Библиографическое описание:

Воронов В. В., Чурилин А. В. Исследование реологических свойств импрегнатора // Молодой ученый. — 2013. — №12. — С. 107-110.

Исследуются реологические свойства импрегнатора.

Ключевые слова: абразивный инструмент, акрилатная эмульсия, импрегнатор, реологические кривые, псевдопластичная жидкость.

В настоящее время особое внимание привлекают пути повышения эффективности и качества абразивной обработки, связанные с совершенствованием абразивного инструмента (АИ). Одним из методов, улучшающих эксплуатационные свойства абразивного инструмента, является его импрегнирование [1, 2].

Изучен достаточно широкий диапазон импрегнаторов. Среди них наиболее перспективными признаны органические соединения на углеводородной основе, обеспечивающие низкоэнергетическую интенсивность химического взаимодействия с обрабатываемым металлом [2].

При выборе импрегнатора следует учитывать следующие требования. Импрегнатор, введенный в поры абразивного инструмента (АИ), должен обладать способностью улучшать показатели операции шлифования, обеспечивать смазку в процессе абразивной обработки, не снижать качества обработанной детали, не оказывать корродирующего действия на станок, сохранять стабильность при хранении, удовлетворять требованиям пожарной безопасности, минимально загрязнять воздух и сточные воды, не оказывать вредного воздействия на организм человека [1, 2].

Всем вышеперечисленным условиям отвечают импрегнаторы на основе водных эмульсий сополимеров акрилатного типа [3–8]:

линейный сополимер этилакрилата и стирола в водной среде (Эмукрил С);

линейный сополимер этилакрилата, метилметакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде (Эмукрил 2М);

сополимер этилакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде (Эмукрил М).

Эмукрил М, Эмукрил 2М, Эмукрил С представляют собой жидкости молочно-белого цвета с массовой долей нелетучих веществ — 40 %.

Исследование взаимного влияния динамически контактирующих абразивов, полимеров и металлов на их поверхностное диспергирование показало, что данные импрегнаторы наиболее полно отвечают перечисленным выше требованиям [9, 10].

При этом процессы массопереноса при пропитке АИ импрегнатором играют существенную роль в обеспечении качества готовой продукции. Исследование свойств импрегнатора важно с точки зрения ускорения процесса пропитки, а также улучшения равномерности распределения импрегнатора в порах АИ, лучшего закрепления его на поверхности пор, что предотвращает миграцию полимерного импрегнатора к поверхности АИ при сушке.

Несмотря на то, что перечисленные выше импрегнаторы хорошо зарекомендовали себя в ходе исследований, для дальнейшего применения был рекомендован сополимер этилакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде (Эмукрил М). Это связано с тем, что данный импрегнатор наиболее дешевый и экологичный, так как не оказывает негативного воздействия на окружающую среду и человека, в отличие от импрегнаторов с содержанием стирольного звена в сополимере.

Исследование реологических свойств импрегнатора Эмукрил М проводили на ротационном вискозиметре «Реотест 2». Вискозиметр характеризуется широкими диапазонами изменения сдвигающего напряжения и скоростей сдвига. Температуру испытаний так же можно регулировать в широком диапазоне.

Варьируемыми параметрами при исследовании реологических характеристик жидкого импрегнатора Эмукрал М являлись: скорость вращения рабочего цилиндра; температура и время нахождения эмульсии в измерительной камере. В ходе эксперимента получены данные, позволяющие рассчитать скорость и напряжение сдвига, динамическую вязкость.

На рис. 1 представлены реологические кривые, характеризующие изменение напряжения сдвига () от скорости сдвига ().

Описание: Рис2

Рис. 1. Реологические кривые импрегнатора при различных значениях температуры: 1–20ºС, 2–30ºС, 3–50ºС, 4–60ºС

На основании представленных данных можно сделать вывод, что эмульсия

«Эмукрил М» относится к псевдопластичным жидкостям. Реологическая кривая эмульсиии описывается уравнением Шульмана:

Описание: Уравнение

где и m — постоянные величины; σp — предел текучести; ηp — пластическая вязкость, характеризующая подвижность среды.

Зависимости динамической вязкости импрегнатора от скорости сдвига, полученные при различных значениях температуры, представлены на рис. 2.

Существенный интерес вызывает устойчивость эмульсии при повышенных значениях температуры. С этой целью импрегнатор помещался в измерительный цилиндр, термостатировался при определенной температуре, подвергался испытаниям, после чего выдерживался определенный промежуток времени и вновь подвергался испытаниям при той же температуре. При переходе на другой температурный режим эмульсия менялась на свежую.

Описание: Рис3

Рис. 2. Изменение вязкости импрегнатора от скорости сдвига при различных значениях температуры: 1–20ºС; 2–30ºС; 3–50ºС; 4–60ºС.

Выявлено следующее: при значениях температуры ниже 50ºС кривые, полученные при различных временах выдержки, совпадали. Иная картина наблюдалась при значениях температуры выше 50ºС. Получив реологическую кривую при температуре 50ºС, эмульсия выдерживалась в цилиндре в течение пятнадцати минут и снова подвергалась испытаниям. Вновь полученная реологическая кривая отличалась от предыдущей. При повышении температуры такое отличие выражалось в более наглядной форме. На рис. 3 представлена реологическая кривая, снятая при температуре 60ºС и различных временах выдержки.

Описание: Рис4

Рис. 3. Реологические кривые импрегнатора «Эмукрил М» при 60˚С. Время выдержки: а — 1 мин.; б — 15 мин.; в — 30 мин.

Как видно из данных, представленных на рис. 3, сдвиговое напряжение уменьшается с течением времени, хотя скорость сдвига и температура эмульсии остаются постоянными. Данное явление можно объяснить тем, что при достижении определенной температуры эмульсия начинает терять свою устойчивость, происходит разрушение ее структуры, частицы полимера коагулируются и налипают на поверхности, контактирующие с эмульсией. Концентрация полимера в растворе уменьшается, что и влечет за собой уменьшение сдвигового напряжения. Полученные в результате реологических исследований зависимости, приближаются к кривым для ньютоновских жидкостей. Образование пленки полимера можно наблюдать на поверхностях рабочих цилиндров вискозиметра. При Т = 55ºС наблюдаются отдельные сгустки полимера. При Т = 60ºС наличие пленки полимера имеет ярко выраженный характер. Толщина пленки увеличивается в зависимости от времени пребывания эмульсии в рабочем зазоре прибора. Попытка проведения данного опыта на цилиндрах с меньшим радиальным зазором не увенчалась успехом из-за того, что процессы коагуляции и слипания частиц протекали с большей интенсивностью.

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 значениях температуры, свыше 55ºС, 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.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что пропитка абразивного инструмента должна проводиться при температурах до 30ºС, а последующее нагревание импрегнированного АИ до значений температуры выше 50ºС может быть использовано для фиксации эмульсии в порах АИ с целью предотвращения ее перемещения при дальнейшей сушке АИ [8, 11].

Таким образом, знание реологии полимерных импрегнаторов необходимо при решении практических задач, связанных с созданием технологического процесса импрегнирования АИ, для проектирования, расчета и оптимизации конструктивных и режимных характеристик оборудования для пропитки [7, 8] и сушки абразивных инструментов [11].

Литература:

1.         Оробинский В. А. Абразивные методы обработки и их оптимизация. — М.: Машиностроение, 2000. — 314 с.

2.         Островский В. И. Импрегнированный абразивный инструмент / В. И. Островский. — М.: НИИМаш, 1983. — 72 с.

3.         Жуков Н. П. Влияние гидродинамических режимов смешения на коллоидные свойства эмульсионной полимеризационной системы / Жуков Н. П., Павлов Н. В., Елисеева В. И. // Коллоидный журнал, 1977, № 5, Т.9, С. 841–846.

4.         Жуков Н. П. Влияние гидродинамического взаимодействия на кинетику эмульсионной полимеризации этилакрилата и коллоидную устойчивость латексов / Жуков Н. П., Павлов Н. В., Елисеева В. И. // Коллоидный журнал, 1979, № 4, Т.41, С. 654–660.

5.         А.С. № 1604590 (СССР), МКИ В24Д 3/34 Способ импрегнирования абразивного инструмента на основе корунда / Н. Ф. Майникова, С. М. Опарин, Ю. В. Воробьев, В. А. Рощин.Бюл. № 41,1990.

6.         А.С. № 1726222 (СССР), МКИ В24Д 3/34 Способ импрегнирования абразивного инструмента на основе корунда / Н. Ф. Майникова, С. М. Опарин, Ю. В. Воробьев, В. А. Рощин. Бюл. № 14,1992.

7.       Патент РФ № 2284895, МКИ В24Д 3/34 Способ импрегнирования абразивного инструмента / Майникова Н. Ф., Жуков Н. П.,Чурилин А. В. Бюл. № 28, 2006.

8.         Чурилин А. В. Кинетика и аппаратурно — технологическое оформление процессов пропитки и сушки абразивного инструмента. Автореф. дисс. на соискание степени к. т.н. / Тамбовский государственный технический университет. Тамбов. 2004.

9.         Исследование взаимного влияния динамически контактирующих абразивов. полимеров и металлов на их поверхностное диспергирование / Майникова Н. Ф., Жуков Н. П., Рогов И. В. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 1997. № 3,Т.3, С. 298–305.

10.     Майникова Н. Ф. Модифицирование абразивного корундового инструмента поверхностно-активными веществами // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 1998. № 1, Т.4, С. 91–97.

11.     Сушка импрегнированных абразивных инструментов / С. П. Рудобашта, В. М. Дмитриев, Н. П. Жуков, А. В. Чурилин // Промышленная теплотехника. — Киев, 2004. № 5, Т.26, С.45–53.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle