Московский экономический журнал 4/2017

image_pdfimage_print

УДК 542.3

Bezymyannyj-12

Денисюк Максим Николаевич, адъюнкт, ВВИМО, г. Вольск

Зубова Наталья Геннадьевна, кандидат технических наук, ИО зав. кафедрой «Физики и естественно научной дисциплины» БИТИ НИЯУ «МИФИ» г. Балаково

Земсков Владимир Михайлович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Атомной энергетики» БИТИ НИЯУ «МИФИ» г. Балаково

Denisyuk Maksim Nikolaevich, adjunct, VVIMO, Volsk

Zubova Natalia Gennadievna, candidate of technical Sciences, docent, the head. the Department «Physics and natural science disciplines» BITI, national research nuclear University «MIFI» city of Balakovo

Zemskov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical Sciences, associate Professor, Professor of the Department «Nuclear energy» BITI, national research nuclear University «MIFI» city of Balakovo

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕПЛАСТИКА И СТАЛИ НА ХЕМОСТОЙКОСТЬ

EXPERIMENTAL STUDIES OF CARBON AND STEEL FOR CHEMICAL RESISTANCE

Аннотация: в данной научной статье представлены результаты экспериментальных исследований углепластика и стали на химическую стойкость по ГОСТ 12020-72 в виде коэффициентов диффузии, сорбции, проницаемости со сравнением их значений и кратким описанием проведенного исследования в таких агрессивных средах, как бензин «Премиум-95», керосин ТС-1, дизельное топливо Арктическое.

Abstract: this scientific article presents the results of experimental studies of carbon and steel for chemical resistance national standard 12020-72 in the form of coefficients of diffusion, sorption, permeability comparing their values and a brief description of the research in such aggressive environments as gasoline «the Premium-95», kerosene TS-1, diesel fuel Arctic.

Ключевые слова: хемостойкость, сталь, углепластик, масса, коэффициент

Keywords: chemical stability, steel, carbon fiber, the weight ratio

 

Агрессивной средой для материалов вообще, а для неметаллов особенно, считается такая внешняя среда, которая, воздействуя на материал, ухудшает свойства изделия из него. Перенос агрессивной среды и продуктов взаимодействия сопровождается их накоплением в материале, что приводит к возникновению дополнительных внутренних напряжений, таких как напряжение набухания, капиллярное и осмотическое давление и т.д. [1]. Таким образом, среда, контактирующая с неметаллическим материалом, может стать источником сложного напряженного состояния, которая, суммируясь с действующими нагрузками, может существенно повлиять на работоспособность конструкции и привести к ее отказу.

         При контакте неметаллических материалов с различными химическими реагентами изменение химического состава или структуры взаимодействующих материалов и веществ может быть следствием различных химических реакций. Это означает, что химическая устойчивость полимерного композиционного материала к действию того или иного химического реагента изначально будет определяться его химической природой (химическим составом).

Химическая стойкость полимеров является одним из главных свойств при условии применения их в заданной среде. По данным [2, стр. 135, табл. 2.8] сравнительная химическая стойкость полимерных материалов на основе эпоксидных смол оценивается в холодных средах – на «отлично», в горячих средах – на «хорошо», прочность и деформируемость материала при этом изменяются не более, чем на 15 %.

Экспериментальные исследования углепластика и стали на хемостойкость проводились по ГОСТ 12020-72 [3]. При этом образцы углепластика и стали выдерживались в следующих нефтепродуктах: бензине «Премиум-95», дизельном топливе арктическом, авиационном керосине (ТС-1). Промежуточные измерения массы образцов производили через 1-2-4-8-16-24-48-96-168 ч. Максимальный период выдержки образцов составил 168 часов (1 неделя). Испытания исследуемых материалов проводились при температуре 23+2 ºС.

Сущность метода заключается в гравиметрическом определении изменения массы образцов углепластика и стали в ненапряженном состоянии (табл. 1-2).

Таблица 1. Значения хемостойкости углепластика в топливе

Screenshot_1

Таблица 2. Значения хемостойкости стали в топливе

Screenshot_2

Изменение массы образцов углепластика и стали в зависимости от времени их выдержки в нефтепродуктах выражается графиками (рис. 1-2).

Screenshot_3

Рисунок 1 – Зависимость изменения массы образцов углепластика от времени выдержки в нефтепродуктах: 1 – Бензин «Премиум-95», 2 – Дизельное топливо Арктическое, 3 – Керосин (ТС-1).

Сравнительную оценку химического воздействия нефтепродуктов на образцы углепластика и стали проводили по изменению коэффициентов диффузии, сорбции и проницаемости (табл. 3).

Коэффициентом диффузии называют физическую величину, численно равную количеству диффундирующего вещества, которое проникает за единицу времени через единицу поверхности, если разность плотностей на двух поверхностях, находящихся на расстоянии равном единице длины, равна единице.

Screenshot_4

Рисунок 2 – Зависимость изменения массы образцов стали от времени выдержки в нефтепродуктах: 1 – Бензин «Премиум-95», 2 – Дизельное топливо Арктическое, 3 – Керосин (ТС-1).

Коэффициент сорбции — это объем газа, поглощенный единицей объема полимера при парциальном давлении, равном единице, и температуре испытания.

Таблица 3. Коэффициенты диффузии, сорбции и проницаемости образцов углепластика и стали

Screenshot_5

Проницаемость – способность материала или изделия пропускать воду, пар, воздух, газ, пыль. Проницаемость также характеризует массообменные процессы. По ГОСТ 12020-72 коэффициент проницаемости определяется произведением коэффициентов сорбции и диффузии.

Из данных (табл. 3) следует, что образцы углепластика характеризуются более низкими показателями коэффициента проницаемости по сравнению с образцами стали. При этом углепластик, выдержанный в дизельном топливе Арктическом имеет наименьшие показатели коэффициентов диффузии, сорбции и проницаемости по сравнению с образцами углепластиков, выдержанных в бензине и керосине. Уменьшение значений показателей коэффициентов диффузии, сорбции и проницаемости аналогично и для образцов стали, выдержанных в дизельном топливе Арктическом по сравнению с образцами стали, выдержанных в бензине и керосине.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о хорошей химической стойкости углепластиков к исследуемым нефтепродуктам в условиях длительного испытания. Также сравнительные результаты показали, что химическая стойкость углепластика лучше, чем химическая стойкость стали.

Литература

  1. Шевченко А.А. Физикохимия и механика композиционных материалов: Учебное пособие для вузов. – СПб.: ЦОП «Профессия», 2010. – 224 стр., ил.
  2. Крыжановский В.К., Бурлов В.В. Пластмассовые детали технических устройств (выбор материала, конструирование, расчет) – СПб.: Научные основы и технологии, 2013. – 456 стр., ил.
  3. ГОСТ 12020-72 Методы определения стойкости к действию химических сред.