CC BY
32
УДК 532.1
В. В. Воронов, А. В. Чурилин*, Ю.А. Черненко, Н. П. Жуков
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», Тамбов, Россия 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва А-47, Миусская пл., 9 * e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДНОЙ ЭМУЛЬСИИ СОПОЛИМЕРА ЭТИЛАКРИЛАТА, ДИМЕТАКРИЛОВОГО ЭФИРА ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ И МЕТИЛОЛМЕТАКРИЛАМИДА
Работа посвящена изучению реологических свойств водной эмульсии сополимера этилакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида. Проведенные исследования позволили предложить способ импрегнирования абразивного инструмента с применением стадии термофиксации импрегнатора.
Ключевые слова: импрегнирование; абразивный инструмент; реологические свойства.
Для повышения эксплуатационных свойств абразивных инструментов (АИ) и энергоэффективности процесса абразивной обработки, широко применяют процессы импрегнирования АИ, т.е. заполнение пор специальными веществами [1].
Из достаточно широкого диапазона импрегнаторов наиболее перспективными признаны органические соединения на углеводородной основе, обеспечивающие низкоэнергетическую интенсивность химического взаимодействия с обрабатываемым металлом [2].
Был выбран сополимер этилакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде - Эмукрил М [3, 4].
Исследование вязкости Эмукрила М проводили на ротационном вискозиметре «Реотест 2».
Изучались реологические свойства импрегнатора в зависимости от скорости сдвига в широком интервале температур. Полученные реологические кривые свидетельствуют о том, что характерной особенностью течения импрегнатора Эмукрил М является неподчинение уравнению Ньютона. Кривые течения Эмукрила М не подчиняются линейному закону, но проходят через начало координат. Такую жидкость называют псевдопластичной. Установлено, что с ростом температуры вязкость падает, а реологическое поведение дисперсии описывается степенным законом. По результатам экспериментальных данных были определены реологические константы для различных режимов испытаний.
Отмечено, что для аномально вязкой жидкости, какой является Эмукрил М, с ростом времени выдержки при температурах свыше 55°С вязкость существенно зависит от предыстории, величины касательных напряжений и времени. Последнее объясняется тем, что эмульсия начинает терять свою устойчивость, происходит разрушение эмульгирующего слоя, частицы полимера начинают коагулироваться.
Полученные экспериментальные данные должны учитываться в расчетах режимов работы технологического оборудования при пропитке и сушке импрегнированного инструмента.
Исследования реологических свойств импрегнаторов проводились на двух системах цилиндров, главным отличием которых были величина кольцевой щели и площадь контакта с исследуемым материалом. Варьируемыми параметрами были скорость вращения рабочего цилиндра, температура и время нахождения дисперсии в измерительной камере.
ог, Па 12 9 6 3
0 -1
Рис. 1. Реологические кривые импрегнатора Эмукрил М при различных температурах:
1 - 20°С, 2 - 30°С, 3 - 50°С, 4 - 60°С
В ходе эксперимента были получены данные, позволяющие рассчитать скорость и напряжение сдвига, динамическую вязкость.
На рис. 1 представлены реологические кривые, характеризующие изменение напряжения сдвига (ог) от скорости сдвига (у г).
На основании представленных данных можно сделать вывод, что эмульсия Эмукрил М относится к псевдопластичным жидкостям. Реологическая кривая Эмукрила М описывается уравнением Шульмана:
оГ =
С П'+(п р ■ У г£
(1)
где п и т - постоянные величины; ор- предел текучести; пр - пластическая вязкость, характеризующая подвижность среды.
Зависимости динамической вязкости Эмукрила М от скорости сдвига при различных температурах представлены на рис. 2.
л
мПа'
1 2 3 4
0 3 6 9 12 Уг'10-2,с-
Рис. 2. Изменение вязкости импрегнатора Эмукрил М от скорости сдвига при различных температурах: 1 - 20°С, 2 - 30°С, 3 - 50°С, 4 - 60°С
Существенный интерес вызывает такое свойство дисперсии как устойчивость при повышенных температурах. С этой целью исследуемый материал помещался в измерительный цилиндр, термостатировался при определенной температуре и подвергался испытаниям, после чего выдерживался определенный промежуток времени, и вновь эмульсия подвергалась испытаниям при той же температуре. При переходе на другой температурный режим эмульсия менялась на свежую. В ходе этого эксперимента было отмечено весьма интересное поведение дисперсии. При температурах ниже 50°С поведение Эмукрила М было весьма предсказуемым и кривые, полученные при различных временах выдержки, были одинаковыми. Иная картина наблюдалась при температурах выше 50°С. Так, получая реологическую кривую при данной температуре, дисперсия выдерживалась в цилиндре в течение пятнадцати минут и снова подвергалась испытаниям. Полученная реологическая кривая, как правило, уже отличалась от предыдущей кривой. При повышении температуры такое поведение выражалось в более наглядной форме. На рис. 3 представлена реологическая кривая
дисперсии Эмукрил М, снятая при температуре 60°С и различных временах выдержки, в координатах Ог - уг.
Па 8 6 5 3 2
0 3 6 9 12 Уг'10-2,с-1
Рис. 3. Реологические кривые импрегнатора Эмукрил М с различными временами выдержки: а - 1 мин., б - 15 мин, в - 30 мин. Температура 60°С
Как видно из представленных данных, сдвиговое напряжение уменьшается с течением времени, хотя скорость сдвига и температура дисперсии остаются постоянными. Такое поведение дисперсии можно объяснить следующим образом.
При достижении определенной температуры эмульсия начинает терять свою устойчивость, происходит разрушение ее структуры, частицы полимера начинают коагулироваться друг с другом и налипать на поверхности, контактирующие с ним.
Концентрация полимера в растворе уменьшается, что и влечет за собой уменьшение сдвигового напряжения, а получаемые кривые начинают приближаться к кривым ньютоновских жидкостей. Образование пленки можно наблюдать на поверхностях рабочих цилиндров. Если при 55°С наблюдаются сгустки полимера, то при 60°С наличие пленки имеет ярко выраженный характер. Толщина пленки увеличивается в зависимости от времени пребывания дисперсии в рабочем зазоре. Попытка проведения данного опыта на цилиндре с меньшим радиальным зазором не увенчалась успехом вследствие того, что в меньшем зазоре процессы коагуляции и слипания частиц протекали с большей интенсивностью.
При температурах выше 50°С полимерная эмульсия начинает терять устойчивость. Происходит налипание частиц сополимера на контактирующие с ней поверхности. Это может использоваться для фиксации импрегнатора в порах круга путем выдержки пропитанного инструмента в горячей воде, что позволит предотвратить перемещение импрегнатора к поверхности шлифования и из крупных пор круга при дальнейшей операции сушки. Применение вращения при пропитке и сушке позволяет снизить дисбаланс кругов, что положительно сказывается на дальнейшей работе АИ [5,6].
На основании проведенных исследований [7] был предложен способ импрегнирования АИ в условиях машиностроительных заводов.
п
3
2
Воронов Виктор Владимирович студент ФГБОУВПО «Тамбовский государственный технический университет», Россия, Тамбов
Чурилин Алексей Владимирович к.т.н., доцент кафедры «Энергоэффективные системы» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», Россия, Тамбов
Черненко Юрий Александрович аспирант кафедры технологии переработки пластических масс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Жуков Николай Павлович к.х.н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Энергообеспечение предприятий и теплотехника» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», Россия, Тамбов
Литература
1. Оробинский В.А. Абразивные методы обработки и их оптимизация. М.: Машиностроение, 2000. 314 с.
2. Жуков Н.П., Майникова Н.Ф., Воробьев Ю.В. Исследование взаимного влияния динамически контактирующих абразивов, полимеров и металлов на их поверхностное диспергирование // Вестник Тамбовского государственного технического университета, 1997. Т. 3. № 3. С. 298-305
3. Чурилин А.В. Кинетика и аппаратурно - технологическое оформление процессов пропитки и сушки абразивного инструмента: дисс... канд. техн. наук. - Тамбов., 2004. 223 с.
4. Чурилин А.В. Жуков Н.П. Импрегнирование инструмента с целью повышения энергоэффективности абразивной обработки // Достижения вузовской науки, 2013. №6. С. 127131
5. Жуков Н.П., Павлов Н.В., Елисеева В.И. Влияние гидродинамических режимов смешения на коллоидные свойства эмульсионной полимеризационной системы // Коллоидный журнал, 1977. № 5. Т. 9, С. 841-846
6. Жуков Н.П., Павлов Н.В., Елисеева В.И. Влияние гидродинамического взаимодействия на кинетику эмульсионной полимеризации этилакрилата и коллоидную устойчивость латексов // Коллоидный журнал, 1979. № 4. Т. 41, С. 654-660
7. Пат. 2284895 Российская Федерация, МКИ В24Д 3/34. Способ импрегнирования абразивного инструмента / Майникова Н.Ф., Жуков Н.П., Дмитриев В.М., Чурилин А.В. // Б.И. №28. 2006
Voronov Viktor Vladimirivich, Churilin Aleksey Vladimirivich*, Chernenko YuriyAleksandrovich, Zukov Nikolay Pavlovich
Tambov state technical University, Tambov, Russia
D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *e-mail: [email protected]
STUDY OF FLOW CHARACTERISTICS AQUEOUS EMULSION COPOLYMER OF ETHYL ACRYLATE, ETHYLENE GLYCOL AND DIMETAKRILOVOGO METHYLOLMETHACRYLAMIDE
Abstract
Work is devoted to the study of the rheological properties of aqueous emulsion copolymer of ethyl acrylate, ethylene glycol ether dimetakrilovogo methylolmethacrylamide. Studies suggest a way to allow impregnation of abrasive tools using the fusing step impregnator.
Key words: impregnation; abrasive tools; flow properties.
