ПОЛИМЕРЫ В СУДОСТРОЕНИИ И СУДОРЕМОНТЕ

фосфора в сочетании с любыми другими элементами трудно получить чугун с повышенной износостойкостью, т.к. это приводит к уменьшению вязкой фазы (эвтектоида) и увеличению хрупких составляющих (цементита и фосфидной эвтектики).

На основании проведённых исследований было установлено, что для лазерного упрочнения ПК с целью получения заданных физико-механических свойств слоям ЗЛВ, предпочтительно применять чугуны следующего химического состава:

ПК - С (3,0-3,2) %, Mn (0,8-0,95) %, Cr (0,2-0,3) %, Ni > 0,8 %, Si (1,75-2,2) %, Р < 0,5 %, S < 0,09 %.

Список литературы:

[1] Глебов В.В., Прохоров И.И. Лазерная обработка поверхности чугуна с целью его упрочнения. Сб. статей «Управление строением отливок и слитков», 1992.-С. 12-18.

[2] Григорянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1989. -304 с.

[3] Дубняков В.Н., Кащук О.Л. Соотношение между количественными характеристиками микроструктуры и износостойкостью серого чугуна, упрочнённого лазерным излучением /УМиТОМ, 1986, № 9. - С. 40.

[4] Левченко А.А., Гананко И.А., Гуйва Ф.Т. и др. Лазерное упрочнение высокопрочных чугу-нов // Фих. и химия обработки материалов. - 1987. № 1, С. 62-68.

STUDY ON EFFECTS OF CHEMICAL ELEMENTS PROPERTIES OF DUCTILE IRON PISTON RINGSSHIP MEDIUM-SPEED DIESELS, THE LASER-TREATED

S.S. Kazakov

The results of studies ofpiston rings the processed laser. The character of the distribution of chemical elements in cast iron piston rings, defined by their effect on the micro-hardness and wear resistance.

УДК 629.5:678

В.А. Орехво, канд. техн. наук, доцент ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

ПОЛИМЕРЫ В СУДОСТРОЕНИИ И СУДОРЕМОНТЕ

Рассмотрены вопросы восстановления деталей судовых машин и механизмов с использованием полимерных материалов в судостроении и судоремонтном производстве.

Ключевые слова: полимеры, эпоксидные компаунды, судовые детали, восстановление, ремонт

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов - звеньев, соединенных в цепочки химическими связями, в количестве, достаточном для возникновения специфических свойств. К специфическим свойствам следует отнести следующие способности: способность к значительным механическим обратимым высокоэластическим деформациям; к образованию анизотропных структур; к образованию высоковязких растворов

при взаимодействии с растворителем; к резкому изменению свойств при добавлении ничтожных добавок низкомолекулярных веществ.

Приведенные физико-химические особенности можно объяснить исходя из представления о строении полимеров. Говоря о строении, следует подразумевать элементный состав вещества, порядок связи атомов, природу связей, наличие межмолекулярных взаимодействий. Характерным для полимеров является наличие длинных цепных молекул с резким различием характера связей вдоль цепи и между цепями. Особенно следует отметить, что нет изолированных цепных молекул. Молекула полимера всегда находится во взаимодействии с окружающей средой, могущей иметь как полимерный характер (случай чистого полимера), так и характер обычной жидкости (разбавленные растворы полимеров). Поэтому для характеристики полимера не достаточно указания типа связей вдоль цепи - необходимо еще иметь сведения о природе межмолекулярного взаимодействия. Следует иметь в виду, что характерные свойства полимеров могут быть реализованы только тогда, когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия любого происхождения. Именно в этом и состоит основная особенность строения полимерных тел. Поэтому можно утверждать, что весь комплекс аномальных свойств полимеров определяется наличием линейных цепных молекул с относительно слабым межмолекулярным взаимодействием. Разветвление этих молекул или соединение их в сетку вносит некоторые изменения в комплекс свойств, но не меняет положения дел по существу до тех пор, пока остаются достаточно длинные цепные линейные отрезки. Напротив, утрата цепного строения молекул при образовании из них глобул или густых сеток приводит к полной утрате всего комплекса характерных для полимеров свойств.

Следствием выше указанного является возникновение гибкости цепной молекулы. Она заключается в её способность изменять форму под влиянием теплового движения звеньев или внешнего поля, в которое помещен полимер. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. В реальных молекулах полимеров валентные углы имеют вполне определённую величину, а звенья расположены не произвольно, и положение каждого последующего звена оказывается зависимым от положения предыдущего. Полимеры, у которых наблюдаются достаточно интенсивные крутильные колебания, называются гибкоцепными, а полимеры, у которых повороты одной части цепи относительно другой затруднены -жесткоцепными.

Таким образом: полимеры - химические соединения, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.

Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные, анизотропные, высокоориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в

не закристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.

Не закристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах.

Некоторые свойства полимеров, например растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.

Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.

Одни, считают, что основная роль в упрочнении, или усилении, полимеров принадлежит физическим силам (трения и давления) на границе раздела полимер-наполнитель, которые и определяют свойства композиции. Откуда же возникают силы трения и давления? По мнению ученых, они появляются вследствие разницы в усадке полимера и наполнителя при отверждении, в результате чего частицы наполнителя оказываются прочно закрепленными в полимерной матрице.

Такая точка зрения отводит весьма незначительную роль адгезии полимера к поверхности наполнителя и отрицает возможность образования химических связей между связующим и наполнителем. Часто сторонников «физического» подхода спрашивают: как же тогда объяснить роль аппретов, существенно улучшающих контакт между матрицей и армирующей добавкой и тем самым способствующих усилению полимеров? Основная роль аппретов сводится не к образованию химических связей между матрицей и армирующей добавкой, а к улучшению смачиваемости наполнителя полимером, к снижению напряжений, возникающих на границе раздела, и т.д. Сторонники «химического» подхода обосновывают, что основную роль в механизме усиления играет адгезия полимера к поверхности наполнителя. Доводы этих ученых, к которым относилось большинство советских специалистов, представляются весьма убедительными.

Судоремонтным заводам всего мира хорошо известны полимерные материалы, различные эпоксидные компаунды, металлополимеры, применяемые при строительстве и ремонте кораблей, яхт и катеров. Ремонтная система, как правило, включает полный набор материалов, которые могут потребоваться для восстановления поверхности металлических, пластиковых корпусов, а также разнообразного судового оборудования, детали которого подвергаются износу в процессе эксплуатации. В состав этих материалов входят эпоксидные смолы, обладающие высокими механическими свойствами, и некоторые виды наполнителей, различные виды герметиков, синтетических клеев, что позволяет эффективно восстанавливать работоспособность изношенных элементов, а также защищать их при дальнейшей эксплуатации.

В последние годы несколько изменилась функция полимерных материалов в любой отрасли. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки.

Полимерные вещества внедрились во все сферы человеческой деятельности -технику, машиностроение, судоремонт, судостроение. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные мате-

риалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы. Некоторые полимеры обладают высокой стойкостью к низким температурам, другие - водоотталкивающими свойствами и так далее.

Полимерные материалы (конструкционные, теплоизоляционные, отделочные, клеевые, герметизирующие и др.) на морском и речном транспорте применяют главным образом для судоремонта. При этом существенно улучшается качество, повышается эффективность и сокращается период ремонтных работ, увеличиваются сроки службы судового оборудования, деталей и механизмов и улучшается техническое обслуживание флота. При механомонтажных работах широко используют эпоксидные и полиэфирные смолы, детали судового машиностроения и каютного оборудования изготовляют из полиамида. Весьма эффективно применение пенопластов для теплоизоляции и восстановления деталей судовых устройств, механизмов и оборудования, а также синтетических смол для технологических и ремонтно-эксплуатационных нужд.

Металлополимеры - это различные, от паст и гелей до легкотекучих композиций, ремонтные составы на основе специальных, модифицированных физико-химическим способом эпоксидных смол, наполненных многокомпонентным наполнителем из металлических, керамических и минеральных частиц, придающих требуемые физико-технологические свойства металлополимерам: высокую механическую прочность и адгезию к различным металлам (в том числе чугуну, нержавеющей стали, цветным металлам и т.д.), дереву, стеклу, бетону, керамике, пластмассам (текстолит, стеклопластик и т.п.), сохраняемые при длительной эксплуатации в водяной, масляной, химически активной среде, при высоких (до 200 °С) температурах и давлении (до 250 кг/см2).

Металлополимеры обладают повышенной стойкостью к механическому, коррозионному, эрозионному и кавитационному износу, воздействию различных кислот и щелочей.

Металлополимеры просты в применении. Это составы «холодного» отверждения, после которого могут подвергаться любой механической обработке наряду с металлами: точению, фрезерованию, строганию и т.п.

К наиболее распространенным и эффективным видам восстановительных работ с использованием металлополимерных композиций можно отнести ремонт судовых машин и механизмов (электродвигателей, двигателей внутреннего сгорания, водяных и масляных насосов, на ремонт поверхностей гребных винтов, перьев рулей и направляющих насадок гребных винтов, насосного оборудования и трубопроводов, валопро-водов, теплообменных аппаратов, топливных и масляных цистерн, цистерн питьевой воды, донно-забортной арматуры, корпусов насосов, компрессоров, редукторов и т.д.).

Типовые примеры использования различных синтетичеких и металлокомпозит-ных материалов.

Рис. 1. Уплотнение резьбового соединения анаэробным герметиков

Рис. 2. Фиксация резьбовой пары анаэробным герметиком

Рис. 3. Герметизация трубок теплообменных Рис. 4. Беззазорная герметизация жесткого

аппаратов

фланцевого соединения

Рис. 5. Муфтовое соединение 2-х труб анаэробным герметиком

Рис. 6. Усиление анаэробным составом муфты, передающей крутящий момент

Рис. 7. Устранение повреждений корпуса

Рис. 8. Восстановление посадочного места подшипника

Рис. 9. Восстановление изношенного цилиндрического вала

Рис. 10. Восстановление изношенной шпоночной канавки

I |.111есемме продута с До ремонта шбыгкоч Чистова* обработка

Рис. 11. Восстановление геометрии фланца

Рис. 12. «Крышки теплообменного аппарата системы охлаждения главного судового двигателя»

Дефекты:

- глубокая коррозия внутренних поверхностей крышек теплообменного аппарата.

Технологическая схема ремонта:

- секции теплообменного аппарата были подвергнуты тщательной механической очистке, пескоструйной обработке и обезжирены составом Devcon Fast Cleaner 2000;

- разрушенные участки секций были восстановлены с помощью приваренных металлических сегментов и пасты Devcon Titanium HP;

- все внутренние поверхности были покрыты составом Devcon Brushable Ceramic Blue.

Продукция «DEVCON» для аварийных ремонтных работ позволяет ускорить проведение операций и повысить их надёжность. Эти составы удобны в применении, идеально подходят для самых разных материалов (при минимальной подготовке поверхности), что позволяет возобновлять эксплуатацию оборудования без продолжительных простоев.

Современные составы для изготовления оснастки и форм, предлагаемые «DEVCON» - это быстрое и экономичное решение, востребованное производителями инструмента, моделей и форм. Продукты «DEVCON» поддаются механической обработке, сверлению и нарезанию резьбы, а их превосходные характеристики текучести делают возможным точное и детальное воссоздание посредством литья поверх существующих компонентов.

«DEVCON» выпускает обширный ассортимент эпоксидных клеев, отличающихся друг от друга по показателям вязкости, жизнеспособности, времени «схватывания» и времени отверждения, и пригодных для самых разных областей. Многие виды клеёв характеризуются жёсткостью, быстрым отверждением и превосходной устойчивостью к воздействию химикатов.

Составы метакрилатных клеев «DEVCON» разрабатывались специально для «проблемных» конструкционных пластмасс, новейших композитов, редких металлов и других материалов, с трудом поддающихся склеиванию. Применение данных клеев позволяет получить прочную и гибкую склейку при минимальной подготовке поверхности (или вообще без нее). Составы быстро отверждаются при комнатной температуре, обеспечивая исключительно высокие показатели физической прочности и устойчивости к воздействию окружающей среды.

Ассортимент материалов «DEVCON» дополняется разнообразными вспомогательными материалами и оборудованием, предназначенным для повышения эффективности.

Рис. 13. Цианоакрилатный, однокомпонентный, быстродействующий клей пониженной вязкости Loctite 480

Чёрный, упрочнённый резиновым наполнителем. Для склеивания металла с металлом и металла с резиной; особенно подходит в тех случаях, когда требуется высокая прочность на отслаивание и имеют место ударные нагрузки

Рис. 14. Противозадирная смазка с высокой стойкостью к вымыванию Loctite 8023

Защита соединений, подвергающихся прямому или косвенному воздействию пресной или соленой воды, или работающих в условиях высокой влажности. Применяется для болтов, винтов, штифтов, соединений труб, муфт, валов, втулок, шпонок, цепей и тросов.

Температурный диапазон применения: от -30°С до +131°С.

Рис. 15. Эпоксидная система с керамическим наполнителем Loctite 7227

Позволяет создать очень гладкую глянцевую поверхность, обеспечивая покрытие с низким трением, дающее защиту от абразивных материалов и кавитации, а также позволяющее снизить турбулентность. Применяется при ремонте теплообменных аппаратов и облицовке баков, как защитная поверхность от кавитации для судовых винтов.

Рис. 16. Уплотнитель - прокладка Loctite 5923

Для формирования прокладки по месту установки или покрытия существующей прокладки. Медленно сохнет и после испарения растворителя образует мягкую, липкую пленку. Используется для герметизации деталей с небольшим зазором, обработанных поверхностей и резьбовых соединений примененяемая в главных судовых дизелях морского и речного флота.

При использовании металлополимеров не следует полностью заменять остальные методы ремонтно-восстановительных работ: сварку, наплавку и т.п., а постараться определить те области, где применение металлополимеров будет наиболее эффективным, простым и надежным, а применение других методов чаще всего невозможно. При этом следует создавать благоприятные условия работы металлополимеров в восстановленной детали: выбирать наиболее оптимальную схему ремонта, тщательно соблюдать технологические рекомендации при подготовке ремонтируемой поверхности и т.д.

Применение полимеров позволяет повысить эффективность судоремонтного про-изводства,снизить трудоемкость демонтажных и разборочных работ и использовать современные энерго и ресурсосберегающие технологии.

Список литературы:

[1] Курников А.С. Технология судоремонта: курс лекций/ А.С. Курников, В.А. Орехво, С.Ю. Ефремов. - Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2008. - 240 с.

[2] Интернет-ресурсы «Судостроение и судоремонт» http://shipbuilding.ucoz.ru.

THE POLYMER IN THE SHIPBUILDING AND SHIP REPAIR

V.A. Orehvo

The problems of the restoration of parts of ship machinery and equipment with the use of polymer materials in the shipbuilding and ship repair industry.

УДК 627.1.004.55:665.61

Р.В. Пырков, студент ФБОУ ВПО «ВГАВТ» Ю.И. Матвеев, доктор техн. наук, профессор ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД НА СУДАХ МОРСКОГО ФЛОТА

Рассмотрены перспективные методы очистки нефтесодержащих вод на судах морского флота.

Ключевые слова: нефтесодержащие воды, морской транспорт, очистка, льяльные воды, мембранно-вихревой фильтр.

Очистка нефтесодержащих вод на морском транспорте относится к числу наиболее актуальных задач, решение которой непосредственно связано с надежностью технической эксплуатации судового оборудования, а также с охраной окружающей среды от загрязнения сточными нефтесодержащими водами, особенно в прибрежных районах при судоходстве и деятельности береговых предприятий.

На морском транспорте для очистки нефтесодержащих вод получили распространение сепарационные установки отстойно-коалесцентного типа. Однако это простое и достаточное эффективное оборудование оказалось практически непригодным, когда на морских судах стали использовать тяжелые сорта жидкого топлива с относительной плотностью 0,95-0,98 кг/см3. Нефтеводяная смесь, содержащая такие углеводороды в эмульгированом состояние, не разделяются гравитацией даже при нагреве. Поэтому дочистить воду после коалесцентной обработки можно лишь фильтрованием её через нефтеёмкий пористый материал. Отсюда эффективность очистки льяльных вод зависит в большей степени от человеческого фактора, вызнанного экономией финансовых средств на закупку запасных фильтроэлементов и трудовых ресурсов на выполнение ремонтных работ.

Анализ современных судовых технических средств очистки льяльных вод показал, что выбор технологии очистки льяльных вод и приемов её реализации являются не всегда обоснованными, а, следовательно, и неэффективными. Причиной этого является отсутствие достаточных знаний о структуре и свойствах воды как жидкости и капельных нефтепродуктов в ней.