2009-04-02
Eksploatacja techniczna
Zakres treści wymaganych w ramach tematu:
Regeneracja części maszyn za pomocą klejów i tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne
Materiały o bardzo różnych właściwościach mechanicznych; znamienna jest ich odporność na korozję, odporność chemiczna, lekkość czy elastyczność w niskiej temperaturze
Materiały o bardzo różnych właściwościach mechanicznych; znamienna jest ich odporność na korozję, odporność chemiczna, lekkość czy elastyczność w niskiej temperaturze
Podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych są związki wielocząsteczkowe (polimery),
Polimery powstały ze związków o małej masie cząsteczkowej (manomery) oraz o większej masie cząsteczkowej tzw. oligomery (żywice)
Polimery mogą mieć budowę liniową, rozgałęzioną lub usieciowaną.
Budowa polimerów przesądza o właściwościach tworzywa.
Polimery o budowie liniowej i rozgałęzionej wykazują właściwości termoplastyczne.
Polimery usieciowane (szczególnie silnie usieciowane) są nierozpuszczalne i nie miękną pod wpływem temperatury. Zwarta budowa polimerów powoduje ich kruchość.
Właściwości tworzywa zależą również od warunków polimeryzacji. Gdy w reakcji biorą udział cząstki różnych manomerów, otrzymuje się tzw. kopolimery, które mogą mieć unikalne właściwości.
Tworzywa zawierają substancje nadające im określone właściwości.
Substancje dodawane do tworzywa można podzielić na:
napełniacze,
plastyfikatory,
stabilizatory,
opóźniacze palenia.
Plastyfikatory wskutek zwiększania odległości pomiędzy łańcuchami mikrocząsteczek osłabiają wiązania międzycząsteczkowe van der Waalsa, tworzywo staje się bardziej elastyczne.
Stabilizatory zapobiegają zmianom właściwości polimeru pod wpływem czynników atmosferycznych, przede wszystkim tlenu, promieni ultrafioletowych i ciepła.
Właściwości tworzyw sztucznych
Jeżeli głównym składnikiem dodawanym do tworzywa są włókna lub tkanina otrzymujemy laminaty.
W materiałach kompozytowych stosuje się włókna węglowe, szklane, aramidowe i inne.
Polietylen (PE). W zależności od sposobu otrzymywania uzyskuje się polietyleny o różnej gęstości i różnych właściwościach.
Polietylen o ultra dużej masie cząsteczkowej (UMWPE) odznacza się wysoką odpornością na ścieranie, niskim współczynnikiem tarcia i samosmarnością.
Przykładowo: po obróbce powierzchni polietylenu strumieniem jonów z użyciem akceleatora van der Graffa uzyskano warstewkę kilkakrotnie twardszą od stali nierdzewnej i bardzo odporną na ścieranie.
Inne tworzywa:
Polipropylen (PP).
Polichlorek winylu (PCV)
Polimetakrylan metylu (PMM - plexiglas, metapleks)
Polistyren (PS)
Policzterofluoroetylen (PTFE), w kraju nazywany tarflem (nazwa teflon jest zastrzeżona dla produktów firmy amerykańskiej).
Poliamid alifatyczny (PA)
Poliamid aromatyczny
Aminoplast
Poliformaldehyd
Poliwęglan (PC)
Poliuretan (PU)
Regeneracja części maszyn
za pomocą tworzyw sztucznych
Właściwości tworzyw sztucznych umożliwiają wykorzystanie ich do regeneracji części maszyn wykonanych z metalu
Można regenerować czopy, otwory pod łożyska, powierzchnie robocze tłoków hydraulicznych itp. Regeneruje się poprzez nakładanie powłok
Powłoki z tworzyw sztucznych wykonuje się metodą fluidyzacji, natryskiwania płomieniowego, nanoszenia tworzywa w postaci taśmy
Nanoszenie powłok metodą fluidyzacji
Zjawisko fluidyzacji polega na unoszeniu drobnych cząstek materiału przez strumień gazu. (Przykłady wykorzystania zjawiska fluidyzacji)
Nanoszenie powłoki metodą fluidyzacji polega na zanurzeniu ogrzanej części w obszar proszku, który jest unoszony strumieniem gazu.
Cząstki proszku osiadają na nagrzanej powierzchni, grubość warstwy jest funkcją czasu przetrzymywania i rodzaju tworzywa.
Na powłoki stosuje się tworzywa poliamidowe, epoksydowe lub polichlorek winylu
Przed nałożeniem powłoki powierzchnia powinna być odpowiednio obrobiona (piaskowanie, śrutowanie, skrawanie), zaś inne powierzchnie - ochrania się pastą silikonową.
Tworzywo sztuczne w formie proszku jest podawane przez strumień powietrza do palnika gazowego (pierścieniowego), gdzie się ogrzewa i następnie kierowane na pokrywaną powierzchnie.
Pokrywana powierzchnia powinna być odpowiednio obrobiona mechanicznie i podgrzana do temperatury zależnej od rodzaju tworzywa.
Poliamid dobrze nadaje się na tulejki do regeneracji zużytych otworów, ma niski współczynnik tarcia oraz dużą odporność na zużycie w parach kinematycznych o niskich naciskach jednostkowych i ograniczonych prędkościach ślizgania. Poliamid ma ok. 200 razy mniejszą przewodność cieplną w porównaniu do stali.
Klej to substancja służąca do łączenia materiałów, zawiera w swym składzie spoiwo o odpowiedniej przyczepności (adhezji) i spójności wewnętrznej (kohezji) oraz pomocniczo inne substancje np.: rozpuszczalniki, plastyfikatory, utwardzacze, rozcieńczalniki itp.
Osiągnięcia chemii owocują dużą różnorodnością klejów, stosowanych w budowie i naprawach maszyn.
Jako zalety przykładowo można wymienić:
Łączenie elementów wykonanych z różnych materiałów,
Równomierność rozkładu naprężeń w złączach,
Łatwość łączenia,
Niski koszt
Wadą technologii klejenia jest niewielka wytrzymałość złączy w wysokiej temperaturze
Podział klejów ze względu na rodzaj rozpuszczalnika
Wodne, rozpuszczalnikiem spoiwa woda
Dyspersyjne (emulsyjne), zawiesina rozdrobnionego spoiwa w cieczy,
Rozpuszczalnikowe, spoiwo rozpuszczone jest rozpuszczalnikiem organicznym,
Topliwe (bez rozpuszczalnika)
Proces przechodzenia kleju ze stanu ciekłego w stan stały
może mieć charakter fizyczny (odparowanie rozpuszczalnika, krzepnięcie rozgrzanego kleju) lub chemiczny
Wiązanie chemiczne kleju następuje po dodaniu utwardzacza (klej chemoutwardzalny), lub pod wpływem czynników otoczenia:
woda w powietrzu (klej cyjanoakrylowy),
brak dostępu powietrza (klej anaerobowy),
Temperatura (klej termoutwardzalny),
Promienie ultrafioletowe (klej do klejenia szkła)
Wytrzymałość złącza klejonego oznacza naprężenie, przy którym następuje zniszczenie spoiny klejowej lub łączonego materiału.
W zależności od kierunku działania siły w stosunku do powierzchni złącza rozróżnia się wytrzymałość na:
Odrywanie,
Ścinanie,
Oddzieranie (dla materiałów wiotkich)
Przykładowa wytrzymałość złącza klejonego
Klejów do metali (na ścinanie):
Klejenie na zimno 10 - 30 MPa,
Łączenie na gorąco 20 - 60 MPa
Wytrzymałość złącza klejonego jest większa na ścinanie niż na odrywanie lub oddzieranie.
Dobre złącze klejowe, po przekroczeniu wytrzymałości, powinno rozwarstwiać się w spoinie (rozwarstwienie kohezyjne).
Operacje w technologii klejenia:
Przygotowanie powierzchni,
Przygotowanie masy klejowej,
Powlekanie powierzchni klejem,
Łączenie i prasowanie,
Sezonowanie złącza,
Wykańczanie.
Kleje chemoutwardzalne
Kleje epoksydowe (żywica epoksydowa + utwardzacz, np. Distal, Poxipol) - b dobra przyczepność do różnych materiałów. Kleje te służą do klejenia metali, ceramiki, szkła, betonu, drewna, gumy i niektórych tworzyw sztucznych Są odporne na działanie wody, olejów, benzyny i innych rozpuszczalników organicznych. Nie są odporne w stosunku do benzenu, acetonu i trójchloroetylenu.
Żywica poliestrowa - ma mniejszą wytrzymałość niż ż. epoksydowa.
Korzystniejsza cenowo.
Odporna na większość kwasów, zasad i rozpuszczalników.
Używana do produkcji zbiorników, karoserii, obudów mechanizmów, do budowy łodzi, na pokrycia dachowe itp.
Wykorzystywana do produkcji dwuskładnikowych szpachlówek, które szybko wiążą, łatwo dają się obrabiać.
Wiążą tyko wtedy, gdy nie ma dostępu powietrza. Np. ściśle przylegające do siebie łączone powierzchnie przedmiotu. Metal działa ponadto jako katalizator. Przykładowo: wykorzystuje się do uszczelniania połączeń gwintowych, zamiast uszczelek pod pokrywy, do połączeń przenoszących moment obrotowy (zamiast wpustów czy klinów).
Klejenie zastępuje spawanie i nie powoduje naprężeń
Kleje stosuje się w naprawach uszkodzonej karoserii, do pękniętych korpusów, do uszczelniania zbiorników itp.
Najczęstszą technologią regeneracji jest nakładanie kleju na ubytki masy, dodanie wzmocnienia w postaci tkani, włókien sztucznych lub metalowych klamer
Przykłady zastosowania chemoutwardzalnych materiałów
Osadzanie łożysk tocznych i panewek łożysk ślizgowych w zużytych gniazdach,
Naprawa pęknięć i wyrwań ścianek korpusu silnika, skrzyni przekładniowej, zbiorników, rurociągów itp.
Przywracanie wymiarów nominalnych czopom wałów i osi
Naprawa uszkodzonych otworów gwintowych
Wykonywanie powierzchni o dużym współczynniku tarcia na np. rolkach hamowni, kołach pasowych itp.