Физико-химическое воздействие ультразвука в технологии резин

— выход из строя объектов по вине топливной аппаратуры не зафиксирован;

— цикловая подача серийных плунжерных пар снизилась на 12— 18 %, а прошедших электрохимикомеханическую обработку на 7—10 %;

— осмотр рабочих поверхностей плунжерных пар прошедших эксплуатационные испытания показал наличие не значительных следов износа в зонах характерных для плунжерных пар. Причем износ плунжерных пар, прошедших ЭХМО меньше чем у серийных.

В результате проделанной работы, проведенных исследований:

1. Подтвердилось гипотетическое предположение о возможности использования электрохимикомеханической обработки для восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления.

2. Разработанная технологическая модель является достоверной и может служить основой для создания технологических процессов восстановления прецизионных пар способом электрохимикомеханической обработки.

3. Точное соблюдение требований, изложенных в технологическом процессе, и соблюдение последовательности операций позволяет восстановить геометрические размеры и технические характеристики изношенных плунжерных пар до состояния новых серийных.

4. В результате проведенных ускоренных стендовых и эксплуатационных испытаний было установлено, что ресурс восстановленных плунжерных пар увеличен на 15 — 20 % по сравнению с серийными за счет повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

Библиографический список

1. Макаренко, Н. Г. Электрохимическое упрочнение и восстановление деталей трибосистем / Н. Г. Макаренко // Омский научный вестник. — Омск, 2004. — 250 с.

2. Пат. 2277704 Российская Федерация, МПК С0Ш 3/56. Способ и устройство восстановления плунжерной пары топливного насоса / Макаренко Н. Г., Головаш А. Н., Коса-ренко Р. И., Доровских Е. В., Макаренко А. Н. Заявитель и патентообладатель ООО Опытно-механический завод Центра «Транспорт». — № 2005100892 ; заявл. 17.01.2005 ; опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16. - 11 с.

МОЗГОВОЙ Иван Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Химическая технология органических веществ» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

МАКАРЕНКО Николай Григорьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), докторант кафедры «Химическая технология органических веществ» ОмГТУ.

ДОРОВСКИХ Евгений Викторович, аспирант кафедры «Химическая технология органических веществ» ОмГТУ.

КУРИННОЙ Максим Валерьевич, начальник 100 военного представительства МО РФ.

Адрес для переписки: <ЗогоУ5к1Ь2004@таЦ.ш

Статья поступила в редакцию 22.11.2011 г.

© И. В. Мозговой, Н. Г. Макаренко, Е. В. Доровских,

М. В. Куринной

УДК 544:534.8:678 И. В

Е. В

Е. И

Омский государственный технический университет

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ТЕХНОЛОГИИ РЕЗИН_______________________________

Физико-химическое воздействие ультразвука на соединение сырых и вулканизованных резин позволяет улучшить качество соединения за счет улучшения физико-химических свойств соединительного элемента — резинового клея.

Ключевые слова: резиновый клей, ультразвуковая обработка, диффузионные процессы, вязкость резинового клея, молекулярная масса резиновой смеси.

Соединение сырых и вулканизованных резин в основном применяется в шинной промышленности, а также в шиноремонтном обслуживании. Тенденция развития шиноремонта началась ещё в XX веке у нас в стране и за рубежом и существует эта тенденция по сей день. Вследствие того, что он устраняет несоответствие между долговечностью каркаса и быстрым износом протектора покрышки [1], продляя срок службы последней и, в конечном итоге, позволяет снизить расходы на сырье, топливо и энергию.

При этом ощутимую выгоду от ремонта можно получить лишь в том случае, когда пробег шин значителен и соизмерим с пробегом новых.

К ремонту шин приводит низкая прочность соединения, полученного между новым протектором и отшерахованной поверхностью покрышки, так как основным дефектом выхода покрышек из эксплуатации является отслоение вновь наложенного протектора [2]. Отслоение вновь наложенного протектора происходит из-за того, что соединительный эле-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012

мент протектора с покрышкой — резиновый клей — имеет немного повышенную вязкость, которая препятствует полной диффузии на границе раздела фаз сырая резина-вулканизат, и вследствие этого прочность соединения не столь высока.

Поэтому перед нами стояла задача улучшить физико-химические свойства резинового клея — понизить вязкость для того, чтобы повысить прочность соединяемых деталей.

Решение поставленной задачи достигалось ультразвуковой обработкой резинового клея перед его нанесением на поверхность соединяемых деталей. Ультразвуковая обработка раствора клея способствовала протеканию физико-химических процессов, в результате которых изменялись не только вязкость, но и молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, полидисперсность и другие характеристики каучука, входящего в состав клея.

Возможность химического превращения молекул под действием ультразвука отмечалось рядом исследователей [3-5]. Наряду с этим, в настоящее время имеется большое количество работ наших и зарубежных авторов [6, 7-11], посвященных вопросам увеличения прочности клеевого соединения под действием ультразвука. Однако увеличение прочности соединений под действием ультразвука объясняли физическими явлениями, протекающими в адгезиве (резиновый клей) при его озвучивании (нагревом адгезива [7]; увеличением подвижности макромолекул и их сегментов; ускорением процессов диффузии, а также уплотнением молекул полимера, вызванного большими локальными давлениями и разряжениями от ультразвуковых колебаний [9], дегазацией и улучшением структуры клеевого шва [8], удалением влаги и максимальной ориентацией активных центров молекул адгезива и субстрата [10] и др.) без учета химического воздействия ультразвука и присутствующих при этом веществ на макромолекулы полимера.

Полагая, что повышение прочности соединений под действием ультразвука происходит только благодаря физическим эффектам, возникающим при этом, ряд авторов [6, 8] необоснованно отказываются от схемы предварительного воздействия ультразвуковыми колебаниями на адгезив перед нанесением его на соединение детали, с использованием постэффекта, хотя она является наиболее рациональной в технологическом отношении [9], так как непосредственное получение соединения происходит на имеющемся оборудовании без значительного изменения технологии.

Нами были получены предварительные экспериментальные данные, согласно которым ультразвуковая обработка резинового клея под избыточным давлением воздуха повышает прочность соединения сырых и вулканизованных резин, и тем больше, чем больше степень деструктурирующего действия ультразвука на каучук [3]. Этот экспериментальный факт нельзя объяснить физическим явлением ультразвука на раствор клея, так как существует давно сложившееся мнение химиков [12, 13], что с понижением молекулярной массы связующего прочность крепления выполненная этим связующим падает.

Понять причины повышения прочности соединения сырой и вулканизованной резины с позиций существующих представлений о воздействии ультразвука на растворы полимера не представлялось возможным. Поэтому в работе был сделан физико-химический подход к проблеме влияния ультразвука на адгезив, согласно которому физическое воздей-

ГАЗ

Рис. 1. Ультразвуковая ванна для обработки жидкостных сред:

1 — преобразователь магнитострикционного типа,

2 — концентратор-волновод, 3 — рабочая камера,

4 — водоохлаждаемая рубашка, 5 — крышка

ствие ультразвука, включающее в себя деструкцию каучука и, как следствие, снижение вязкости и энергии поверхностного натяжения адгезива, дегазацию раствора, диспергирование ингредиентов в нем и т.д., рассматривается наряду с химическим, в результате которого меняется структура макромолекул и их химическая активность при следующих реакциях.

Для изучения воздействия ультразвука на растворы натурального каучука и резиновой смеси на основе натурального каучука их подвергали ультразвуковой обработке в ванне, показанной на рис. 1.

Изменение вязкости г| в зависимости от времени ультразвуковой обработки ту и избыточного давления газовой среды над поверхностью обрабатываемого клея Р показано на рис. 2 и 3.

Из приведенных графиков видно, что с увеличением времени ультразвуковой обработки вязкость резинового клея падает, причем ёц/ёту имеет наибольшее значение в начальный момент обработки, затем снижается и стремиться к нулю при большом времени воздействия ультразвука (более 15-20 мин). При этом для каждого Р существует своя установившаяся вязкость г| . , которая с увеличением т более

'Ш1П' * •> у

15-20 мин изменяется незначительно.

Наиболее эффективным с точки зрения снижения вязкости клея является избыточное давление воздуха в ультразвуковой рабочей камере, равное 0,250,35 МПа так при этом достигалась наименьшая вязкость раствора при равных прочих условиях обработки (время обработки ту, интенсивность ультразвука и др.). По-видимому, это давление соответствует наибольшей степени кавитирующего воздействия ультразвука при данной исходной вязкости резинового клея. При снижении или увеличении давления в камере наблюдается уменьшение скорости снижения вязкости и даже возможно увеличение вязкости в процессе обработки клея в условиях вакуума (кривая 1, рис. 2).

При ультразвуковой обработке резинового клея в различных газовых средах было установлено, что приданном постоянном давлении в ультразвуковой рабочей камере вязкость клея после обработки зависит от рода среды, с помощью которой создается давление в камере (рис. 4). Наибольшее снижение вязкости наблюдалось при обработке в среде кислорода и наименьшее — в среде инертного газа, аргона. Эти исследования показали, что ультразвуко-

^.иии

Рис. 2. Зависимость вязкости клея ^ от времени ультразвуковой обработки ху при различных значениях избыточного давления Р в ультразвуковой рабочей камере:

1 — 10-1мм Нд; 2 — 0; 3 — 0,1 МПа;

4 — 0,55 МПа; 5 — 0,45 МПа

Р, МПа

Рис. 3. Зависимость вязкости клея ^ от избыточного давления в ультразвуковой рабочей камере Р при различных значениях продолжительности ультразвуковой обработки ту 1 — 2 мин; 2 — 6 мин; 3 — 10 мин; 4 — 20 мин

вое воздействие на растворы клеев носят не чисто физический характер, но и связан с химическими превращениями каучука, деструкцией и его взаимодействием при обработке с низкомолекулярными продуктами, в частности, с молекулами растворенного в клее газа.

Известно, что наиболее легко происходит такое взаимодействие с молекулами кислорода, поэтому в кислородной среде уменьшается вероятность рекомбинации микрорадикалов, находящихся в озвученном растворе, и достигается при этом наибольший эффект деструкции.

Таким образом, при озвучивании клея протекают физические и химические процессы, которые имеют взаимосвязь, при этом наибольшая степень ультразвукового воздействия на раствор наблюдается при давлении в рабочей камере 0,25 — 0,35 МПа, создаваемом кислородом.

Заключение

В результате изучения физико-химического воздействия ультразвука на растворы натурального каучука и резинового клея было установлено:

1. Физическое воздействие ультразвука на растворы натурального каучука и резинового клея на основе натурального каучука заключается в диспергирующем действии ультразвука на ингредиенты клеевой резиновой смеси и деструкции макромоле-

Рис. 4. Зависимость вязкости клея от времени ультразвуковой обработки Ту при избыточном давлении в ультразвуковой рабочей камере 0,3 МПа, создаваемом: 1 — аргоном; 2 — воздухом; 3 — кислородом

кул каучука, в результате которых снижается вязкость растворов.

2. Степень снижения вязкости зависит от рода среды, которой создают давление в ультразвуковой камере и от избыточного давления среды. При ультразвуковой обработке резинового клея под давлением кислорода 0,25 — 0,35 МПа скорость и степень снижения вязкости наибольшая.

Библиографический список

1. Вострокрутов, Е. Г. Восстановительный ремонт шин / Е. Г. Вострокрутов [и др.]. — М. : Химия, 1974. — 392 с.

2. Шевченко, Ю. Г. Особенности крепления резиновых смесей к вулканизованной подложке / Ю. Г. Шевченко, Г. Е. Олейник // Производство шин, РТИ и АТИ. — М. : ЦНИИТЗнефтехим, 1980. - № 10. - С. 3-5.

3. Берлин, А. А. О механо-химических процессах при действии ультразвука на растворы полистирола / А. А. Берлин, Б. С. Эльцефор // Химическая наука и промышленность. — 1957. - № 5. - С. 667-668.

4. Die von Grafpolymeren Poliactylamid und Acrilnitril unter dem Einflus von Ultraschallwellen / A. Henglein // Die Makromolekulare Chemie, 1954. - vol. 14. №22-3. s. 128 - 145.

5. Ultrasunetele in Chemie / Vasilescu // Progresele Stiintei. -1970. - n. 6. №3. p. 104 - 110.

6. Тростянская, Е. Б. Сварка пластмасс / Е. Б. Тростянская, Г. В. Комаров, В. А. Шишкин. - М. : Машиностроение, 1967. -252 с.

7. Ultra Adhesives for Ultrasonic Bonding / R. L. Hauser // Adhesives Age, 1969. - 12. 3. p. 26 - 28.

8. Трофимов, Н. Н. Применение ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в технологии переработки полимерных материалов / Н. Н. Трофимов, С. И. Пугачёв // Технология судостроения. - 1976. - № 6. - С. 48-51.

9. Негматов, С. С. Технология получения полимерных покрытий / С. С. Негматов. - Ташкент : Узбекистан, 1975. -232 с.

10. Хейфец, И. А. Исследование влияния ультразвука на прочность клеевых соединений / И. А. Хейфец // Актуальные вопросы развития высокой печати : тез. док. Республиканской науч.-техн. конф. - Львов, 1974. - С. 194-196.

11. Беневолеский, И. Е. Влияние ультразвука на растворы холоднотвердеющих пластмасс / И. Е. Беневолеский // Динамические эффекты мощного ультразвука : межвуз. сб. науч. ст. - Ижевск, 1977. - С. 29-34.

12. Chemical application for Ultrasonic Waves of the society of cosmetic / E. Jeager // Chemists Journal, 1957 - № 8, № 3. p. 139-156.

*

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012

13. Кардашов, Д. А. Синтетические клеи / Д. А. Кардашов. — М. : Химия, 1976. — 504 с.

МОЗГОВОЙ Иван Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Нефтехимические технологии и оборудование».

МИРОНОВА Екатерина Владимировна, аспирантка той же кафедры.

МОЗГОВОЙ Евгений Иванович, инженер той же кафедры.

Адрес для переписки:тку_1985@таЦ .т Статья поступила в редакцию 22.11.2011 г.

© И. В. Мозговой, Е. В. Миронова, Е. И. Мозговой

УДК 665.76

И. А. ЗОРИН С. В. КОРНЕЕВ К. В. ФИНАГИН

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ ОКИСЛЕНИЯ БАЗОВЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ НА ИХ ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ______________________________________

Рассмотрены особенности изменения физико-химических свойств и трибологических характеристик базовых минеральных моторных масел в процессе их окисления. Ключевые слова: базовые минеральные моторные масла, вязкость, кислотное число, трибологические характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) представляет собой сложный механизм, работоспособность которого зависит от четкого функционирования его различных систем и, в первую очередь, системы смазки. Основное назначение системы смазки — своевременный подвод чистого моторного масла к трущимся деталям двигателя для уменьшения трения и износа этих деталей за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. В процессе эксплуатации двигателей происходит не только уменьшение количества масла, но и ухудшение его первоначальных свойств.

В двигателях количество моторного масла уменьшается, главным образом, за счет его угара из-за негерметичности камеры сгорания. Сокращение потерь масла снижает его расход, следовательно, и эксплуатационные затраты и улучшает экологические характеристики работы ДВС.

При штатном функционировании ДВС масло стареет постепенно. Его работоспособность в этом случае обычно оценивают по предельным (браковочным) значениям групп единичных показателей качества. Практически опыт и результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что в любые группы единичных показателей входит вязкость, как наиболее информативный показатель.

С одной стороны, вязкость является базовой характеристикой моторного масла, а с другой — его обобщающим параметром. Она во многом зависит от степени загрязнения масла нерастворимыми продуктами и топливом, а также от его диспергирующе-стабилизирующих свойств (ДСС). Разжижающее действие топлива и загущающее действие загрязнений проявляется непосредственно, действие беззоль-ных дисперсантов — косвенно [ 1].

Изменение свойств масел при работе происходит под действием двух причин:

— загрязнения масла попадающими в него металлическими частицами, пылью, водой, нагаром, топливом;

— образованием в масле продуктов окисления.

Правильное решение вопросов рационального и

экономного использования моторных масел непосредственно связано с характером и глубиной изменения его первоначальных свойств, оказывающих влияние на работу двигателя. Зная закономерности поведения и изменения эксплуатационных свойств моторного масла в двигателях, можно более объективно обосновывать требования к повышению качества выпускаемых, а также и к разработке новых унифицированных сортов моторных масел и композиций присадок к ним. Кроме того, владея закономерностями поведения моторного масла, можно предвидеть характер развития процессов «старения» масла, изменять их в нужном направлении и даже управлять этими процессами, чтобы тем самым сохранять первоначальные качества масла и обеспечивать наиболее качественную смазку деталей двигателя. Независимо от различий в агрегатном состоянии (жидкие — масла и твердообразные — пластичные смазки) общими их функциями являются, во-первых, уменьшение трения между трущимися поверхностями и обеспечение минимальных энергетических потерь, а во-вторых, снижение износа, предотвращение задира и заедания поверхностей узлов трения. Таким образом, целью нашей работы является изучение физико-химических показателей базовых минеральных моторных масел в процессе их эксплуатации [2].

Одними из определяющих показателей, характеризующих качество смазывания деталей двигателя внутреннего сгорания, является вязкость и общая кислотность моторного масла (кислотное число). Величина вязкости масла зависит от его химического