Металлополимеры. Исследование свойств композитных материалов на основе металлополимеров

АО «ИркутскНИИхиммаш», Тищенко М.Ю. mt@hm.irk.ru,

Исследование влияния армирующих волокон и шероховатости на прочность участка, восстановленного ремонтными композитными материалами, такими как металлополимеры

1. Металлонаполненные ремонтные композитные материалы – металлополимеры.

Металлонаполненные ремонтные композитные материалы представляют собой композицию состоящую из органической матрицы (связующего) и дисперсного наполнителя. В качестве связующего используется смесь эпоксидиановой смолы и полиаминового отвердителя, взятых в стехиометрическом соотношении. В качестве дисперсного наполнителя используются металлические и неметаллические порошки или их смеси 40÷60%, куда входят ферромагнитные наполнители (ферропорошки) с размером частиц от 0,5 до 1,0 мкм игольчатой формы[1].

2. Испытание ремонтных составов на основе металлополимеров на разрыв.

Для испытания металлополимеров на разрыв  были изготовлены стандартные образцы-свидетели с размерами указанными на рис.1. Образцы с различными сечениями обозначены под номерами I, II, III, IV. Для исследования влияния наличия армирующей стеклоткани, и влияния пространственного положения оной на прочностные характеристики ремонтируемого участка были изготовлены дополнительно 3 образца идентичные образцу IV и обозначены соответственно IVа, IVб, IVв. Для исследования влияния шероховатости на прочность адгезии был изготовлен образец  IVг идентичный образцу IV. Испытания были проведены на испытательной машине модели ИР 5143-200. Образцы  перед нанесением композитных материалов, таких как металлополимеры,  в зоне шейки были обработаны мелкой дробью  на пескоструйной установке, кроме образца IVг. Все образцы были обезжирены.

Для испытания прочностных свойств композитных материалов (металлополимеры) был произведён разрыв образцов-свидетелей восстановленных в сечении композитными материалами в следующих вариациях:

1. Цельный испытуемый образец – образец I, без утонения сечения в центре образца с диаметром сечения – Ø5мм и без нанесения слоёв композита  (рис. 2)

2. Образец II, восстановленный металлополимером без армирования, с наименьшей длинной шейки – 5мм и с наименьшим утонением в центре – с диаметром сечения шейки Ø3мм (рис. 2)

3. Образец III, восстановленный металлополимером без армирования, с длинной шейки – 10мм и с сечением шейки –  Ø3мм (рис. 2)

4. Образец IV без нанесения слоёв композита, с наибольшей длинной шейки – 15мм и с наибольшим утонением в центре – с диаметром сечения шейки

Ø1,6мм (рис. 2)

5. Образец IVа, восстановленный металлополимером без армирования (рис. 2)

6. Образец IVб (рис.2), восстановленный металлополимером и армированный волокнами стеклоткани вдоль вала. Композит нанесён послойно по схеме, показанной на рис. 3.

7. Образец IVв (рис. 2), восстановленный металлополимером и армированный волокнами стеклоткани в различных направлениях. Композит нанесён послойно по схеме, показанной на рис. 4

1. Образец  IVг (рис. 2), единственный образец  не подвергнутый пескоструйной обработке, восстановленный металлополимером без армирования

В результате получены следующие значения прочности на разрыв:

Таблица 1. Значения полученные при испытаниях образцов на разрыв.

3. Исследование влияния армирующей стеклоткани и шероховатости на прочностные свойства ремонтируемого участка.

Для исследования влияния армирующей стеклоткани на прочностные характеристики ремонтируемого участка были использованы данные испытаний образцов IV, IVа, IVб, IVв. Для исследования шероховатости – данные испытания образца IVг.

Диаграмма 1. Повышение прочности ремонтируемого участка при нанесении композитных материалов на участок, изношенный на 68%. Наименьшей прочностью на разрыв обладает образец IV, не восстановленный металлополимерами, наибольшей прочностью – образец IVб (12.037%), восстановленный металлополимерами и армированный волокнами стеклоткани вдоль оси образца.

В ходе испытаний было выяснено, что армирующие волокна стеклоткани  в определенных пространственных направлениях при восстановлении композитными материалами повышают прочностные свойства ремонтируемого участка.  Наиболее лучшим способом армирования является нанесение волокон вдоль оси вала образца (рис. 3).

Из диаграммы также видно, что в образце IVг, не подвергнутом пескоструйной обработке, из-за малой силы адгезии, прочность наименьшая.

Основным факторами повышения качества ремонта являются:

– создание условий наилучшей адгезии, т. е. придание ремонтируемой поверхности грубого рельефа (шероховатость не менее Ra 40, риски, пазы, резьбы)

– добавление армирующих элементов пространственно ориентированных вдоль оси направления нагрузки, что позволяет создать эффективное распределение напряжений между армирующими элементами.

Литература:

• Буравлёв Л.Т., Кручинин С.В., Липатов А.В., Овчаренко Л.В. Композиция для ремонтных и восстановительных работ. // Патент № 1787162 от 07 марта 1991 г., Б.И. №1 от 07.01.93.