ОСОБЕННОСТИ И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕМОНТЕ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

FEATURES AND EVALUATION OF THE POSSIBILITY OF USING COMPOSITE MATERIALS WHEN REPAIRING THREADED COMPOUNDS AT NEGATIVE TEMPERATURES

Alexey A. Savosin

master student, Department of Production and Repair of Cars and Road Machines, Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI),

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены анаэробные клеевые составы для резьбовых соединений, приведены сравнительные характеристики некоторых марок анаэробных клеев.

ABSTRACT

This article discusses anaerobic adhesives for threaded joints, provides comparative characteristics of some grades of anaerobic adhesives.

Ключевые слова: полимерные материалы, анаэробный клей, клеевые соединения, резьбовые соединения, ремонт при отрицательных температурах.

Keywords: polymeric materials, anaerobic adhesive, adhesive joints, threaded joints, repair at low temperatures.

Анаэробные материалы применяются в автомобиле- и тракторостроении на протяжении уже более 50 лет. Первоначально они использовались только для стопорения и фиксации резьбовых соединений, затем были разработаны высокопрочные анаэробные клеи, которые стали применяться в качестве конструкционных материалов при сборке силовых агрегатов, и уже в конце 80-х годов ХХ века стали выпускаться высокопрочные термостойкие анаэробные клеи. Номенклатура анаэробных клеев постоянно расширяется, и сейчас они используются при изготовлении всех крупных агрегатов автомобилей и тракторов, в том числе двигателя, трансмиссии, подвески и рулевого управления.

Слово «анаэробный» заимствовано из биологии, где оно применялось к микроорганизмам, существующим, в том числе и в организме человека, без доступа кислорода. Анаэробный означает, что такой материал отверждается только при полном отсутствии кислорода. В действительности же для отверждения анаэробных клеев необходимо одновременное наличие двух равнозначных условий: первое – контакт с металлом, второе – отсутствие кислорода. Именно металлическая подложка является инициатором процесса отверждения, где уже на самой начальной его стадии резко увеличивается вязкость (т. е. начинается процесс гелеобразования), что способствует быстрому исчерпанию кислорода, ингибирующего полимеризацию.

К преимуществам анаэробных клеевых соединений относят: универсальность, надежность, простоту применения, экономичность, герметичность, равномерное распределение нагрузок между витками резьбы, заполнение зазоров в резьбе, что практически исключает проскальзывание.

Недостатками являются: ограниченный интервал температуры застывания состава, сложность разборки клеевого соединения, проблема применения анаэробных составов в узлах, работающих в среде кислорода и сильных окислителей [1].

Анаэробные клеи изготавливают на основе олигоэфиракрилатов. При хранении и применении они являются, как правило, одноупаковочными многокомпонентными составами, в которые входят мономеры, олигомеры, инициаторы и катализаторы полимеризации и др. Попадая в очень узкий зазор клеевого соединения, анаэробные клеи полимеризуются с образованием трехмерной сетчатой структуры, превращаясь в прочный и твердый материал.

Процесс полимеризации не сопровождается выделением побочных продуктов, вследствие чего усадка у анаэробных клеев при отверждении практически отсутствует. Полное отверждение происходит при комнатной температуре в течение нескольких часов, при повышенной — в течение нескольких минут, при пониженной температуре отверждение занимает больше суток.

Клеевые соединения, выполненные с помощью анаэробного клея, отличаются высокой прочностью, удовлетворительной теплостойкостью, высокой морозостойкостью, отличной герметичностью по отношению к жидкостям и газам [2].

Анаэробные композиции являются готовым продуктом, который наносится непосредственно на деталь. Для правильного выбора марки композиции необходимо учитывать вязкость состава и величину зазора между уплотняемыми деталями. Высоковязкую композицию трудно равномерно распределить в малом зазоре, а низковязкая не будет удерживаться в большом зазоре и вытечет до момента отверждения.

Вязкость композиции в исходном состоянии уменьшается в 5-6 раз в зависимости от температуры среды. Этот температурный «разброс» вязкости необходимо учитывать при использовании анаэробных составов [3]. При использовании анаэробных составов при отрицательных температурах важно правильно подобрать клей по вязкости. При температуре около +20℃ клей находится в жидком состоянии, но уже при отметке в -15℃ вязкость клея увеличивается в несколько раз, что не позволяет некоторым маркам анаэробных клеев вытекать из флакона для нанесения на детали резьбового соединения.

При выборе марки анаэробного клея необходимо учитывать: прочность, требуемую для резьбового соединения; возможность последующей разборки соединения; вязкость клея; температуру полимеризации и условия использования отремонтированного ремонтного соединения. Среди существующих марок анаэробных клеев различают низко-, средне- и высокопрочные составы. Соединения, отремонтированные низко- и среднепрочными составами можно разобрать при помощи ручного инструмента, для разборки соединений с высокопрочным составом необходим нагрев соединения до +200…260℃.

Для более удобного выбора марки анаэробной композиции в таблице 1 представлено сравнение различных марок отечественных и зарубежных производителей полимерных материалов.

Таблица 1

Высокопрочные анаэробные композиции для резьбовых соединений

Несмотря на широкий температурный диапазон применения анаэробных клеев, скорость и время их отверждения зависят от температуры окружающей среды. Со сменой времени года меняется и температура, поэтому применение анаэробных составов при отрицательной температуре усложняется. Снижение температуры ниже 15°C замедляет процесс полимеризации, что приводит к необходимости использования активатора. На сегодняшний день разработаны марки анаэробных композиций, способных отверждаться при температуре до минус 10°C, но в разных частях земного шара температура опускается ниже этого значения. На территории Якутии температура в зимний период времени часто опускается ниже -40℃, а иногда достигает отметки ниже -60℃.

Большое количество полезных ископаемых добывается на карьерах в регионах с низкими температурами. На горнодобывающих карьерах работают различные виды землеройно-транспортной техники. При выходе техники из строя, её доставляют на ремонтную базу своим ходом, что занимает очень много времени.  Для ускорения процесса ремонта и обслуживания техники на карьерах разработаны передвижные ремонтные мастерские. Традиционно такие дефекты, как срыв и замятия витков резьбы устраняют при помощи заварки отверстия, сверления отверстия и нарезания новой резьбы, но в условиях низких температур процесс сварки усложняется. В результате сварки при низкой температуре увеличивается вероятность водородного охрупчивания, увеличивается скорость остывания околошовной зоны, из-за чего могут возникать различные дефекты шва, затрудняется работа самой сварочной аппаратуры.

Ремонт с применением анаэробных материалов прост в исполнении, экономичен, способен обеспечить высокую прочность отремонтированного соединения. Применение анаэробных составов для восстановления работоспособности резьбовых соединений является перспективным, но малоизученным направлением в области ремонта при низких температурах. В данный момент в МАДИ ведутся испытания разных анаэробных клеёв для более углублённого изучения технологий ремонта резьбовых соединений при различных температурах.

Список литературы:

1. Баурова, Н. И. (2009). Полимерные материалы для ремонта машин. В Н. И. Баурова, Полимерные материалы для ремонта машин (стр. 6-7). Москва: Московский автомобильно-дорожный институт.
2. Бобович, Б. Б. (2014). Полимерные конструкционные материалы (структура, свойства, применение). В Б. Б. Бобович, Полимерные конструкционные материалы (структура, свойства, применение) (стр. 269-270). Москва: Форум.
3. Информационные материалы: продукция. (2018). Получено 08 11 2018 г., из НИИ полимеров: http://www.nicp.ru/data/objects/606/files/3.doc
4. Клеи и герметики. Использование материалов на полимерной основе для обеспечения эксплуатационной надежности вооружения номенклатуры. Пособие. (2006).