CC BY
1Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 10. №7. 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/104
УДК 678 https://doi.org/10.33619/2414-2948/104/40
НАБУХАЕМОСТЬ ДЕТАЛЕЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
©Хейрабади Г., Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджан, [email protected] ©Мусави С., Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан, [email protected]
SWELLING OF SEALING ASSEMBLES PARTS MANUFACTURED FROM COMPOSITE MATERIALS
©Kheyrabadi Q., Azerbaijan State University of Oil and Industry, [email protected] ©Musavi S., Azerbaijan State University of Oil and Industry, [email protected]
Одним из преимуществ пластических масс по сравнению с металлами и другими материалами является то, что существуют очень простые и недорогие способы изготовления изделий. Известно множество способов изготовления изделий из пластических масс. Применение их зависит от конфигурации изготавливаемого изделия, требуемых от него технических условий, его назначения и экономической эффективности. Наиболее распространенными являются в основном экструзия при производстве крупногабаритных изделий, в том числе труб, листовых материалов, полотен, различных профилей, стержней, а также при производстве среднегабаритных изделий. и мелких деталей с точки зрения количества, давления при литье и методах прессования. По экономическим показателям следует учитывать и заранее группировать оптимальный способ приготовления любых композиционных материалов. Большое значение имеет разработка новых технологических методов изготовления деталей и изделий из полимеров и их композиций.
One of the advantages of plastics over metals and other materials is that there are very simple and inexpensive ways to make products from them. It is known that there are more than 100 methods for manufacturing plastic products. The use of these methods depends on the configuration of the product being manufactured, the technical conditions required of it, its purpose and economic efficiency. Although there are more than 100 processing methods, the most common of them are mainly extrusion in the production of large-sized products, including pipes, sheet materials, webs, various profiles, rods, as well as in the production of medium-sized products. and small parts in terms of quantity, casting pressure and pressing methods. Based on economic indicators, the optimal method for preparing any composite materials should be taken into account and grouped in advance. The development of new technological methods for manufacturing parts and products from polymers and their compositions is of great importance.
Ключевые слова: композиционные материалы, набухание полимеров, поликарбонат, метал, графит, полиамид.
Keywords: composite materials, swelling of polymers, polycarbonate, metal, graphite, polyamide.
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice https://www.bulletennauki.ru
Т. 10. №7. 2024 https://doi.org/10.33619/2414-2948/104
В настоящее время все шире применяются в качестве материалов для уплотнительных деталей различные композиционные материалы на полимерной основе. Однако наряду с механическими процессами износа, причиной разрушения уплотнительных деталей из этих материалов является также набухание полимеров-увеличение их объема и массы, а при постоянном объеме детали, возникновение высоких напряжений в несколько сотен МПа.
При исследовании процесса бурения турбобуром, статор и ротор трубины которого были изготовлены из капрона, исследователи Московского нефтяного универститета обнаружили существенное торможение в паре статор-ротор ввиду набухания материала из этих деталей трубины. Известно, что набухание полимерных материалов в процессе эксплуатации приводит к изменению массы и размеров деталей и, как правило, отрицательно сказывается на механических характеристиках материала [1].
Для уменьшения набухаемости полимерных материалов в его состав вводят графит, металлы и другие измельченные материлы, что позволяет расширить область применения этих полимерных материалов. В отличие от других исследований, в данной работе приведены результаты испытаний по изменению массы и размеров уплотнительных деталей нефтепромыслового оборудования, которые приводились в реальных условиях, т.е с использованием нефтепрмысловой воды и в трансформаторном масле марки Т-750, которое широко применяется на практике [2-6].
В качестве испытываемых материлов были взяты наряду с относительно мало исследованными материалами-поликапроамид Б, поликарбонат, полиамид, АТМ-2 (антифрикционный термопластичный материал), также композиционные материалы на полимерной основе, разработанные на кафедре «Машиностроение и материаловедение» Азербайджанской государственной университет нефти и промышленности (ПТГМ-полиамид+термоантрацит+графит+медь,ПЭТГМ-полиэтилен+термо-антрацит+графит+медь, ПЭГМ-полиэтилен (Баку)+графит+медь) (Таблица).
В литературе приводятся справочные данные для изменения массы и размеров деталей из различных пласстмасс в течение 24 ч, иногда за 4...10 суток, редко в течение 1 года, но, как правило, в дистиллированной воде (5т) меняется в пределах 2,3...14% и для ограниченного числа материалов (например, для полиамида марки П-68, капрона, стеклопластика марки НСП-1 и др [1, 2]).
Обработка полученных экспериментальных данных по набухаемости может производиться по различным моделям. Ряд авторов рекомендуют в качестве модели обработки принять дробно-линейную функцию вида:
5т~ а + Ът
8, =
а1 + Ъ1т
(1)
(2)
где 8т и 5а — относительное, увеличение массы и диаметра изделия, а, а, Ь, Ь — коэффиценты, найденные экмпериментально.
Данная модель удобны тем, что она, будучи нелинейной, может быть приведена к линейному виду, а адекватность модели может быть проверена графически (в координатах т-5/т). Кривые уравнения (1) и (2) имеют асимптоты, равные:
5m max 1/b 5d max= 1/b
(3)
(4)
T
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 10. №7. 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/104
которые при адекватности модели соотвествуют предельным значениям увеличения массы и размеров испытываемых деталей из полимеров.
Экспериментальные данные увелечения линейного размера (диаметра) изделий в промысловых водах и минеральном масле в зависимости от времени.
Таблица
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ УВЕЛИЧЕНИЯ МАССЫ ИЗДЕЛИЙ
Материал Поликапроамид-Б Поликарбонат Полиамид П6 Композиционный материал ПТГМ
Начальная масса (г) 12,61 20,73 101,12 21,56
Время (сутки) Увеличение массы Относительное увеличение массы (%) увеличение массы Относительное увеличение массы (%) увеличение массы Относительное увеличение массы (%) Увеличение массы Относительное увеличение массы (%)
0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0,6 4,76 0,36 1,74 0,24 0,24 0,13 0,6
10 0,97 7,69 0,56 2,7 0,37 0,37 0,21 0,97
15 1,25 9,91 0,71 3,42 0,48 0,47 0,27 1,25
20 1,4 11,1 0,81 3,91 0,56 0,55 0,35 1,62
25 1,49 11,82 0,84 4,05 0,6 0,59 0,38 1,76
30 1,5 11,9 0,85 4,1 0,61 0,6 0,41 1,9
Начальны 36,01 34,97 62,12 77,95
й диаметр (мм)
й
т
е р
е и н е ч и лие
50
а р
а и д
е
о
н
.о
§
е и
н е ч ие
а р
О
о
н т
О
ле ле м
^ й
д
а р
е и н е ч
им
ел иам
50 й >> ^
е
О
н
.о
§
е и
н е ч ии
О ч
о
н т
О
а р
ем ^ й
д
а р
е и н е ч
им
ел иам
50 й >> ^
е
О
н
.о
§
е и
н е ч ие
О
о
н т
О
а р
ле ле м
so § ^ й
д
е и н е ч и лие
50
а р
а и д
е
о
н
.о
§
е и
н е ч ии
О ч
о
н т
О
а р
ем ^ й
д
0 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00
5 0,12 0,34 0,09 0,24 0,06 0,10 0,04 0,13
10 0,20 0,54 0,15 0,43 0,11 0,17 0,07 0,22
15 0,26 0,71 0,21 0,59 0,16 0,25 0,10 0,32
20 0,30 0,83 0,25 0,71 0,19 0,31 0,13 0,39
25 0,34 0,94 0,29 0,81 0,22 0,36 0,16 0,46
30 0,36 1,00 0,30 0,86 0,25 0,40 0,18 0,52
Испытания в деталей в виде зубчатых колес (с начальной массой 20,73 г, наружным диаметром 36 мм), уплотнительных колец (с начальной массой 101,92 г, наружным диаметром 62 мм) на увелечение массы и размеров проводили в промысловой воде и в трансформатоном масле, заливаемом в электродвигатели погружных центробежных насосов.
5т, %
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №7. 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/104
Результаты экспериментов представлены на Рисунках 1, 2 и 3. Анализ этих зависимостей показывает, что за 30 суток испытаний в промысловой воде из исследованных материалов наибольшее увелечение массы наблюдается у деталей из капрона (0,12%), а наименьшее у деталей из полиамида (0,60%).
Наибольшее увеличение размеров имело место у деталей из капрона (1,0%), а наименьшее у деталей из полиамида (0,40%).
Однако, следует отметить, что скорость набухания изделий в промысловой воде и масле для исследованных материлов различна, как и предельные значения относительного увелечения массы и размеров.
За 9 суток испытаний в трансформаторном масле наибольшее увелечение массы было у деталей из ПЭГМ (6,0%), а наименьшее из АТМ2 (0,58%).
12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0
о Я Ю 1Я ЭП ?К 30
Рисунок 1. Экспериментальные данные зависимости относительного увеличения массы изделий в промысловой воде от времени
0 5 10 15 20 25 30
Рисунок 2. Экспериментальные данные зависимости относительного увеличения диаметра уплотнительных изделий от времени (в промысловой воде)
Обработка полученных экспериментальных данных по предложенной методике показала, что наиболее продолжителен процесс набухания у деталей из полиамида (95% ôm
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 10. №7. 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/104
тах за 227 дней, при этом 5т тах = 1,77%); наименее из АТМ-2 (29 дней), но больше всего подвержены набуханию детали из ПЭГМ (95% 5т тах за 184 дня, при этом 5т тах = 21,37%).
Рисунок 3. Экспериментальные данные зависимости относительного увеличения массы изделий в тансформаторном масле от времени
Дальнейшие экспериментальные исследования по набухаемости уплотнительных деталей из полимерных материалов и композиций на их основе в реальных условиях позволяет более целенаправленно подбирать состав композиционных материалов, прогнозировать их износ во времени и в целом повысить их работоспособность.
Список литературы:
1. Шрейбер Г. К., Шибряев Б. Ф., Полферов А. П., Перлин С. М. Конструкционные материалы в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности. М.: Гостоптехиздат, 1962. 382 с.
2. Джураева Л. Р., Баракаев У. А. Определения набухания полимерные гидрогеля // Conferencea. 2022. С. 93-94.
3. Рагимов A. M., Азизов А. Г., Хейрабади Г. С. Исследование набухаемости деталей уплотнительных устройств из новых композиционных материалов в реальных условиях // Пластические массы. 2007. №5. С. 49-50. EDN IAJJHB.
4. Kusnierek K., Woznicki T., Treu A. Quality control of wood treated with citric acid and sorbitol using a handheld Raman spectrometer // Journal of Cleaner Production. 2024. V. 434. P. 139925.
5. Рахимова Н. А. и др. Полимерный материал с новыми свойствами на основе химически модифицированного полипропилена // Вестник Казанского технологического университета. 2017. Т. 20. №10. С. 76-78.
6. Longuetaud F., Mothe F., Bakhshieva M., Chubinskii A., Tambi A., Charpentier P., Bombardier V. Исследование процесса идентификации древесных пород по макроскопическим признакам с использованием компьютерной томографии // Izvestija Sankt-Peterburgskoj Lesotechniceskoj Akademii. 2013. №202. P. 158-167.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №7. 2024
https://www.bulletennauki.ru https://doi.org/10.33619/2414-2948/104
References:
1. Shreiber, G. K., Shibryaev, B. F., Polferov, A. P., & Perlin, S. M. (1962). Konstruktsionnye materialy v neftyanoi, neftekhimicheskoi i gazovoi promyshlennosti. Moscow. (in Russian).
2. Dzhuraeva, L. R., & Barakaev, U. A. (2022). Opredeleniya nabukhaniya polimernye gidrogelya. Conferencea, 93-94. (in Russian).
3. Ragimov, A. M., Azizov, A. G., & Kheirabadi, G. S. (2007). Issledovanie nabukhaemosti detalei uplotnitel'nykh ustroistv iz novykh kompozitsionnykh materialov v real'nykh usloviyakh. Plasticheskie massy, (5), 49-50. (in Russian).
4. Kusnierek, K., Woznicki, T., & Treu, A. (2024). Quality control of wood treated with citric acid and sorbitol using a handheld Raman spectrometer. Journal of Cleaner Production, 434, 139925. (in Russian).
5. Rakhimova, N. A., Rakhimov, A. I., Zimina, Yu. A., Avilova, V. S., & Erenkov, D. K. (2017). Polimernyi material s novymi svoistvami na osnove khimicheski modifitsirovannogo polipropilena. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 20(10), 76-78. (in Russian).
6. Longuetaud, F., Mothe, F., Bakhshieva, M., Chubinskii, A., Tambi, A., Charpentier, P., & Bombardier, V. (2013). Issledovanie protsessa identifikatsii drevesnykh porod po makroskopicheskim priznakam s ispol'zovaniem komp'yuternoi tomografii. Izvestija Sankt-PeterburgskojLesotechniceskoj Akademii, (202), 158-167. (in Russian).
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 06.06.2024 г. 11.06.2024 г.
Ссылка для цитирования:
Хейрабади Г., Мусави С. Набухаемость деталей уплотнительных устройств композиционных материалов // Бюллетень науки и практики. 2024. Т. 10. №7. С. 381-386. https://doi.org/10.33619/2414-2948/104/40
Cite as (APA):
Kheyrabadi, Q., & Musavi, S. (2024). Swelling of Sealing Assembles Parts Manufactured from Composite Materials. Bulletin of Science and Practice, 10(7), 381-386. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/104/40
