композитам и смазкой разности температур порядка 140-160°С. Последнее можно осуществить, пропуская горячий экструдат через ванну с холодной смазкой. При этом происходит не только сорбция смазки, но и стабилизация размеров экструдируемого профиля.

Технология производства опор скольжения включает следующие операции: смешение компонентов ЭДМ в системе роторного типа (при этом сначала в смеситель ¿загружают фосфогипс и технологическую смазку и перемешивают смесь 3-5 миы, за-тим добавляют остальные компоненты и продолжают смешение еще 5-7 мин); экструдирование композиции при температурах (по зонам экструдера) 80-180°С и скорости вращения шнека 18-25 об/мин; пропускание горячего экструдата через ванну со смазочной средой (кремнийорганичесКой жидкостью).

Отличительной особенностью ванны;; является наличие в

Свойства разработанных композитов

'Известные Разработанные композиты композиты

Показатели --

ЭДМ Дарво-дре- рисо- стеб-(Бела- лит* вес- вал ли русь) (Бол- ные лузга хлоп-гария) части- чат-

цы ника

Состав композитов, мае.

пвх 45 55 45 45 45

Наполнитель 49 40 34 49 49

Фосфогипс - - 15 - -

Диоктилфталат 4,5 3 4 4,5 4,5

Технологические добавки 1,5 2 ■ 2 1,5 1,5

Свойства композитов

Плотность, кг/м^ Прочность, №1а

- при изгибе

- при сжатии

Ударная вязкость, кДж/м^

Бодопоглощение за сутки, %

Сорбция смазки, мас.%

Прочность после пропитки смазкоП, МПа

- при изгибе .

- фи сжатии

Триботехнические свойства при контакте с резинотканевой лентой (Р=0,8 МПа, I м/с)'

1250 1250 1350 1270 1270

30 28 33 26 28

31 40 35 28 30

6 5 6 5 6

12 7 7 9 12

7 - 7 3 5

23 25

■- коэффициент трения _п - износостойкость, х!0 а

0,2 0,5

Энергозатраты

Ток двигателя экструдера прл переработке композиции, А соотносительные энергозатраты при сорбции, усл.ед. I

30 32

0,2 0,4

30 0,1

38

37

- наполнитель•- древесная мука

ней резервуара с капиллярной, решеткой, обеспечивающего дозированное поступление смазки на горший экструдат. Часть смазки впитывается поверхностью - опоры, благодаря наличию микропор как в древесных частицах, так и в самом древеснопо-лимерном материале. Избыток разогревшейся в результате контакта с ЭДМ смазки через трубопровод поступает в сливную емкость и охлаждается в ней за счет помещения последней в ем-, кость с охлаждающей жидкостью, например, проточной водой. Ох-лавденная кремнийорганическая жидкость из сливной емкости через всасывающую и нагнетательную магистрали подается обратно в резервуар.

Объем жидкости, проходящей через капиллярную решетку в единицу времени, непосред;твенно связан с диаметром и длиной ее капилляров, а также высотой столба жидкости над ней, и кинематической вязкостью последней. Проведенные исследования показали, что дозированная подача кремнийорганической жидкости, обеспечивающая качественную пропитку ЭДМ, достигается для капилляров диаметром 2-3 мм и длиной 10-15 мм. Причем капилл^ная решетка выполняется плоской со стороны смазочной среды и в виде конусообразных выступов со стороны обрабатываемого изделия. Такое выполнение решетки исключает эффект "смачивания" близко расположенных капилляров и обеспечивает поступление смазочной среди на изделие в виле отдельных струек.

Предложенный способ и устройство в 5-6 раз повышают Производительность изготовления самосмазывающихся опор скольжения по отношению к традиционным методам, не требуют дополнительных энергозатрат на разогрев ЭДМ или смазки и позволяют зто делать за одну технологическую операцию.

В пятой главе приводится тепловой расчет ленточного конвейера на опорах скольжения.

ЭДМ и резинотканевая лента отличаются низкой теплопроводностью компонентов, что приводит к локализации выделяющегося при трении тепла и поверхностному разогреву материалов. Выше было установлено, что критической температурой для ЭДМ, вызывающей резкое падение аго прочности, является температура 50°С. В этой связи представляло интерес оценить

'влияние нагрузочно-скоростных параметров работы конвейера на разогрев опор скольжения.

Пусть конвейерная лента движется со скоростью V относительно опор скольжения. Область фрикционного контакта является многосвязной, состоящей из нескольких прямоугольников, ширина которых равна ширине отдельной опоры. Для упрощения последующего анализа примем область контакта односвяз-ной, что вполне допустимо из-за низкой теплопроводности контактирующих материалов. Ширина контакта в этом случае будет равна суммарной ширине опор скольжения в -средней горизонтальной части конвейра, т.е. наиболее нагруженной зоне. С учетом изложенного в качгство расчетной принимается следующая схема. Полупространство (конвейерная лента) движется относительно прямоугольного твердого тела размером Ь « Е (где Ь - ширина, £ - длина конвейера), При этом допускается три предположения: I) поверхность вне контакта принимается адиабатической, т.е. отсутствует теплообмен с окружающей средой; 2) не учитывается конечность конвейерной ленты и периодическое тепловое нагружениё ее участков; 3) рассматриваются только установившиеся температуры.

В результате принятых допущений получена следующая зависимость температуры от нагрузочно-скоростннх параметров работы конвейера:

¿Т. <,06 (1)

.К

где йТ- прирост температуры в зоне трения; Л , О - теплопроводность и температуропроводность ленты; С, V - длина и скорость конвейера; - коэффициент трения; Р - нагрузка на опоры скольжения.

Сопоставление расчетных значений нагрузки, полученных по формуле (I), с реальными показателями, возникающими на конвейерах производительностью 10-100 т/час и скоростью движения ленты до 1,5 м/с, свидетельствуют о том, что последние на порядок ниже расчетных, т.е. при эксплуатации реальных конвейеров выход из строя опор скольжения по причине разогрева в зоне трения наблюдаться не будет.

Шестая глава содержит сведения об,опытно-промышленной проверке и технико-экономической эффективности внедрения разработанных опор скольжения.

Испытания опор скольжения проводились в условиях литейного производства (Никопольский завод ферросплавов, Гомельский завод "Ценгролит", Ташкентский-тракторный завод),химического (Невинномысское ПО "Азот", Гомельский химический завод) и мукомольного (Курский опытный завод "Элеватормель-маш").

Анализ результатов испытаний на Никопольском заводе ферросплавов показал, что при длине конвейера 9 м и погонной нагрузке на ленту до 300-500 Н/м увеличениз потребляемой приводом конвейера мощности по сравнению с роликоопорами составляет всего З-Б^ и не превышает 2,0-2,3 кВт. • ■

Курским ошг ;ым заводом "Элеваторыельмаш" специально под опоры из сам-осмазывающегося ЭДМ разработан и изготовлен беэроликовый конвейер типа У21-ЕКБ, предназначенный для транспортировки мешков с мукой и другими продуктами. Испытания конвейера при скорости движения ленты 0,5 м/с и производительности 1800 мешков/час показали, что расход электроэнергии- не превышает 2 кВт/ч, а уровни шума от работы конвейера на расстоянии I м соответствуют санитарным нормам и существенно меньше, чег у роликовых конвейеров. Важным преимуществом опор скольжения по сравнению с роликоопорами является снижение запыленности рабочего места с 4 мг/м3 до 0,8-1,0 мг/м^, что обусловлено снижением вибрации Груза на конвейере.

Сравнительные испытания конвейеров позволили рассчитать экономический эффект от внедрения опор скольжения взамен ро-ликоопор. На одном конвейере У2Г-ШБ он составил 3,5 тыс. руб. По результатам испытаний конвейер У21-ЕКЕ рекомендован к серийному внедрению.

Испытание опор скольжения из ЭДМ на Невинномысском ПО "]Иот" при скорости скольжения ленты 0,8 м/с и производительности конвейера 300 т/смену (транспортировка аммиачной селитры) показано, что за полгода эксплуатации линейный износ опор составил 3-5 мм, а разбухание материала опоры под воздействием влаги не превышало

Таким образом, опытно-промышленная проверка опор скольжения из созданных самосмазкващихся ЭДМ позволяет рекомендовать их в машиностроении (черная и цветная металлургия, литейное производство), химической (производство минеральных удобрений'), пищевой (мукомольное и крупяное производство) и других отраслях хозяйства. По нагрузочно-скоростным режимам разработанные опоры скольжения целесообразно применять на конвейерах длиной до 40-50 м, скорости скольжения ленты порядка 0,5-1,5 м/с и производитеььности 10-100 т/час.

На Ветковском комбинате стройматериалов создано опытное производство самосмазывапцихоя ЭДМ и опор скольжения. На созданные композиты, технологию и устройство разработана необходимая нормативно-техническая документация.

' ОСНОЗРШЕ 13!{В0ДП

1. Разработаны экструзионные композиции дисперсных ПЙХ

и дрепес-гт чэстип, дополнительно содертаедив п качество функционального компонента 15-25 мас.'^ фосфогипса и способ).' но- . дифигдирспэния экстр,у(г,ата пропиточнили гладкостями, позволяющие получать материалы и изделия, реализующие эффект свмо-смазывания фрикционных сопряжений. Установлено, что в процессе червячной экструзия на поверхности экструдата формируется прет.ссодгапюршшваспчгИ) слой, обладающий псшюсмвдой на 20-2!:" твердостью, пропитка которого кремнийорганически-1.41 жидкостями обеспечивает устойчив,уи роботу педо.т'ит в узлах трения.

2. Исследованы флэигго-ыехакические и триботехнические свойства разработанных 3,':Д применительно к опорам скольжения ленточных конвейеров. Показано, что оптимальные характеристики пары трения ЭДМ - резинотканевая лента ( = 0,2-0,25, -3 = (0,4-0,0) • 10"®) достигаются при использования в качестве пропитывающих составов полиэтил- и полиметил-силоксановых жидкостей, имеющих показатель характеристической вязкости в пределах 100-300 сСт. Обнаружено образование на поверхности ЭДО в зоне трения тонких пленок, обладающих хорошими смазочными свойствами. Вероятно, причиной такого

процесса является взаимодействие радикалов, возникающих в результате действия на кремнийорганические молекулы силовых и тепловюс полей и активных центров на поверхности частиц древесного наполнителя.

3. Изучена эффективность пропитки ЭДМ кремнийоргани-ческими жидкостями. Показано, что глубина проникновения молекул кремнийоргашки в ЭДМ возрастает (на 50-80^), а время процесса уменьшается (в 1,5-2 раза) при создзнии разности температур в зоне пропитки порядка 130-160°С. Разработан способ и устройство, позволяющие без дополнительных энергозатрат осуществлять модифицирование ЭДМ в ходе процесса изготовления изделий.

4. Проанализированы основные факторы (нагрузочно-ско-ростные параметры, температура, атмосферные условия и др.), влияющие на работоспособность опор скольжения ленточных конвейеров. Показано, что надежная работа изделия обеспечивается при длине конвейера до 40-50 м и производительности до 100 т/час. Опытно-промышленная проверка разработанных . опор скольжения, проводимая в различных отраслях машиностроения (литейных производств, производство минеральных удобрений, пищевых продуктов и др.). подтвердила полученные результаты

и позволила определить области рационального использования.

5. Рассмотрена возможность замены древесного наполнителя в экструзионннх композициях на измельченные стебли хлопчатника и рисовую лузгу. Показано, что прочностные характеристики получаемых композитов не уступают материалам, содержащим древесные частицы, но обладают повышенными абразивными свойствами. При этом не обнаружено прямой связи между содержанием активных групп (в частности, гидроксильных) на поверхности лигноцеллюлозных наполнителей и прочностью композитов на основе ПВХ. Предложено использовать измельченные стебли хлопчатника и рисовую лузгу в качестве наполнителей ПВХ для производства экструзионных погонажных изделий строительного назначения.

6. Разработана нормативно-технологическая документация и организовано опытное производство опор скольжения из ЭДМ на комбинате стройматериалов (г.Ветка). На базе новых опор скольжения с ятшим участием разработан типовой конвейер

' У21-ЕКБ, результаты испытаний которого позволили рекомендовать его для серийного изготовления. Экономический эффект от замены роликоопор на опоры скольжения составляет 3,5 тыс. рублей, а экономия металла достигает 130 кг на один конвейер.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Нупчинов Б.И., Ермаков С.Ф., Пирназаров Р.Я. Роль синтетических модификаторов в механизме самосмазывания экст-рузионных древеснополимерных материалов // Труды УП Симпозиума по модификации тревесины. Познань, ПНР. - 1989. -С. 125-136.

2. Купчинов Б.И., Ермаков С.Ф., Пирназаров Р.Я. Экструзион-ные древеснополимэрные материалы для узлов трения ленточных конвейеров. - В кн.: Композиционные материалы в ма иностроении. Тернополь, 1989. - С. 136-137.

3. Пирназаров Р.Я. Древеснополимерные материалы для узлов трения транспортирующих устройств. - В кн.: Достижения науки и техники в области ресурсосбережения и экологии. Гомель, 1989. С. Ь4. '

4. Немогай Н.В., Нупчинов Б.И., ПирназароЕ Р.Я. и др. К вопт росу применения длинномерных древеснополимерных опер скольжения в конвейерных механизмах. - В кн.: Применение композиционных материалов в машиностроении. Мн., 1988.

С. ПЗ-П4.

Ь. Купчинов Б.И., Ермаков С.Ф., Пирназаров Р.Я. Влияние кремнийорганических модификаторов на самосмазывающиеся свойство древеснополимерных материалов.// Трение и,износ, 1991. Т. ХЛ, ® I. С. СЗ-71.

•6. Пирназаров Р.Я., Немогай Н.Б., Купчинов Б.И. Исследование триботехнических свойств длинномерных опор скольжения из укструзионных древесных пластиков.// Вестник машиностроения, 1992, Г» 6-7. С. 20-23. 7. Пирназаров Р.Я. Древеснополимерные материалы Для узлоп трения транспортирующих устройств. - 3 кн.: Тизика и механика «оппозиционных материалов на основе полимеров. Гомель, 1989. С. 29.

8. Купчинов Б.И., Пирназаров Р.Я. Ресурсосберегающая экст-рузионная технология получения древеснополимерных опор скольжения на примере ленточных конвейеров. - В кн.: Ученые и специалисты - в решении социально-экономических проблем страны. Ташкент, 1990. С. 260-261.

9. Пирназаров Р.Я. Разработка и исследование древеенополи-мерных направляющих скольжения из древеснополимерных композитов. - В кн.: Физика и механика композиционных материалов на основе полимеров. Гомель, 1990. С. 131— 132.

10. Купчинов Б.И., Немогай Н.В., Пирназаров Р.Я. Разработка и исследование длинномерных направляющих скольжения из древеснополимерных композитов. - В кн.: Модификация древесины. Мн., 1990. С. 95.

11. Пирназаров Р.Я., Мельников С.Ф. Исследование возможности применения отходов переработки хлопна и риса при производстве экструзионных материалов // Труды УШ Симпозиума "Древеснополимерные композиционные материалы и изделия", Гомель, 1991. С. 55-56.

12. Купчинов Б.И., Шаповалов В.М., Губкин В.И., Пирназаров Б.Я. Экструзия композиционных материалов на основе древесных отходов и термопластичных полимеров. - В кн.: Ученые и специалисты - в решении социально-экономических проблем страны. Ташкент, 1991. С. 251.

13. Купчинов Б.И., Пирназаров Р.Я., Ермаков С.Ф. и д^. Исследование триботехнических свойств экструзионных древеснополимерных материалов, модифицированных минеральными и синтетическими модификаторами. - В кн.:. Износостойкость машин. Брянск, 1991. С. 119.

14. Пирназаров Р.Я. Исследование триботехнических свойств экструзионных древеснополимерных материалов // Труды УП Симпозиума "Древеснополимерные композиционные материалы и изделия". Гомель, 1991. С. 50.

15. Пирназаров Р.Я., Шаповалов В.М., Мельников С.Ф. Экстру-зионная переработка ПВХ, наполненного отходами стеблей хлопчатника и рисовой лузги. - В кн.: Ученые и специалисты - в решении социально-экономических проблем страны. Таи'хент, 1992. С.

16. Купчинов Б.И., Барсуков В.Г., Худая H.A., Пирназаров

Р.Я. Расчет и конструирование опор скольжения ленточных конвейеров. - В кн.: Применение композиционных материалов в народном хозяйстве.

17. Корочкина Т.В., Пирназаров Р.Я,, Немогай Н.В., Купчинов Б.И.//Весц1 АН Б. Сер. фтз.-тэхн. навук. 1991, №4.

С. 33-37.

18. Дробышевский В.Н., Рнскулов A.A., Пирназаров Р.Я. Трибо-технические характеристики металлополимера на основе по-либутилентерефталата. //Грение и износ, 1991. Т. У, № 5. С. 935-937.

19. Шаповалов В.М., Пирназэоов Р.Я., Губкин В.И., Кудин C.B. Управление эксплуатационнши свойствами изделий из экст-рузионных древопластиков с помощью функциональных,покрытий, ßecqi АН Б. Сер. фгз.-тэхн. навук.1992. (в печати).

20. Купчинов Б.И., Шаповалов В.М., Пирназаров Р.Я., Лапшина Е.М. Технология композиционных отделочных материалов из лигноцеллшозных волокон и термопластов//Строительство и архитектура. 1992. № 4. С. 21.

21. Купчиков Б.И., Шаповалов В.М., Пирназаров Р.Я., Кудин C.B. Влияние состава древеснополимерного ПВХ на его реологические и физико-механические характеристики. Весц1 АН Б. (Б печати).

22. A.c. СССР № I5772II. Способ получения экструзионних древе сно полимерных изделий и устройство для его осуществления / Купчинов Б.И., Ермаков С.Ф., Шаповалов Ü.M., Барсуков В.Г., Пирназаров Р.Я.

23. Решение на выдачу а.с. по заявке № 4684479. Способ получения экструзионных изделий из древеснополимерной композиции / Шаповалов В.М., Пирназаров Р.Я., Купчинов Б.И.,

• Савицкий В.Н., Барсуков В.Г., Ермаков С.Ф. 199Г/02.