Исследование технологических свойств местных полимерных материалов машиностроительного назначения

АННОТАЦИЯ

В работе изучены способы использования полиэтилена и полипропилена, производимого в Узбекистане, при изготовлении пластиковых деталей автомобилей, а также местных наполнителей Аренского каолина и Ахангаранского фосфогипса, отходов при производстве фосфорных удобрений. Установлена зависимость давления литья и удельной нагрузки от времени выдержки и температуры нагрева формы.

ABSTRACT

The paper explores the ways of using local polyethylene and polypropylene produced in Uzbekistan in the manufacture of plastic car parts, as well as local fillers of Angren kaolin and Akhangaran phosphogypsum, waste in the production of phosphorus fertilizers. The dependences of the casting pressure and the specific load on the holding time and the heating temperature of the mold are established.

Ключевые слова: местный, полиэтилен, полипропилен, наполнитель, отходы, давления, литье, нагрузка и нагрев.

Keywords: impurities, polyethylene, polypropylene, filler, waste, pressure, molding, loading and heating.

Как показала практика, большой интерес вызвало появление нового класса синтетических полимерных материалов, композитов на их основе и тонкослойных покрытий из них, обладающих важными свойствами в различных отраслях экономики, в том числе в автомобилестроении [6; 9; 10; 2; 17; 7; 14; 4; 8]. Востребованность создания высокоэффективных полимерных композиционных покрытий с использованием местных сырьевых и энергетических ресурсов обусловлена необходимостью обеспечения широкого применения антифрикционных композитных полимерных материалов и покрытий из них в машиностроении.

Как правило, применение этих материалов позволяет решить ряд прикладных задач, которые трудно, а порой просто невозможно было решить путем использования традиционных материалов. К их числу, например, можно отнести высокопрочные армированные пластики; самосмазывающиеся композиции, способные работать в различных экстремальных условиях, в том числе и в вакууме, долговечные детали летательных аппаратов; детали рабочих органов машин, взаимодействующих с различными химически активными средами, а также детали тормозных устройств с высокой надежностью [16; 3; 1; 5; 11; 15; 12; 13].

В связи с этим применение новых композиционных полимерных материалов из местного сырья и наполнителя для металлополимерных деталей для автомобилестроения является актуальной задачей.

Известно [6; 9; 10], что полимеры – это высокомолекулярные соединения, в которых составные звенья в виде большого числа атомных группировок с одинаковой структурой – мономеры – соединены химическими связями в полимерную цепь и которые при нагреве можно формовать с сохранением формы в эксплуатационных условиях.

По техническим свойствам полимеры делят на три основных вида: термопласты, реактопласты и эластомеры. Детали из конструкционных термопластов получают методами горячего прессования, литья, выдувания, спекания, напыления.

Для экспериментального исследования технологических свойств композиционных полимерных материалов нами выбраны преимущественно наполнители местного происхождения, такие как каолин (Ангренский), фосфогипс (Ахангаранский) и другие отходы производств.

На первом этапе исследованы технологические свойства полиэтилена и полипропилена местного производства. Известно, что в процессе изготовления деталей методом литья под давлением качество продукции зависит от режимов литья, т.е. от времени выдержки давления и температуры нагрева формы.

Рисунок 1. График зависимости давления литья от времени выдержки:

1 – полипропилен; 2 – полиэтилен низкого давления; 3 – полиэтилен высокого давления

Наибольшее значение нагрузки наблюдалось в полипропилене, а наименьшее – в полиэтилене высокого давления, которое зависит от физико-механических свойств пластмасс и их структуры. При этом впрыск полиэтилена высокого давления в форму под давлением происходит плавно и быстрее, чем другие, в итоге не требуется высокое давление (рис. 1).

Рисунок 2. График зависимости удельной нагрузки от температуры нагрева формы:

1 – полипропилен; 2 – полиэтилен низкого давления; 3 – полиэтилен высокого давления

На рис. 2 показан график зависимости удельной нагрузки от температуры нагрева формы. Как видно из рисунка, удельная нагрузка увеличивается с увеличением температуры нагрева формы. Однако значение удельной нагрузки уменьшается после того, как температура формы превысит 60–70 градусов.

Это связано с изменениями физических и механических свойств пластических материалов в зависимости от температуры. То есть, когда температура формы увеличивается, пластмасса хорошо заливается в форму, в результате чего полость формы хорошо заполняется и повышается качество отливки, что приводит к уменьшению удельной нагрузки. С другой стороны, снижение температуры формы вызывает сгущение пластика во время разливки, в результате чего формы не заполняется до конца и качество литья ухудшается.

Выводы

1. Использование полипропилена, производимого в Узбекистане, при изготовлении пластиковых деталей автомобилей имеет следующие преимущества: во-первых, это дешевое местное сырье не худшего качества, во-вторых, экономия валюты на закупку иностранного сырья, в-третьих, наполнители преимущественно из отходов, которые улучшают экологическую обстановку региона.

2. Физико-механические свойства ненаполненного полипропилена не дают необходимого эффекта. Для предотвращения этого целесообразно использовать местные природные наполнители – каолин, тальк и отходы производств – фосфогипс, сажу, стекловолокно, хлопковое и шелковое волокна – в сочетании и в установленных объемах.

3. На основании проведенных предварительных научных исследований и анализа их результатов установлено, что при литье под давлением в форму наибольшее значение нагрузки наблюдается у полипропилена, наименьшее – у полиэтилена высокого давления, которая зависит от их физико-механических свойств и их структуры.

Список литературы:

1. Алматаев Т.О. Исследование триботехнических свойств полимерных композитов, обработанных ультразвуком // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Технические науки. – 2014. – Вып. 9. – № 2 (33). – С. 46–51.
2. Алматаев Т.О. Исследования триботехнических свойств полимерных материалов в период приработки // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Технические науки. – 2015. – Вып. 10. – № 3. – С. 93–96.
3. Алматаев Т.О. Применение сглаживающих сплайнов для автоматизации результатов триботехнических исследований // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Технические науки. – 2014. – Вып. 9. – № 2 (33). – С. 33–35.
4. Алматаев Т.О., Алматаев Н.Т., Мойдинов Д.А. Исследование триботехнических свойств композиционных полимерных материалов в период приработки // Бюллетень науки и практики. – М., 2019. – № 11 (48). – С. 242–248 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi.org/10.33619/2414-2948/48/27.
5. Алматаев Т.О., Халимджанов Т.С. Исследование прочностных свойств полимерных композитов, обработанных ультразвуком // Белорусский государственный университет транспорта. Международный сборник научных трудов. Серия: Механика. – 2014. – Вып. 8. – С. 34–39.
6. Двоеглазов Г.А. Материаловедение. – Ростов н/Д :  Феникс, 2015. – 440 с.
7. Икрамов Н.А. Исследование влияния магнитного поля на физико-механические свойства композиционных полимерных покрытий // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Технические науки. – 2015. – Вып. 10. – № 3. – С. 96–99.
8. Каримходжаев Н., Алматаев Т.О., Одилов Х.Р. Основные причины, вызывающие износ деталей автотранспортных средств, эксплуатирующихся в различных природно-климатических условиях // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 5 (74). – С. 68–71 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/ tech/archive/item/9435.
9. Кулезнов В.Н. Смеси и сплавы полимеров. – М. : Научные основы и технологии, 2013.
10. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. – М. : НОТ, 2008. – 882 с.
11. Разработка и исследования композиционных материалов триботехнического назначения / Т.О. Алматаев, И. Сайдалиев, Н.Т. Алматаев, И.С. Касимов // Сб. международной научно-практической конференции (Белорусия, Могилев, 10–11 октября 2019 г.). – С. 73–75.
12. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://polycomposite.ru/napolniteli/taljk-disprsniye-napolniteli.
13. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://polyplastic-compounds.ru/rus/production/armlen.
14. Basic Tribotechnical Properties of Modified Composite Polymer Materials / B.Kh. Mirzakhmedov, T.А. Аlmatayev, F.U. Odilov, N.T. Аlmatayev // International Journal of Advanced Research in Science. Engineering and Technology. – 2018. – Vol. 5. – Iss. 5. – C. 1953–1957.
15. Kayumov B., Vokhobov R. Amendments to the Design of Cars Based on Test Results // Bulletin of Science and Practice. – 2019. – № 5 (11). – P. 249–254.
16. Negmatov S.S., Almataev T.A. Iprovement of physico-mechanical properties of thermoreastive and thermorplastic polymeric coverings by physical metods of modification / IV^ТН International Conference on Tims of polymers (top) and composites (Italy, 21–24 september 2008). – P. 67–69.
17. Structure and properties of heterocomposite polymeric materials and coat-ingsfrom them obtained by heliotechnological method / U.A. Ziyamukhamedova, L.Y. Bakirov, E.A. Rakhmatov, B.Sh. Bektemirov // International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE). – 2019. – Vol. 8. – Iss. 3S.