Ученые Пермского Политеха определили, как улучшить виброизоляцию трубопроводов

Статья опубликована в журнале «INGENIERIA UC», т. 28, № 3. Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда.

В трубопроводах, которые применяются в авиации, ракетостроении, судостроении и других областях промышленности, используют тонкослойные резино-металлические элементы, например, гибкие вставки, компенсаторы, прокладки и опоры. Это детали, в которых тонкий слой резины соединен с металлическими фрагментами. Так они сочетают в себе свойства двух материалов: резина обладает хорошими виброизоляционными свойствами и обеспечивает герметичность соединений, предотвращая утечки, а металл придает этим элементам высокую прочность и жесткость. Это необходимо для лучшей сохранности оборудования в энергетическом и транспортном машиностроении, судостроении, в нефте- и газопроводах.

Вибрация, передаваемая трубопроводами в процессе работы, может приводить к поломкам, просадкам грунта и даже авариям, поэтому виброизоляция — важное свойство резино-металлических элементов. От качества их производства зависит эффективная и стабильная защита оборудования.

Ученые Пермского Политеха проанализировали разные технологии изготовления тонкослойных резино-металлических элементов и назвали самые оптимальные материалы с наилучшими для этих целей свойствами.

В структуре таких деталей важны три компонента: резина, металл и клеевая смесь, которая их соединяет. Поэтому надежное функционирование изделий, в первую очередь, зависит от характеристик этих материалов. Основная причина отказа оборудования — это потеря герметичности из-за нарушения склеивания и появления отслоений, поэтому особое внимание политехники уделяли изучению эластичных резин в сочетании с клеевыми композициями.

— Мы провели ряд испытаний разных образцов резино-металлических элементов на специальном стенде, который воссоздает вибрации в частоте от 20 до 200 Гц. Эксперименты показали, что лучшими упругими и прочностными свойствами обладает резина из полиизопрена (синтетического и натурального). Помимо высокой прочности, он имеет и лучшие технологические свойства: при обработке деталей сразу образует плотную гладкую заготовку, а также быстро превращается в резину, — рассказывает Александр Шайдуров, аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ.

— Подготовка металлической поверхности — следующий шаг для обеспечения надежной связи резины и металла. Согласно проведенным исследованиям, лучше всего себя показывает пескоструйная обработка — это процесс, когда поток сжатого воздуха под сильным давлением выбрасывает на поверхность металла мелкие твердые частицы песка или стального порошка. Ударяясь о поверхность, они с высокой скоростью воздействуют на металл, придавая поверхности шероховатость, которая влияет на прочность сцепления, — объясняет Галина Шайдурова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук.

Клеевая система должна прочно соединять между собой резину и металл. Финальные этапы экспериментов показали, что лучше всего такое сцепление обеспечивает система клея по схеме «праймер + покровный слой» и операция поддержания заданной температуры на этапе совулканизации клея и эластомера, чтобы сохранять стабильность его свойств.

Общие результаты исследования ученых Пермского Политеха позволяют повысить показатель прочности адгезионного соединения резины и металла в резино-металлических элементах в 2-2,5 раза с применением и других резин на основе этилен-пропиленовых, бутадиен-нитрильных и смешанных каучуков. Выводы сделаны на основе осевых испытаний и проверки на растяжение по ГОСТу. Это значительно снижает передачу вибрации по линии трубопроводов и обеспечивает их безотказность при работе в условиях высоких нагрузок. Комбинация каучуков со смолами приводит к улучшенным результатам по вибрационным параметрам. Исследования в этом направлении важны для реализации новых проектов для МЧС и машиностроителей.