У Пермi визначили, як покращити віброізоляцію трубопроводів.
Стаття опублікована в журналі INGENIERIA UC. Робота виконана за підтримки Російського Наукового Фонду.
У трубопроводах, які використовуються в авіації, ракетобудуванні, суднобудуванні та інших галузях промисловості, застосовують тонкослойні резино-металеві елементи, наприклад, гнучкі вставки, компенсатори, прокладки та опори. Це деталі, в яких тонкий шар гуми з'єднаний з металевими фрагментами. Таким чином, вони поєднують властивості двох матеріалів: гума має хороші віброізоляційні властивості та забезпечує герметичність з'єднань, запобігаючи витокам, а метал надає цим елементам високу міцність і жорсткість. Це необхідно для кращого збереження обладнання в енергетичному та транспортному машинобудуванні, суднобудуванні, в нафто- та газопроводах.
Вібрація, що передається трубопроводами в процесі роботи, може призводити до поломок, просідання ґрунту та навіть аварій, тому віброізоляція – важлива властивість резино-металевих елементів. Від якості їх виробництва залежить ефективний і стабільний захист обладнання.
Вчені Пермського Політеху проаналізували різні технології виготовлення тонкослойних резино-металевих елементів і назвали найоптимальніші матеріали з найкращими для цих цілей властивостями.
У структурі таких деталей важливі три компоненти: гума, метал і клейова суміш, яка їх з'єднує. Тому надійне функціонування виробів, в першу чергу, залежить від характеристик цих матеріалів. Основна причина відмови обладнання – це втрата герметичності через порушення склеювання та появу відшарувань, тому особливу увагу політехніки приділяли вивченню еластичних гум у поєднанні з клейовими композиціями.
«Ми провели ряд випробувань різних зразків резино-металевих елементів на спеціальному стенді, який відтворює вібрації в частоті від 20 до 200 Гц. Експерименти показали, що найкращими пружними та міцними властивостями володіє гума з поліїзопрену (синтетичного та натурального). Окрім високої міцності, вона має й кращі технологічні властивості: під час обробки деталей відразу утворює щільну гладку заготівлю, а також швидко перетворюється на гуму», – розповідає Олександр Шайдуров, аспірант кафедри механіки композиційних матеріалів та конструкцій ПНІПУ.
«Підготовка металевої поверхні – наступний крок для забезпечення надійного з'єднання гуми та металу. Згідно з проведеними дослідженнями, найкраще себе показує піскоструйна обробка – це процес, коли потік стисненого повітря під сильним тиском вибиває на поверхню металу дрібні тверді частинки піску або сталевого порошку. Ударяючись об поверхню, вони з високою швидкістю впливають на метал, надаючи поверхні шорсткість, що впливає на міцність зчеплення», – пояснює Галина Шайдурова, професор кафедри механіки композиційних матеріалів та конструкцій ПНІПУ, доктор технічних наук.
Клейова система повинна міцно з'єднувати між собою гуму та метал. Фінальні етапи експериментів показали, що найкраще таке зчеплення забезпечує система клею за схемою «праймер + покривний шар» та операція підтримання заданої температури на етапі совулканізації клею та еластомера, щоб зберігати стабільність його властивостей.
Загальні результати дослідження вчених Пермського Політеху дозволяють підвищити показник міцності адгезійного з'єднання гуми та металу в резино-металевих елементах у 2-2,5 рази з використанням і інших гум на основі етилен-пропіленових, бутадієн-нітрильних та змішаних каучуків. Висновки зроблені на основі осьових випробувань та перевірки на розтягнення за ГОСТом. Це значно знижує передачу вібрації по лінії трубопроводів і забезпечує їх безвідмовність при роботі в умовах високих навантажень. Комбінація каучуків зі смолами призводить до покращених результатів за вібраційними параметрами. Дослідження в цьому напрямку важливі для реалізації нових проектів для МНС та машинобудівників.