Технологические основы восстановления промышленного оборудования современными полимерными материалами


А. А. Ищенко







ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ


Учебное пособие













Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 621.9.029:620.22(075)
ББК 30.83
      И98

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механического оборудования заводов черной металлургии Донецкого национального технического университета В. Я. Седуш;
доктор технических наук, профессор кафедры механического оборудования заводов черной металлургии Донецкого национального технического университета С. П. Еронько;
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ПТМ и деталей машин Приазовского государственного технического университета В. В. Суглобов




     Ищенко, А. А.
И98       Технологические основы восстановления промышленного оборудо-
     вания современными полимерными материалами : учебное пособие / А. А. Ищенко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 208 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0776-2

     Рассмотрены вопросы эффективного восстановления вышедшего из строя промышленного оборудования с помощью современных полимерных материалов. Систематизированы сведения о ремонтных полимерных материалах, приведены технологии выполнения ремонтов деталей и машин различного назначения. Проанализированы результаты исследований свойств полимерных материалов, определены основные показатели механических и иных характеристик, необходимых для успешного выполнения ремонтных работ.
     Для студентов и аспирантов машиностроительных и металлургических направлений подготовки. Может быть полезно инженерно-техническим работникам, занимающимся ремонтом промышленного оборудования.

                                            УДК 621.9.029:620.22(075)
                                            ББК 30.83





ISBN 978-5-9729-0776-2

     © Ищенко А. А., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

            ПРЕДИСЛОВИЕ



     В нынешнее время техническое состояние оборудования на многих предприятиях Украины оставляет желать лучшего. В связи с этим актуальной задачей становится поиск эффективных методов восстановления изношенных механизмов и машин, поскольку известные способы ремонтов в ряде случаев оказываются чересчур трудоемкими и дорогими или не позволяют в принципе решить задачу ремонта, например, крупногабаритных тяжелонагруженных литых деталей.
     К таким методам можно отнести технологии ремонта оборудования с помощью ремонтных полимерных композиций, которые в последнее время начинают активно применять в различных областях промышленности.
     В целях широкого ознакомления специалистов ремонтных служб предприятий, а также будущих специалистов-механиков машиностроительного и металлургического производства с новыми технологиями представляется целесообразной систематизация имеющихся знаний об этих новых материалах и обобщение результатов ремонтов, выполненных в производственных условиях.
     В предлагаемой читателю книге изложен, прежде всего, опыт выполнения ремонтов промышленного оборудования в различных отраслях промышленности, накопленный сотрудниками кафедры механического оборудования заводов чёрной металлургии (МОЗЧМ) Приазовского государственного технического университета (ПГТУ) в период с 1993 по 2006 годы. Дан анализ результатов исследований отдельных специфических характеристик полимерных ремонтных материалов, без знания которых применение этих материалов может не дать ожидаемого эффекта. Приведены также данные о применении подобных материалов российскими коллегами из Внешнеэкономической ассоциации «Линкон» (г. Москва), Московской международной корпорации «Мосинтраст» (г. Москва), ПО «Аквилон» (г. Санкт-Петербург), а также сотрудниками ООО «Судоремонтный завод» (г. Мариуполь) и ООО «Интрон-Сэт» (г. Донецк).

3

     Настоящее учебное пособие написано в соответствии с программой дисциплины «Новые ремонтные материалы и технологии в металлургии и машиностроении», читаемой студентам специальности «Металлургическое оборудование». Структура и объем отдельных разделов базируется на многолетнем опыте преподавания автором данной дисциплины в Приазовском государственном техническом университете (г. Мариуполь).
     Автор выражает большую благодарность сотрудникам кафедры, аспирантам и магистрам за помощь в разработке технологии ремонтов, их выполнении, а также в подготовке и оформлении рукописи.

4

ГЛАВА 1



            ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
            О ПОЛИМЕРНЫХ РЕМОНТНЫХ МАТЕРИАЛАХ


    В последние годы все большее применение в ремонтном производстве и в различных областях промышленности получают полимерные композиции. Применение в ремонтном деле пластических масс - эпоксидных смол, стиракрила, бутакрила и других - было известно и ранее [1-6]. В области ремонта станочного оборудования эти материалы применялись для восстановления размеров ходовых гаек и других быстроизнашиваю-щихся деталей. При этом в эпоксидную смолу добавлялись различные наполнители в виде металлической стружки, алюминиевой пудры и др., которые если и не изменяли механических свойств основного материала, то в отдельных случаях повышали его износостойкость, придавали ему требуемые цвет и фактуру. Однако широкого применения эти виды ремонтов не получили прежде всего из-за недостатков, присущих названным материалам: невысоких адгезионных свойств, недостаточной способности выдерживать температурные колебания, старения и т. п.
    Вторую жизнь эпоксидные композиции получили в результате появления возможности задавать свойства полимерных материалов в соответствии с требованиями практики. В первую очередь имеется в виду возможность разрабатывать материалы, сочетающие в себе свойства, которые в прошлом считались взаимно несовместимыми. Это часто достигается «легированием» полимеров, например, мелкодисперсными металлическими порошками. Задача здесь сводится к целенаправленному получению определенной внутренней структуры смесей, подобно тому, как это делают металлурги при разработке специальных сплавов.
    Применение различных наполнителей дает возможность на базе одной и той же полимерной матрицы получать ряд материалов с различными

5

свойствами. При этом наполнитель может оказывать влияние на свойства, характерные для полимерной матрицы, расширять интервал рабочих температур и повышать механические характеристики. Наполнители в виде мелкодисперсных металлических порошков придают полимерам свойства, присущие металлам (теплопроводность и электропроводность), хотя при определенном составе полимера можно добиться диэлектрических свойств полученной металлополимерной композиции.
     Для повышения эластичности полимеров в их состав вводят пластификаторы. Для повышения стойкости к воздействию тепла, света и предотвращения изменения свойств соединений в процессе эксплуатации добавляют специальные стабилизаторы. Ряд других компонентов, вводимых в ремонтные композиции, таких как загустители, ускорители, тиксотропные добавки, модифицируют состав композиции, улучшая механические, технологические или эксплуатационные характеристики.
     Результатом таких усовершенствований стал всплеск активности в применении новых полимерных композиций в различных видах ремонтов, в том числе и при восстановлении деталей машин, работающих в тяжелой промышленности. На мировом рынке появилась целая группа фирм, разрабатывающих такие материалы. К ним следует отнести группу немецких фирм (Multimetall, KG beta Petrochemie, Diamant metallplastic GMBH), группу американских фирм (Loctite, Devcon, Chesterton, Belzona), а также Thortex (Англия), Durmetal (Швейцария), Chester Molecular (Польша) и др.
     Отличительной особенностью ремонтных полимерных композиций от клеевых соединений, на базе которых они созданы, является способность этих композиций выполнять заданные функции при достаточно больших значениях толщины нанесенного материала. Если клеевые соединения характеризуются тонкой пленкой нанесенного клея (0,01-0,10 мм), то при использовании металлополимерных композиций слой нанесенного материала может быть от 0,5 мм до 10 мм и более. То есть ремонтные полимерные композиции являются фактически формообразующими материалами, с помощью которых можно решать широкий спектр ремонтных задач: восстановление рабочих поверхностей, наращивание, подгонка и т. д.
     Какие же свойства должны быть у этих материалов, чтобы обеспечить им широкое применение в промышленности? К ним следует отнести:
     - хорошую адгезию с металлом;
     - близкие к металлу деформационные характеристики;

6

     -  незначительные изменения свойств с изменением температуры;
     -  минимальную усадку при отвердевании;
     -  стойкость к воздействию внешних факторов;
     -  отсутствие вредных выделений, воздействующих на металл;
     -  минимальную подготовку поверхности;
     -  отвердевание без давления и без повышенных температур;
     -  длительный срок эксплуатации без изменения механических свойств;
     -  экологическая безопасность.
     Применение этих материалов наиболее эффективным представляется в тех отраслях производства, где по тем или иным причинам невозможно применить традиционные технологии ремонта, в том числе сварку. К таким причинам можно отнести: требования пожаробезопасности, невозможность длительной остановки производства, неблагоприятное термическое воздействие на восстанавливаемую деталь и необходимость применения при этом специальных технологий (например, сварка чугунных деталей) и т. д. К этим отраслям относятся:
     -  судовой ремонт;
     -  металлургическая промышленность;
     -  коксохимическое производство;
     -  газопроводы, нефтепроводы и перекачивающее оборудование;
     -  аэрокосмическая техника.
     В других производствах возможно также достаточно эффективное применение таких материалов, например, восстановление с помощью полимеров направляющих металлорежущих станков, ремонт крупногабаритных машин на месте эксплуатации без демонтажа, восстановление дефектных отливок и многое другое, о чем пойдет речь в последующих разделах.

7

ГЛАВА 2



            КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ РЕМОНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ


    Количество разработанных полимерных композиций столь велико, что для их описания и оценки свойств необходимо выполнить соответствующую классификацию. На рис. 1 представлена схема, на которой ремонтные полимерные материалы сгруппированы по их назначению и составу. Естественно, предложенная классификация не может охватить всех наименований материалов, производимых и применяемых в мире и предназначенных для использования в области ремонта оборудования. Кроме того, появляются новые производители, изменяются названия материалов в случае смены собственника фирмы и т. п. Тем не менее, перечень упомянутых фирм и наименований материалов, собранный в течение 15 лет в результате переписки и сотрудничества с производителями материалов, сбора информации на выставках и анализа большого количества рекламной продукции, поступающей на отечественные металлургические и машиностроительные предприятия, охватывает большинство фирм-производителей ремонтных материалов и клеевых композиций.
    Анализ приведенной схемы позволяет выделить ряд фирм, которые предлагают материалы практически во всех группах. К ним относятся, прежде всего, Diamant metallplastic GMBH, KG beta Petrochemie, Devcon, Multimetall. В последующем изложении подробно рассмотрены материалы, выпускаемые фирмой Diamant metallplastic GMBH, из каждой группы материалов, приведенных на рис. 1. Этот выбор обусловлен и наиболее широким представительством материалов этой фирмы в различных группах предложенной классификации, и тем обстоятельством, что свойства именно этих материалов были подробно изучены автором в процессе разработки ремонтных технологий, прежде всего, в тяжелой промышленности. Необходимо отдать должное и тому подходу, который используется фирмой Diamant metallplastic GMBH в своей производственной деятельности.


8

Пластикметаллы фирмы Diamant metallplastic

Рисунок 1 - Классификация полимерных ремонтных материалов

9

     При возникновении необходимости решения той или иной ремонтной задачи в практической деятельности и при отсутствии в имеющейся номенклатуре требуемого материала для ее решения фирмой с помощью специализированных научных организаций создаются полимерные композиции целевого, иногда довольно узкого, назначения с требуемыми свойствами. Как результат такой деятельности - наличие десятков модификаций материалов только в одной подгруппе, а в сумме их количество приближается к ста наименованиям и модификациям. В качестве примера можно привести сравнительно недавнюю историю создания материала для ремонта и монтажа мостовых сооружений, который должен был сочетать в себе стандартную прочность, повышенный модуль упругости, требуемую пластичность при нанесении, плавный набор прочности в процессе полимеризации. Выполнение этих условий позволило разработать уникальный материал - мультиметалл-сталь 1018, который в настоящее время широко применяется при строительстве и ремонте мостовых сооружений, а также при восстановлении проемов рабочих клетей прокатных станов.
     Знание свойств всего перечня продукции позволяет достаточно быстро подобрать требуемый материал для решения конкретной производственной проблемы. Кроме материалов фирмы Diamant metallplastic GMBH дана также краткая оценка материалов других производителей, сведения о которых почерпнуты из литературы и рекламных фирменных проспектов.
     Приведенные далее технические показатели материалов были получены фирмой Diamant metallplastic GMBH в результате испытаний по методикам, изложенным в следующих стандартах:

Предел прочности при сжатии -      DIN 53454 
Предел прочности при растяжении -  DIN 53455 
Предел прочности при изгибе -      DIN 53452 
Предел прочности при срезе -       DIN 53283 
Модуль упругости -                 DIN 53457 
Ударная вязкость -                 DIN 53453 
Твердость по Шору -                DIN 53505 
                                   ASTM D1706
Вязкость -                         DIN 53211 
Модуль упругости для эластомеров - DIN 53455 
Относительное удлинение -          DIN 53455 

10