Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

К.т.н. Бобрышев А.А., к.т.н. Рылякин Е.Г., к.т.н. Лахно А.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,
Россия

Технология ремонта и восстановления изделий
из пластмасс и полимерных композитов

 

Замена традиционных материалов (металлы, сплавы, стекло) используемых в машиностроении композитными материалами на полимерной матрице протекает интенсивно. В этой связи вопросы ремонта изделий из таких материалов на стадиях производства, эксплуатации являются весьма актуальными и важными.

Для восстановления и ремонта изделий из композиционных материалов на основе пластических масс (термопластов, реактопластов) существует несколько методов: механическое соединение материалов; клеевое соединение материалов; сварное соединение. Применение того или иного вида соединения зависит от типа нагрузок (статические, динамические, усталостные), технологичности в процессе производства, стоимости исполнения, серийности и от специальных условий (необходимости получения съемных, подвижных или других видов соединений) [1, 2].

Рисунок 1 – Типы механических соединений деталей из полимерных композитов:

Простые соединения

1 – обычное нахлесточное;

2 – нахлесточное с изгибом;

3 – стыковое с простой накладкой;

4 –стыковое со скошенной накладкой;

5 – соединения в ус с накладкой.

Двойные соединения

6 – стыковое с двумя накладками;

7 –двустороннее нахлесточное;

8 – скошенное двустороннее нахлесточное

Механические соединения композитных деталей раз­личаются по геометрии соединений, видам используемых металлических креплений: клепаные, резьбовые и штифтовые. Могут осуществляться и механические соединения слоистых и дисперсных полимерных композитов с металлами, деревом, резиной, стеклом (для этого они совмещаются, сверлятся и соединяются заклепками, болтами, винтами или штифтами) [1]. Следует отметить, что механически соединяются изделия на основе пластических масс как вновь изготавливаемые, так ремонтируемые. На рис.1 представлены типы соединений изделий из дисперсных и волокнистых композитов на основе пластических масс [1]. Каждый из выше перечисленных методов имеет свои недостатки. Изделия соединенные механически ослаблены элементами отверстий, пазов, не эстетичны, не имеют гладкую внешнюю поверхность, места соединений не герметичны, не однородны и т. д.

Сварка и склеивание применяется для неразъемных соединений пластмассовых деталей или полуфабрикатов –пленок, листов, труб. При сварке участки свариваемых поверхностей нагреваются до температуры плавления и соединяют при сравнительно небольшом давлении (0,1…1,0 МПа). При этом проис­ходит взаимная диффузия свариваемого ма­териала в зоне контакта [2]. Следует особо отметить, что сварке подвергаются изделия только на основе термопластичных пластмасс (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и т. п.), места сваривания имеют меньшие прочностные показатели вследствие деструкции макромолекул полимеров в зоне контакта сварки.

Физико-химический процесс склеивания сложен и недостаточно изучен. Разрушение клеевого соединения происходит либо на границе клеевого слоя с подложкой, либо по самому клеевому шву, в зависимости от соотношения сил адгезии и когезии. Адгезия клея, прежде всего определяться диффузией клея в подложку, его адсорбционным взаимодействием со склеиваемыми поверхностями, электрическим взаимодействием поверхности подложек и клея, а также образованием механических и химических связей между ними [2].

В качестве основы клеев используют следующие промышленные адгезивы:

1. Термопластичные (акриловые, целлюлозные, сульфоновые, виниловые, резиноподобные, неорганические, натуральные);

2. Термореактивные (эпоксидные, фенолоформальдегидные, полиэфирные, полиимидные, карбомидные).

Классическими для соединений адгезионного типа являются следующие: соединения в ус, нахлесточное со скосом, простое нахлесточное и моди­фицированное нахлесточное. На рис. 2. схематично изображены эти виды соединений. Каждый из типов соединений имеет свои преимущества в зависимости от характера и направления приложения нагрузок.

Рисунок 2 – Типы клеевых соединений деталей из композитов:

1 – в ус; 2 – нахлесточное со скосом; 3 – простое нахлесточное;

4 – двойное нахлесточное; 5 – модифицированное нахлесточное

 

К недостаткам адгезионных соединений можно отнести:

1. После отверждения связующего соединение становится неразъемным;

2. Сопротивление ползучести при повышении температуры невелико для большинства типов адгезивов;

3. Эффективность полученных связей зависит от точности взаимного расположения деталей [1].

Проведенные экспериментальные исследования показали, что наиболее высокие физико-механические и эксплуатационные показатели имеют механо-клеевые соединения, получаемые совмещенным методом.

Литература:

1.   Справочник по композиционным материалам. 2 том / Под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. – 580 с.

2.   Технология пластических масс / Под ред. Брацыхина Е.А. Издательство «Химия», 1982. – 325 с.

3.   Лахно А.В. Универсальный эпоксиполиуретановый композитный клей для ремонта элементов кузова автомобиля / А.В. Лахно, А.Н. Бобрышев. Пенза: ПГУАС, 2006. – 99 с.