CC BY
23
УДК 621.923
ТЕХНОЛОГ1Я ВИГОТОВЛЕННЯ ПОЛ1МЕРНО-АБРАЗИВНОГО ВОЛОКНА
Ю.Д. Абрашкевич, проф., д.т.н., Г.М. Мачишин, асист., к. т.н., Кшвський нацюнальний ушверситет буд1вництва i архггектури
Анотац1я. Розглянуто процес досл1дження пол1мерних Mamepianie з подалъшим стеоренням пол1мерно-абразивного волокна та його еипробуеанням для тдтвердження npaernbuocmi выбору пол1меру та абразивного зерна.
Ключов1 слова: пол1мер, абразивне зерно, наповнювач, волокно, екструдер.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНО-АБРАЗИВНОГО ВОЛОКНА
Ю.Д. Абрашкевич, проф., д.т.н., Г.Н. Мачишин, ассист., к. т.н., Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Аннотация. Рассмотрен процесс исследования полимерных материалов с последующим созданием полимерно-абразивного волокна и его испытанием для подтверждения правильности выбора полимера и абразивного зерна.
Ключевые слова: полимер, абразивное зерно, наполнитель, волокно, экструдер.
TECHNOLOGY OF POLYMER-ABRASIVE FIBER MANUFACTURING
Yu. Abrashkevich, Prof., D. Sc. (Eng.), G. Machishin, T. Asst., Cand. Sc. (Eng.), Kyiv National University of Construction and Architecture
Abstract. The process of research of polymeric materials with the subsequent creation of polymer-abrasive fiber and its testing to prove the right choice of the polymer and abrasive grain has been considered in the article.
Key words: polymer, abrasive grain, filler, fiber, extruder.
Вступ
Велике р1зномашття зачисних, шл1фувальних \ пол1рувальних операцш, яю виконуються в наш час у р1зномаштних галузях промисло-восп, все частше потребуе поеднання елас-тичносп шструмента з його високою абрази-вшстю 1 дуже вузьким д1апазоном потр1бно! чистоти та якосп поверхш. Перерахованим вимогам у деякш м1р1 вщповщае еластичний щпговий шструмент, в зону роботи якого подаеться пастопод1бний абразив. Для шд-вищення якосп роботи, ушверсальносп ш-струменту та чистоти об'екта обробки дощ-льно вводити абразивний матер1ал у масу самих волокон, ¿з яких виготовлений власне щпковий шструмент.
Для створення нового високоеластичного абразивного шструмента - пол1мерно-абразивно! щпки (ПАЩ) - необхщно розро-бити технолопю отримання самих пол1мер-но-абразивних волокон з подальшим скла-
ДаННЯМ ДИСКОВИХ 1 ЦИЛШДрИЧНИХ ЩПОК, IX випробуванням та визначенням рацюнальних режим1в роботи.
Анал1з публжацш
Анал1з патентних та шших джерел з ретро-спектившстю до 20 роюв щодо таких кра!н, як Великобриташя, Гермашя, США, Рос1я, Франщя, Япошя, показав, що склад I спос1б виготовлення ПАЩ е секретом ф1рм, а вся доступна шформащя зводиться до прайс1в ¿з
зазначенням габаритних po3Mipiß та цш на щ1тки.
Встановлено, що провщними ф1рмами, яю виготовляють пол1мерно-абразивне волокно, е ф1рми «Nybrid» (Великобриташя), «Dupon» (США), яю на цей час е монопольними виро-бниками вказаного продукту на захщному ринку. Основою для щитового шструменту е композицшний матер1ал i3 волокноутворю-вального пол1меру, в масу якого при форму-ванн1 з нього волокна вводиться абразивний матер1ал. Такий cnoci6 отримання абразив-них волокон з невеликими вщмшностями описано в патентах Великобритании Францп, Pocii', Укра!ни, Шмеччини [1].
Найбшьшими ф1рмами-виробниками щпко-вих шструмеш!в на основ! пол1мерно-абразивних волокон протягом останшх 20 poKiß е ф1рми «WÖHLER Brush Tech GmbH», «Kullen Mez», та «Osborn» [2, 3, 4]. Найбшь-ший асортимент як за конструкщею, так i за характеристиками самого волокна складають дисков! та цилшдричш щ1тки. Менш р1зно-маштними та вживаними при вузькоспещаль зованих видах po6iT е кругл! торцев! щ1тки.
Попереднш анал1з зазначае таю вщмпга вла-стивост1 щитового шструменту на основ! пол1мерно-абразивних волокон: ушверсаль-н1сть при виконанш po6iT з очищения р1зно-маштних поверхонь вщ ¿рж1, окалин, фарби, бруду (останне досягаеться усшшним поед-нанням в щпках високо! еластичносп самого волокна, яка дозволяе виконувати обробку профшьованих поверхонь, з великою твердь стю та гостротою абразивного зерна, закрш-леного в пол1мернш матриц! у волокна); са-мозагострювашсть шструменту под1бно до абразивних крупв на твердих зв'язках; самоочищения волокон щпки вщ частинок мате-piany, що видаляються у процес! обробки; здатнють працювати як без змащувально-охолоджуючих рщин (ЗОР), так i з ix викори-станням; практично виключена при робот1 небезпека биття та дисбалансу протягом всього термшу експлуатацп пол1мерно-абразивно! щпки.
1з областей застосування ПАЩ, за шформа-щею виробниюв та споживач1в, заслугову-ють на увагу таю: деталь загартована або ви-готовлена з дуже в'язкого матер1алу; складнопрофшьш детал!, силова д1я на яю може призвести до пошкоджень та змши кромок i тонкого рельефу деталц детал!, об-
робка яких шшим ¿нструментом може приз-вести до корозп внаслщок незначного перерву 1х поверхш; видалення забруднень, ста-рих захисних покритпв, що виключае змшу шорсткосп поверхш деталц видалення мш-розадирок, притупления гострих кромок, утворених лезовим 1 твердим абразивним шструментом; р1вном1рна обробка складноп-рофшьних деталей на глибину 0,2-0,25 мкм; видалення тонко! та твердо! й в'язко! пл!вки окиснення на р!зноманпних металах; детал!, як! повинш остаточно оброблятися на одн!й технолопчнш л!н!!, причому необх!дно ви-ключити ймов!рн!сть засм!чування установки та детал! залишками шл!фувального шстру-мента або матер!алу.
Мета 1 постановка завдання
Отже, в результат! анал!зу р!зноманпних композиц!й на основ! волокноутворювальних пол!мер!в !з вм!стом в !х мае! до 60 % напов-нювач!в (фарбник!в, термостаб!л!затор!в, ан-тифрикц!йних матер!ал!в ! !н.) встановлено, що в наш час добре вщпрацьоваш теорп та технолог!! отримання композит!в, в яких величина фракцп наповнювача становить мен-ше 1/50 д!аметра волокна. Для отримання еластичного ! з доброю абразивною здатню-тю волокна вказане сп!вв!дношення е доста-тньо малим. 3 метою шдвищення в!дносно! крупност! фракц!! абразивного зерна у волоки!, оптим!зацп ступеня наповнення, а також геометричних ! експлуатац!йних характеристик були розглянуп основн! для поставлених ц!лей властивосп волокон, а саме: модуль пружносп пол!мерного матер!алу, межа мщ-носп, розривна м!цн!сть, теплост!йк!сть, здатнють до утримання наповнювача в пол!мер-н!й матриц!.
Модуль пружност!, який визначае статичну жорстк!сть волокна, характеризуе його влас-тив!сть передавати поверхш, яка п!длягае оброблянню, прикладене до щ!тки зусилля. Розривна м!цн!сть волокон корелюе з межею витривалост! й теплост!йк!стю !, в к!нцевому шдсумку, визначае експлуатац!йн! та режим-га параметри обробки поверхонь щ!ткою.
Технолопя виготовлення пол1мерно-абразивного волокна
У процес! досл!джень як наповнювач! були використаш електрокорунд, карб!д кремн!ю та карбщ бору зернист!стю М10.. .16 з величиною мало! ос! гранул вщповщно
10-160 мкм. Як пол1мерна матриця досль джувались волокноутворювальш пол1мери: пол1етилен ВД П-2006-В та П-2035-Т, полшропшен ПП-4, пол1вшшхлорид ПВХ-ЛЗ та пол1амщ-6 [5].
Спочатку визначалась можливють викорис-тання для отримання композицшних волокон черв'ячних екструдер1в, яю широко викорис-товуються в х1м1чнш та легкш галузях про-мисловост1, з1 стввщношенням довжини черв'яка до його д1аметра 25:1 (рис. 1).
Рис. 1. Схема отримання наповнених абрази-вним зерном пол1мерних волокон на од-ночерв'ячному екструдерг 1 - черв'як; 2 - гшьза; 3 - завантажувальна горловина; 4 - мотор-редуктор; 5 - дозатор по-л1меру; 6 - дозатор абразивного зерна; 7 - нагр1вальш елементи; 8 - пол1мерно-абразивне волокно; 9 - ванна охоло-дження; 10 - фшьера
За наведеною схемою (рис. 1) гранули поль меру та абразивне зерно подаються в заван-тажувальну горловину 3 за допомогою шне-кових живильниюв 5 та 6 - кожен з1 свого роздавального бункера. Шляхом встановлен-ня р1зних фшьер 10 отримувались волокна д1аметром 0,8-3 мм за швидкостей виходу вщповщно 0,25-0,02 м/с. Температура в ро-бочш зош вздовж усього черв'яка шдтриму-еться в заданих межах за допомогою терморегулятора РТ-049. Було встановлено, що нер1вном1ршсть наповнення пол1мерного волокна при вм1сп в ньому абразиву 1015 мае. % досягала 60 %, а обривання волокна при формуванш складали 35-45 г-1 для пол1етилену 1 полшропшену та 80-95 г-1 -для пол1амщу. Кр1м того, отримання пол1амь дного волокна, яке м1стить абразив, можливе лише при подач1 у завантажувальну горловину екструдера попередньо дегщратованих гранул пол1меру. Отримаш волокна досль джувались на мщшеть вщ утоми (рис. 2) та розривну мщшеть (рис. 3), а також на стати-чну теплостшюсть (рис. 4).
1з наведених даних видно, що з матер1ашв, яю випробовувалися, найбшьшою межею мщносл на втому волод1е полшропшен ПП-4, але його теплостшюсть Т1кр-=443 К, що значно нижче теплостшкосл пол1амщу П-6 (Тк.кР=493 К).
О 25 50 %
Рис. 2. Залежшсть меж1 мщносл на втому р1зних волокон (кшьюсть цикшв пере-гинань) N вщ масового вм1сту в них абразиву: 1 - полшропшен ПП-4; 2 - поль амщ П-6; 3 - пол1етилен П-2006-В
О 25 50 %
Рис. 3. Залежносл розривно! мщносл р1зних волокон 5 вщ масового вмюту в них абразиву: 1 - пол1амщ П-6; 2 - полшрош-лен ПП-4; 3 - пол1етилен П-2006-В
Висока ф!бриляц1я волокна (мала поперечна «зшивка» довгих молекул) призводить до поганого утримання зерен абразиву та знач-ного випадшня IX як з робочого торця волокна, так 1 в мюцях перегину. Пол!етилен також мае под!бний недолж, але волод!е ще мен-шою теплостшкютю. Враховуючи вищевка-зане, як пол!мерну основу для отримання аб-разивних волокон було обрано пол1амщ П-6.
Рис. 4. Термостшкють р!зних пол!мерних волокон: 1 - пол!етилен П-2006-В; 2 -пол!етилен П-2035-Т; 3 - полшропшен ПП-4; 4 - пол!амщ П-6
У ход! дослщжень були встановлеш вихщш техшчш вимоги до технолопчного облад-нання для отримання пол!мерно-абразивного волокна, яю включають так! положения:
- обладнання повинно переробляти грану-льоваиий пол!амщ та забезпечувати повну депдратащю гранул при вмют! вологи в останшх до 5 %;
- обладнання повинно забезпечувати дозова-не введения в розплав пол!меру абразивного зерна (електрокорунд, карбщ кремнш) з величиною фракцп 60-160 мкм та р!вном!рний його розподш у композицп за концентрацп до 30 % за об'емом;
- продуктивнють обладнання - не менше 40 кг/г; наявнють безступеневого регулюван-ня продуктивное^ обладнання та вщсотково-го вмюту абразиву в композицп;
- сформоваие волокно повинно бути змщне-не трикратним витягуванням;
- д!аметр витягнутих волокон 0,5-1,5 мм; нер1вном!рнють товщини волокна - не бшь-ше 10 %;
- розривна мщнють одиничного волокна при 25 % наповненш абразивом - не менше 135 Н/мм;
- МОЖЛИВЮТЬ ШВИДК01 змши швидкозношу-ваних вузл!в 1 деталей.
На основ! розроблених вимог за основу технолопчного обладнання було взято каскад-ний черв'ячно-дисковий екструдер ЕКЧД-90/200 та було скомпоновано технолопчну схему отримання пол!мерно-абразивних волокон (рис. 5).
Полтд Абразий
Рис. 5. Технолопчна схема отримання пол!мерно-абразивного волокна: 1 - каскадний черв'ячно-дисковий редуктор; 2 - змщнююча ор!ентацшна витяжка волокон; 3 - гофратор; 4 - пристрш для джгутування
Взята технолопчна схема виготовлення по-л1мерно-абразивних волокон (рис. 5) перед-бачае таку безперервну послщовшсть опера-цш:
- екструдування пол1мерно-абразивно! ком-позицп;
- формування та затвердшня волокон;
- ор1ентацшно-змщнююче витягування волокон;
- приймання та стабшзащя швидкосп руху ор1ентованих волокон;
- гофрування волокон;
- м1рне нар1зування та наб1р волокон у джгути.
Висновки
У ход1 роботи було падбрано матер1али та обладнання, що дозволяе виготовляти поль мерно-абразивне волокно, яке за сво1ми влас-тивостями не поступаеться закордонному. В подальшому буде розроблено технолопчну схему складання з отриманих волокон цилш-дричних пол1мерно-абразивних щ1ток.
Лггература
1. Могильний С. С. Патентний пошук / С. С. Могильний // Безкоштовш штернет
ресурси. - 2016. - Режим доступу до сайту : http://isearch.kiev.ua/uk/search practice / searchengines/802-patent-search-sites.
2. WÖHLER Brush Tech GmbH. Офщшний
сайт ф1рми Wohler. - Germany, 2015. -Режим доступу до сайту: https://bt. woehler. com.
3. KULLEN-KOTI GmbH. Офщшний сайт
ф1рми Kullen. - Germany, 2016. - Режим доступу до сайту:
http://www.kullen.deen/ home.html.
3. Офщшний сайт ф1рми Osborn / Mit uns als.
Erster ans Ziel: Osborn, Finish. First. -Germany, 2016. - Режим достпу: http://www.osborn.com/de-de/home. html.
4. Полиамид. Офщшний сайт ф1рми «Руст-
Хим». - 2016. - Режим доступу: http://www. poliamid.ru/.
Рецензент: B.I. Мощенок, професор, к.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 15 кв1тня 2016 р.
