Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Королев А.В. 1 Воронцов С.В. 2 Санников А.А. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

2 ООО НПП "Уником-Сервис"

Полиуретановые покрытия широко применяются на валах бумагоделательных машин. В процессе рабо-ты покрытия валов подвергаются воздействию высоких температур. Воздействие высоких температур даже на протяжении короткого времени приводит к уменьшению прочностных качеств покрытий и со-единения «металл-полимер», а также к изменению технологических параметров производства бумаги – изменению площадки контакта валов. При изготовлении и эксплуатации покрытия важно знать, как оно ведет себя в этих условиях. Чтобы при изготовлении учесть этот факт и выбрать материал с наилучшими физико-механическими характеристиками, а при эксплуатации назначить требуемые параметры режима работы. Для этого необходимо исследовать, как изменяется твердость при увеличении температуры. В статье описываются экспериментальные исследования по определению твердости в интервале температур от +20 0С до +120 0С, проводится анализ полученных данных, приводятся рекомендации по выбору покрытий.

Статья в формате PDF

174 KB

метод Шора

прессовая часть

твердость покрытия

полиуретан

покрытия

1. ГОСТ 24621-91 Пластмассы и эбонит. Определение твердости при вдавливании с помо-щью дюрометра (твердость по Шору). – М.: Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1991. – 7 с.

2. ГОСТ 263-75 Резина. Метод определения твердости по Шору А. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1975. – 6 с.

3. Ефимов И. Н. Обезвоживание и прессование бумажного полотна / И. Н. Ефимов. – Крас-ноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1988. – 156 с.

4. Королев А. В. Исследование напряженного состояния покрытий прессовых валов бумаго-делательных машин / А. В. Королев, А. А. Санников // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 1; URL: http://www.science-education.ru/107-8490

5. Куров В. С. Теория и конструкция машин и оборудования отрасли. Бумаго- и картоноде-лательные машины: учебное пособие / В. С. Куров, Н. Н. Кокушин. – СПб.: Изд-во Поли-техн. ун-та, 2006. – 588 с.

Введение

Полиуретановые покрытия широко применяются на валах бумагоделательных машин (БМ). Их используют в сеточной, прессовой частях на валах мягких каландров, насетко-, сукно- и бумаговедущих валах. Покрытия выполняют антикоррозионную и технологическую функции. Современный процесс производства бумаги невозможен без использования полимерных покрытий валов, в частности, полиуретановых. Наиболее нагруженная часть бумагоделательной машины – прессовая, в которой покрытия валов подвергаются большим линейным давлениям, температуре и другим воздействиям, оказывающим прямое влияние на срок службы покрытий и качество выпускаемой продукции. Температура в прессовых частях БМ составляет 50 0С – 70 0С, порой может доходить до 90 0С. Воздействие высоких температур даже на протяжении короткого времени приводит к уменьшению прочностных качеств покрытий и соединения «металл-полимер» [3]. Поэтому в настоящее время предъявляются жесткие требования к покрытиям валов. Одно из таких требований – сохранение своих физико-механических свойств в широком диапазоне температур [5]. Несоблюдение этого требования приводит к изменению технологических параметров производства бумаги – изменению площадки контакта валов. А это в свою очередь приводит к изменению напряженного состояния в покрытии, что приводит к снижению его долговечности. Исследование напряженного состояния покрытий рассмотрено в статье [4]. При изготовлении и эксплуатации покрытия важно знать, как оно ведет себя в этих условиях. Чтобы при изготовлении учесть этот факт и выбрать материал с наилучшими физико-механическими характеристиками, а при эксплуатации назначить требуемые параметры режима работы.

В качестве показателя, характеризующего физико-механические свойства, используется твердость. Достоинства данного параметра состоят в простоте измерения, воспроизводимости, малой трудоемкости, ее измерение не приводит к повреждению детали.

Для определения твердости полиуретана используют метод Шора. Твердость полиуретанов измеряют дюрометрами двух типов: дюрометром типа A – более мягкие материалы, дюрометромтипа D – более твердые [1]. Если измеренное значение твердости больше 90 А, то материал твердый, и для оценки его твердости необходимо использовать дюрометр типа D, и если меньше 20 D,то материал мягкий, и следует использовать дюрометр типа А.

Производители материала дают информацию о его твердости при трех температурах: -5 0C, +20 0Си +80 0С. Причем изменение твердости в этом диапазоне температур существенно. Так, например, для полиуретана твердостью 65 ШорА разница составляет 20 единиц (при температуре -5 0С твердость 73 Шор А, при температуре +80 0С – 53 ШорА). С увеличением твердости эта разница уменьшается. Для полиуретана твердостью 85 Шор А она составляет 16 единиц.

В данной статье описываются экспериментальные исследования по определению твердости в интервале температур от +45 0С до +120 0С; проводится анализ полученных данных, приводятся рекомендации по выбору покрытий.

Экспериментальные исследования проводим на базе научно-производственного предприятия «Уником-Сервис» г. Первоуральск. На предприятии выпускается продукция из полиуретана, в частности, валы бумагоделательных и текстильных машин, оборудования металлургического комплекса и другого технологического оборудования, гуммированные полиуретаном.

Образцы имеют цилиндрическую форму, их диаметр 90мм, а толщина 10мм, дата заливки – январь 2013 года.

При экспериментах используется следующее оборудование: пирометр Center 350 с диапазоном измерения температуры −20…500 °C и погрешностью ±2°С; электрическая печь с регулятором температуры; дюрометр типа А; дюрометр типа Д.

Ход эксперимента. Образцы плавно нагреваются в электрической печи до требуемой температуры, выдерживаются при этой температуре 30 минут для равномерного прогрева по всей толщине. После извлечения из печи инфракрасным пирометром фиксируется температура образца и производится замер твердости. Данные заносятся в таблицу, строятся графики изменения твердости в зависимости от температуры материала образца.

Данные измерений для образца твердостью 74 Шор Dсведены в таблицу 1.

Таблица 1

Твердость образца при изменении температуры

Данные измерений для образцов с твердостями 85 ШорА, 91 Шор А и 97 Шор А сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Твердость образцов при изменении температуры

Полученные экспериментальные данные необходимо аппроксимировать функцией. Степень близости аппроксимации экспериментальных данных выбранной функцией оценивается коэффициентом детерминации R2. Чем ближе значение коэффициента детерминации R2 к 1, тем функция лучше описывает экспериментальную кривую.

Твердость образца (85 Шор А) при изменении температуры представлена в виде графика на рис.1.

Рис.1. Изменение твердости образца (85 ШорА)

Экспериментальная кривая аппроксимируется полиномом третьей степени с коэффициентом детерминации R2 = 0,929:

(1)

Твердость образца (91 Шор А) при изменении температуры представлена в виде графика на рис. 2.

Рис. 2. Изменение твердости образца (91 ШорА)

Экспериментальная кривая аппроксимируется линейной функцией с коэффициентом детерминации R2 = 0,816:

(2)

Твердость образца (97 Шор А) при изменении температуры представлена в виде графика на рис. 3.

Рис. 3. Изменение твердости образца (97 ШорА)

Экспериментальная кривая аппроксимируется линейной функцией с коэффициентом детерминации R2 = 0,878:

(3)

Твердость образца (74 Шор D) при изменении температуры представлена в виде графика на рис. 4.

Рис. 4. Изменение твердости образца (74 Шор D)

Экспериментальная кривая аппроксимируется линейной функцией с коэффициентом детерминации R2 = 0,94:

(4)

Таким образом, в ходе эксперимента были получены данные изменения твердости полиуретанов, используемых в качестве покрытий валов БМ, при повышении температуры материала. Эксперименты показали, что в пределах рабочей температуры прессов 60–90 0С образцы с твердостью 85 ШорА, 91 ШорА, 97 ШорА показывают стабильную твердость, но эта твердость существенно меньше заявленной твердости, измеренной по ГОСТ [2]. Разность между заявленной твердостью (по ГОСТ) и твердостью, полученной для диапазона рабочих температур прессов для материала с твердостью 85 ШорА – 3 единицы по ШорА, для материала с твердостью 91 ШорА – 9 единиц по ШорА, для материала с твердостью 97 ШорА – 4 единицы по ШорА.

Образец с твердостью 74 ШорD показал не стабильную в диапазоне температур работы прессов твердость, которая снижается с 70 ШорD при температуре 60 0С до 64 ШорD при температуре 90 0С.

Эксперименты показали, что при выборе материала покрытия необходимо учитывать изменение твердости. Это позволит повысить эффективность работы полиуретановых покрытий и увеличить срок их службы.

Рецензенты:

Вураско Алеся Валерьевна, доктор технических наук, профессор кафедры химии древесины и технологии ЦБП, УГЛТУ, г. Екатеринбург.

Старжинский Валентин Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры охраны труда, УГЛТУ, г. Екатеринбург.

Библиографическая ссылка