Восстановление деталей полимерными материалами

 

Полимерные материалы (пластические массы) широко рас­пространены в ремонтном производстве. Восстановление дета­лей полимерными материалами во многих случаях имеет боль­шую технико-экономическую целесообразность. В ремонтном производстве применяют как термореактивные пластмассы-реактопласты, так и термопластичные-термопласты.

Термореактивные пластмассы при нагревании отверждаются и теряют свои пластические свойства, т. е. являются необрати­мыми. Из числа реактопластов широко используют эпоксипласты, связующим компонентом которых являются эпоксидные смолы. Термопластичные пластмассы при нагреве не отвержда­ются и сохраняют свои пластические свойства. Изделия из этих пластмасс при повторном нагреве можно вновь формовать, т. е. они являются обратимыми. К числу термопластов, применяе­мых при ремонте оборудования относятся полиамиды, фторопласты и др.

По своему назначению в ремонтном производстве пласт­массы можно разделить на две группы. В первую группу входят термореактивные пластмассы в виде различных композиций, составленных преимущественно на основе эпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16, используемых при изготовлении клеевой ком­позиции для заделки трещин в корпусных деталях, а также для клеевых составов.

Ко второй группе относятся пластмассы, идущие на изготов­ление и восстановление различных деталей. Сюда относятся различные полиамиды, например поликапролактам (капрон), фторопласт и др.

Склеивание деталей в ремонтной технике получает все более широкое применение. Склеенные соединения обладают не только достаточной прочностью, но и герметичностью, водомаслостойкостью, эластичностью, теплостойкостью, хорошей сопротивляемостью ударам и вибрации. Использование клея упро­щает технологию реставрации и сборки деталей. Склеивание заменяет прессовую посадку, расклепку, сварку и пайку, раз­вальцовку. Клеем заделывают трещины, ремонтируют литье, соединяют абразивные круги, склеивают стеклянные и фарфо­ровые детали. Чаще всего применяют клей на основе эпоксид­ных и полиэфирных смол, карбипольный и БФ.

Большое влияние на физико-механические свойства отвержденной композиции оказывают наполнители, количество и ма­териал которых подбирают в зависимости от назначения тре­буемых свойств композиции. Например, железный порошок повышает твердость, графит - теплопроводность, тальк - изно­состойкость. Подбором наполнителей можно повысить адгезию композиции с металлом, сблизить коэффициенты термического расширения композиции и металла, снизить усадку. Из термопластов в ремонтном производстве применяют по­лиамидные смолы, обладающие хорошей адгезией с металлом, высокой механической прочностью и износостойкостью, низким коэффициентом трения. Детали сопряжений, работающие в ус­ловиях трения скольжения, можно изготовить из полиамидов монолитными, с металлическими каркасами или наносить на рабочую поверхность детали слоем небольшой толщины (0,6-0,7 мм). Полиамидный слой наносят на поверхность детали различными способами напыления: газопламенным, вихревым или вибрационным, литьем под давлением и др.

Полиамиды - хороший антифрикционный материал, приме­няемый для изготовления различных подшипниковых втулок; является заменителем цветных металлов и сплавов.

При восстановлении деталей с помощью полимерных мате­риалов необходимо помнить, что ремонтные работы с клеевыми составами и полиамидными смолами, а также оборудование по­мещений и рабочих мест, обращение со спецодеждой и ее хра­нение, хранение материалов должны вестись при строгом со­блюдении правил безопасности. Многие вещества, входящие в состав эпоксидных композиций, являются токсичными и ог­неопасными.

Билет № 22

Перегонка. Характеристика двухфазных систем «жидкость-пар». Материальный и тепловой баланс. Аппаратурное оформление и основные расчеты.

Перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образовавшихся паров.

Простая перегонка может проводиться с отбором фракций, с дефлегмацией, с водяным паром или под вакуумом (молекулярная перегонка).

Рис. 4. Установка для простой перегонки: 1 — куб; 2 — конденсатор; 3 — сборники дистиллята

Фракционная перегонка заключается в постепенном испарении жидкости, находящейся в перегонном кубе (рис. 4). Образовав­шиеся пары отводятся в холодильник и там конденсируются, а дис­тиллят собирается в сборнике. Кубовый остаток удаляется из куба после окончания процесса. Обогрев куба осуществляется насыщен­ным водяным паром или дымовыми газами.

 

При испарении смеси содержание легколетучего компонента в дистилляте непрерывно уменьшается от максимального в начале до минимального в конце перегонки. Это позволяет получать несколько фракций дистиллятов различного состава, собирая их в разные сборники. Способ перегонки с разделением смеси на несколько фракций, в различной степени обогащенных летучим компонентом, называется фракционной перегонкой.

При простой перегонке образующийся пар отводится из куба и в каждый данный момент находится в равновесии с оставшейся жид­костью.

При составлении материального баланса простой перегонки допустим, что в некоторый момент времени t в перегонном кубе находится L кг смеси с концентрацией х низкокипящего компонен­та. Пусть за бесконечно малый промежуток времени dt испарится dL кг. Тогда количество жидкости и состав ее меняются и состав­ляют соответственно (L-dL) и (x-dx). Количество образующегося за этот промежуток времени пара равно уменьшению количества жидкости dL, а его состав у_р является равновесным с х. Содержание летучего компонента в жидкости к началу рассматриваемого про­межутка времени составляет Lx, а к концу- (L — dL)(x — dx). Коли­чество же летучего компонента, перешедшего за этот промежуток времени в пар, равно y_pdL. Таким образом, уравнение материаль­ного баланса по летучему компоненту за рассматриваемый проме­жуток времени может быть записано так:

Lx = (L-dL)(x-dx)+y_pdL.

 

Раскрывая скобки и пренебрегая членом dLdx как бесконечно малой величиной второго порядка, получим

Ldx = (y_p-x)dL; dL/L = dx/(y_p-x). (8)

 

В начальный момент перегонки количество жидкости в аппарате равно количеству начальной смеси F (состава x_f), а в конечный момент — количеству остатка W (состава x_w). Таким образом, пре­делы интегрирования будут для левой части F и W, для правой части x_f и x_w:

 

Интегрируя левую часть, получим

(9)

 

Вид функции у_р = f(x) устанавливается экспериментальным путем, поэтому интегрирование правой части уравнения (9) про­водится графически. Для этого для ряда значений х в пределах x_F до x_w находят из диаграммы у—х равновесные значения у_р. Строят

зависимость от х и по размеру площади под кривой, ограниченной значениями x_F и x_w, определяют величину искомого интегра­ла. После этого по уравнению (9), зная количество загруженной смеси F, ее концентрацию x_f и концентрацию кубового остатка x_w, определяют количество кубового остатка W.

Средний состав дистиллята определяют из уравнения материаль­ного баланса

 

Fx_f=Wx_w + (F - W)x_dср,

 

откуда

(10)

 

Простая перегонка с дефлегмацией (рис. 5) проводится для увеличения степени разделения исходной смеси. В этом случае пары, уходящие из перегонного куба, поступают в дефлегматор, где частично конденсируются. При частичной конденсации образуется флегма, обогащенная труднолетучим компонентом, которая сли­вается обpaтно в куб и взаимодействует с выходящими из куба пара­ми.

Пары обогащенные легколетучим компонентом, поступают в конденсатор. Дистиллят собирается в сборниках. Кубовый остаток удаляют из перегонного куба после достижения заданной концент­рации x_w.

 

Перегонку с водяным паром проводят с целью понижения темпе­ратуры кипения исходной смеси веществ, кипящих при температу­рах свыше 100 °С, компоненты которой нерастворимы в воде. При такой перегонке отгоняемый компонент получается обычно в виде смеси с водой при температуре кипения или атмосферном давле­нии - меньшем, чем температура кипения воды.

Общее давление паров над смесью равно сумме давлений чистых компонентов при той же температуре (Р = Р_А + Р_В)- Следователь­но при атмосферном давлении парциальное давление водяного пара над смесью Р_В = Р- Р_А<P.

На рис. 6 показана диаграмма для определения температур кипения при перегонке с водяным паром, которая определяется как точки пересечения кривой упругости водяного пара с кривыми упру­гости различных жидкостей.

По диаграмме температура перегонки бензола с водяным паром при атмосферном давлении составляет 69,5 °С, а при р = 0,0395 МПа — около 46 °С, толуола при атмосферном давлении — 85 °С.

Схема установки для перегонки с водяным паром показана на

Рис. 6. Диаграмма для определения температур кипения при перегонке с водяным паром

рис. 7. Исходная смесь загру­жается в перегонный куб, в рубашку которого подается глу­хой насыщенный водяной пар. Внутрь куба в исходную смесь барботируется острый водяной пар. Пары, образующиеся при кипении смеси, поступают в кон­денсатор и далее в сепаратор, где конденсат разделяется. Из сепаратора удаляются вода и нерастворяющийся в воде легко­летучий компонент, который, собирается в сборнике.

Отношение количества ото­гнанного компонента к количе­ству водяного пара

 

G_K/G_B = Р_КМ_К/(Р_ВМ_В), (11)

 

где GK и GB — массовые количества соответственно компонента и воды; Рк и Рв — дав­ления паров соответственно отогнанного компонента и воды; Мк и Мв — молекуляр­ные массы соответственно компонента и воды.

 

Рис. 7. Установка для пере­гонки с водяным паром: 1 - куб; 2 — конденсатор; 3 — сепаратор

 

 

Парциальное давление водяного пара р_в = Р—jр_к, где Р — общее давление; j — степень насыщения. Тогда из (11)

(12)

Молекулярная перегонка используется для разделения компонен­тов, кипящих при высоких температурах и не обладающих необхо­димой термической стойкостью. Процесс проводится под глубоким вакуумом, соответствующим остаточному давлению 1,31…0,131 Па.

Молекулярная перегонка протекает путем испарения жидкости с ее поверхности. Процесс осуществляется на близрасположенных поверхностях испарения и конденсации, причем расстояние между ними (обычно 20...30 мм) должно быть меньше длины свободного пробега молекул. В этом случае отрывающиеся от поверхности испарения молекулы летучего компонента попадают на поверхность конденсации и конденсируются на ней. Разность температур между поверхностями испарения и конденсации порядка 100 °С.

На рис. 8 показана схема аппарата для молекулярной перегон­ки. Исходная смесь поступает в аппарат через трубу на дно ротора. Под действием центробежной силы поступившая жидкость подни­мается в виде тонкой пленки по конусу, одновременно нагревается излучением от электронагревателя и испаряется. Оторвавшиеся с поверхности испарения молекулы уносятся к поверхностям конденсации. Пары менее летучего компонента конденсируются на поверх­ности конденсатора 4, а пары более летучих компонентов — на поверхности конденсатора 5. Первая фракция стекает с поверхности конденсатора 4 на поддон 8, а вторая конденсируется на змеевике и стекает на поддон 7. Неиспарившаяся часть жидкости под действием центробежной силы переливается через край ротора в отводной желоб и удаляется из аппарата.

Из поддона 8 дистиллят отводится через периферийную секцию кольцевого сборника, а из поддона 7—через центральную секцию.

 

Рис. 8. Аппарат для молекулярной перегонки: 1 — ротор; 2 — труба для подачи исходной смеси; 3 — электронагреватель; 4, 5 — первый и второй конденсаторы; 6 — кольцевой сборник; 7,8 — поддоны под первым и вторым конденсаторами; 9 - концентрическая изоляционная плита; 10 — отводной желоб.