WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В процессе эксплуатации усадка может происходить вследствие молекулярного и надмолекулярного структурирования и деструкции, испарения пластификаторов, поглощения влаги и газов из окружающей среды и других факторов. Если покрытие имеет достаточную адгезию к изделию, то усадка в нем свободно развиваться не может, поэтому в зависимости от знака усадки (сжатие или растяжение) покрытие окажется сжатым или растянутым. При быстрой сушке напряжения усадки достигают максимального значения и описывается уравнением Е =, (5) ус 1- µ где - относительная усадка покрытия = w ;

- коэффициент линейной усадки; w - уменьшение концентрации растворителя; Е1 – среднее значение модуля упругости в диапазоне температур сушки.

Не менее важными при оценке сохранности адгезионной прочности является набухание полимерного материала или композиции за счет сорбции жидкой или газообразной среды. При этом следует учитывать, что изменяется Функция сплошности и модуль упругости набухшего полимера (Ен). Величину напряжений за счет набухания полимерного покрытия оценивали по формуле Ен = v, (6) наб.

1- µ где v - степень набухания полимера V пол.

m v = = ; (7) V0 ж mm - приращение массы по истечении времени ; m0 - масса исходного образца; -плотность жидкости; пол - плотность полимера.

Ж В соответствии с требованиями к аппаратам и трубопроводам с защитными покрытиями в рабочих полостях не должно создаваться разрежение, которое создает отрывающее напряжение на границе металл - покрытие и может служить причиной отслоения покрытия. Однако нередко по технологическим причинам абсолютное давление в аппаратах может принимать значение ниже атмосферного. Для оценки величины отрывающих напряжений нами взят предельный случай – работа покрытия в условиях полного вакуума. Величина отрывающего напряжения в этом случае составляет 0,1 МПа.

На основании полученных экспериментальных данных и расчетов определен вклад каждого из названных факторов в разрушение начальных адгезионных связей на границе адгезива и субстрата (табл.1).

Повышение долговечности ремонтных композиций (из условий сохранения адгезионной прочности) может быть достигнуто следующими мерами:

- подбором материалов и композиций с низкой склонностью к старению (повышение А0, снижение Е0);

- исключением резких перепадов температур t при эксплуатации;

- использованием материалов и композиций с теплофизическими характеристиками, близкими к характеристикам материала субстрата;

- использованием материалов и композиций с низкими коэффициентами сорбции рабочей среды (степенью набухания );

суш - использованием композиций без растворителей ( 0);

А - тщательным соблюдением при эксплуатации стеклоэмалированного оборудования заводских инструкций и нормативных документов;

- использованием материалов и композиций с высокой начальной адгезионной прочностью;

- совершенствованием технологии нанесения (качеством подготовки поверхности, четкой регламентацией режимов сушки или термообработки ХСК), конструктивными методами (армированием ремонтных композиций и др.).

Таблица Влияние различных факторов на величину напряжений, отрывающих покрытие от подложки (начальная адгезионная прочность 9…17 МПа) Характеристи- Величина КоэффиФактор ка на- Расчетная зависимость напряже- циенты пряже- ний, МПа влияния ний С 0 i = - А А А Старение постоматериала 6…9 0,35…1,янные i 0 E покрытия = exp- expA А А 0 0 RT Колебания периоt = (1 -2 )ТЕ1/ /(1- µ) температуры диче- 1,8…3 0,11…0,А (20…1000С) ские при наЕУсадка при несении ус = 0,4…1,2 0,03…0,А у сушке покры- 1- µ тия Сорбция Ен m пол среды и на- постонаб = 0,6…2 0,04…0,А бухание янные 1- µ mЖ полимера Разрежение периопри опо- диче- _ 0,1 0,рожнении ские пост. – постоянные, пер. – переменные, пульс. – пульсирующие Последний раздел главы посвящен разработке рецептуры феноло – эпоксидной композиции ФЭН, компоненты которой подобраны таким образом, чтобы коэффициент линейного термического расширения был близок по величине аналогичному показателю подложки (стали, чугуна).

В третьей главе приводятся методы и результаты исследований полимерных материалов и композиций в рабочих средах некоторых предприятий Республики Башкортостан. Характеристика рабочих сред приведена в табл.2.

Таблица Характеристика рабочих сред Обозначе- Наименование Состав, % pH tраб ние АСК Раствор аскорбиновой ки- 60%-ный водный рас- 3,8 85…950С слоты твор БНС Продукт конденсации - Серная кислота 21,5 1,7 850С нафтолсульфокислоты с –нафтол 21,формальдегидом и диок- ДДС 22,сидифенилсульфоном Формальдегид 13,(ДДС) Вода 21,СЛС Щелочной раствор ДДС – Многокомпонентная 7,5…8 8…1040С продукт конденсации ди- среда переменного сооксидифенилсульфона в става щелочной среде МХК,-дихлор-- 80%-ный водный рас- 2,2 85…950С формиакриловая кислота твор – продукт хлорирования фурфурола Испытаниям подвергали образцы на полимерной основе с различными ингредиентами по рекомендациям ОСТ 26-01-166-84, рецептурам, позаимствованных из литературных источников и предложенной автором (ФЭН):

- эпоксидные ЭК (ЭД-20 45, ПЭПА 5, титана диоксид 50); ЭА (ЭД-20 25, ПЭПА 3, ДБФ 2,5, андезит 69,5);

- феноло-формадельгидные А3 (арзамит-порошок 50, арзамит-раствор 50);

- феноло-эпоксидные ФЭС (ЭД-20 —13,5, СФГ-1 —13,5, ПЭПА —1,5, андезит —75,1), ФЭА (ЭД-20 —12,8, ДБФ —1,3, арзамит – 5 порошок —38,4, арзамит-5 раствор —47), ФЭН (ЭД-20 —85, смола оксилин-6 —15, кварцевая мука —161,8, аэросил —3,5, АФ-2 —25);

- эпоксидно-фурановая ЭФ (ФАЭД –8 —35; ПЭПА —7, андезит —58);

- полиэфирная ПЭ (ПН –10 —27,5; титана диоксид —68; гипериз —1,5; нафтенат кобальта —3).

Образцы изготавливались путем тщательного смешения компонентов и заливкой в формы с последующей сушкой и термообработкой по соответствующему данной композиции режиму, затем проводили механическую обработку торцов, притупление острых кромок и просверливание отверстий для закрепления в экспериментальных ячейках.

Химическую стойкость образцов определяли по ГОСТ 12020-72. Приращение массы и степени набухания m определяли по зависимостям 8 и 9:

i m = m(1- е-КТ ); (8) i m = (1-e-). (9) Основываясь на экспериментальных данных, значения и рассчитывали, решая системы уравнений m = f ( ). Результаты приведены в табл.3.

i i Таблица Сорбционно-диффузионные характеристики материалов и композиций в рабочих средах Шифр АСК БНС СЛС МХК мате- риала 107, с- 107,с- 107, с- 107, с-ЭК 0,066 5,7 0,082 8,2 0,032 6,1 0,122 8,ЭА 0,062 5,4 0,080 7,4 0,036 5,8 0,118 7,АЗ 0,022 4,4 0,030 5,3 0,057 8,0 0,040 6,ФЭС 0,044 4,8 0,062 6,5 0,043 6,8 0,060 6,ФЭА 0,046 5,0 0,055 5,9 0,047 7,1 0,044 7,ЭФ 0,058 6,1 0,074 7,2 0,050 7,7 0,068 7,ПЭ 0,054 6,4 0,071 6,7 0,068 8,8 0.105 8.ФЭН 0,046 4,8 0,05 6,1 0,045 7,0 0,044 6,ПТФЭ 0,001 1,2 0,002 1,8 0,001 1,1 0,001 2,Примечание: ПТФЭ – политетрафторэтилен В качестве основного критерия, характеризующего долговечность покрытия, взята величина сцепления его к стальной и стеклоэмалевой поверхностям, т.к. нарушение сцепления и отслоение ремонтных композиций являются главными причинами их недостаточного срока службы. Выполнены расчеты долговечности полимерных покрытий по интенсивности снижения адгезионной прочности к металлическому и стеклянному субстрату. Проведено определение адгезионной прочности исходных образцов (до экспозиции в средах) и образцов после экспозиции в рабочих средах в течение 30 сут.

Прочность сцепления композиций со стальными образцами и образцами со стеклоэмалевым покрытием определяли методом нормального отрыва. Результаты испытаний представлены в табл. 4.

Таблица Прочность сцепления (МПа) ремонтных композиций со сталью и а стеклоэмалевой поверхностями после экспозиции в рабочих средах Шифр композиции Рабочая среда Субстрат АЗ ФЭС ФЭА ФЭН сталь 2,77 2,56 2,54 2,АСК эмаль 1,34 1,28 1,11 1,сталь 3,11 2,82 2,77 2,БНС эмаль 1,43 1,37 1,15 1,сталь 2,72 4,11 3,95 4,СЛС эмаль 1,59 2,53 2,29 2,сталь 2,51 2,66 2,54 2,МКК эмаль 1,29 1,35 1,08 1,Определенные значения энергии активации процесса старения Е0 и долговечности исследованных композиций и материалов при действии реакционной среды производства дубильных экстрактов приведены в табл. 5.

Таблица Результаты расчета долговечности химически стойких композиций и материалов в коррозионных средах Марка Энергия активации, Е0.10-3, Долговечность, сут материала, Дж/моль шифр БНС СЛС БНС СЛС компози- сталь стекл сталь стекл сталь стекл сталь стекл ции о- о- о- оэмаль эмаль эмаль эмаль АЗ 50,9 52,7 54,5 56,6 42,2 39,5 36,1 34,ФЭС 33,6 38,1 37,9 39,3 121,8 112,4 124,5 97,ФЭА 35,8 39,3 38,5 41,7 108,3 97,5 100,7 96,ФЭН 25,8 29,5 32,5 29,4 152,3 147,5 143,2 106,Стеклоэмалевые покрытия обладают довольно высокой устойчивостью к истирающему действию абразивных частиц, однако полимерные материалы и покрытия, используемые для ремонта поврежденных участков в стеклоэмали, подвержены коррозионно-эрозионному износу в большей степени.

Одной из задач исследования явилось выявление стойкости материалов и композиций при одновременном действии упомянутых факторов. В качестве жидкой среды использовали БНС с добавками абразивных частиц, в качестве исследуемых материалов - фторопласт - 4, резину 1976 и полимерные композиции. Для проведения исследований использовали экспериментальную установку ПВ-12, моделирующую воздействие на поверхность жидкой среды, содержащей абразив. Конусный бак с рабочей жидкостью был дооборудован нагревательным элементом и термопарой, установленной в специальный «карман», что позволило проводить эксперимент с помощью автоматического терморегулятора при различных задаваемых температурах.

В качестве критерия стойкости была принята потеря массы m с единицы поверхности за единицу времени, которую рассчитывали для различных скоростей вращения, количества и степени дисперсности абразивных частиц.

Некоторые данные, полученные обработкой результатов эксперимента, приведены на рис.2.

С увеличением числа оборота ротора возрастает величина износа всех исследуемых образцов, наиболее существенно у образцов из Ф-4. Это связано с увеличением интенсивности воздействия абразивных частиц, находящихся в жидкости. Повышение концентрации абразивных частиц приводит к усилению эрозионного воздействия по зависимости, близкой к линейной в интервале рабочих концентраций.

Скорость струи, вытекающей из сопла, оказывает наибольшее влияние на износ образцов при значениях 30…36 м/с, при этом наименее подвержены разрушению образцы из резины 1976 (при прочих равных условиях эксперимента) (рис.2,а). Существенное влияние оказывает температура, что, очевидно, может быть объяснено понижением твердости поверхности образцов не только вследствие их термомеханических свойств, но в значительной степени из-за пластификации поверхности рабочей жидкостью. Такому влиянию в меньшей степени подвержены материалы на основе полиэфирной и эпоксидной смол (рис.2,б).

а б Рис.2. Влияние условий испытаний на эрозионно- коррозионный износ образцов (1 -Ф-4; 2 - ЭК; 3 - ПЭ; 4 - 1976); а - m = f(Vж) (Э = 240 ч, Са = 0,05 % масс.; n = 1500 об/мин; tэ = 20 оС); б- m = f(tэ) (Э = 240ч, Са = 0,05 % масс.; n = 1500 об/мин; Vж = 20 м/с) Обозначения: n - скорость вращения ротора с образцами; Са - концентрация абразивных частиц в жидкости; Vж - скорость струи жидкости, содержащей абразив; Э - продолжительность испытаний, ч; tэ - температура испытаний, 0С;

m - убыль массы образца, г/м2ч Заключение о пластифицирующей роли жидкости и повышения в связи с этим величины износа проиллюстрировано экспериментальными данными о влиянии продолжительности контакта с рабочей средой, приводящего к заметному повышению износа. Исключение составили образцы из резины марки 1976, что, очевидно, связано с высокими упругими свойствами, повышающими сопротивляемость эрозионному разрушению.

Обобщая экспериментальные данные, сделано заключение о коррозионно-эрозионной стойкости материалов в реакционной среде, содержащей абразив, и определены возможные области применения исследуемых материалов, исходя из допустимой интенсивности износа 5 г/м2ч. (табл. 6).

Таблица Коррозионно-эрозионная стойкость полимерных материалов и композиций Допускаемые значения параметров рабочих сред (размер абразивных частиц 0,2…0,3мм) Материал Температура, Линейная скорость Содержание абразивС потока, м/с ных частиц, % масс.

20 25 Ф-4 40 20 60 5 20 30 ЭК 40 20 60 10 20 35 ПЭ 40 25 60 20 20 35 1976 40 35 60 30 В четвертой главе предложен и апробирован комплекс методов исследований, направленных на определение способа ремонта дефектов в стеклоэмалевых покрытиях оборудования с учетом действия эксплуатационных факторов, приведены результаты промышленной апробации результатов исследований.

Предложена последовательность принятия технических решений по ремонту повреждений в покрытиях, которая включает следующие стадии:

- выявление мест расположения и размеров дефектных участков;

- анализ эксплуатационных факторов и соответствия их условиям заводаизготовителя. Установление причин повреждений;

- определение рецептур замазок и технологии нанесения. При отсутствии проверенных данных произвести испытание материалов на химическую стойкость, прочность сцепления с подложкой и изменение свойств при старении в условиях контакта с рабочей средой;

- установление необходимости и возможности армирования, расчет параметров армирующих элементов;

- разработка технологических и конструктивных мероприятий по повышению долговечности защитных систем.

Рассматриваемые подходы к определению метода исправления дефектов в стеклоэмалевых покрытиях апробированы при проведении ремонтов оборудования в производствах гербицидов, витаминов, дубильных экстрактов.

Использованы специальные конструкции ввертных устройств, у которых элементы деталей, контактирующих с рабочей средой, выполнены из ПТФЭ.

Для перекрытия больших по размерам дефектов применяли специальные пластины из ПТФЭ, прикрепляемые к поверхности аппарата крепежными элементами, аналогичными по конструкции ввертным устройствам.

В производстве дубильных экстрактов, где реакционная среда характеризуется высокой гидроабразивной активностью, предложены и внедрены способы гуммирования поврежденных поверхностей якорных мешалок кислотостойкими марками (1976, 1976-М, 2566) резин. В производстве гербицидов ремонты перемешивающих устройств проводили с использованием химически стойких пластмасс – политетрафторэтилена и пентапласта, стеклопластиков (стеклотканью, пропитанной феноло - формальдегидной смолой). В качестве герметизирующих материалов использовали, в зависимости от химической активности рабочей среды; различные ХСК, резиновые прокладки соответствующих марок, герметики тиоколовые, фторкаучуковые.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»