Введение 3
1. Анализ предметной области 6
1.1. Влияние основных факторов, ответственных за старение 6
1.2. Влияние радиации на свойства полипропилена 15
1.2.1. Методы повышения радиационной стойкости полипропилена 20
1.2.2. Стабилизация полипропилена 22
1.3. Влияние условий переработки на свойства полипропилена 27
1.4. Анализ проблем полимеров в автомобилестроении, связанных со старением 37
1.5. Анализ конструкции расширительных бачков 41
1.6. Анализ условия эксплуатации, выявление основных факторов и их
энергетического значения, ответственных за старение и разрушение бачков 43
1.6.1. Механизм старения и разрушения материала бачков от воздействия УФ - радиации солнца 43
1.6.2. Механизм старения и разрушения материала бачков от воздействия температур 46
1.6.3. Механизм старения и разрушения материала бачков от воздействия влаги 47
1.6.4. Механизм старения и разрушения материала бачков в напряженно-деформированном состоянии 47
1.7. Оборудование для проведения ускоренных климатических
испытаний 49
2. Материалы и методы исследования 58
2.1. Исследуемые материалы 58
2.1.1. Характеристика основного материала 58
2.1.2. Характеристика применяемой охлаждающей жидкости 63
2.2. Методы исследований 65
2.2.1. Методы УКИ по ГОСТ 65
2.2.2. Методы контроля и испытаний 75
2.3. Статистическая обработка данных 97
3. Разработка методики ускоренных климатических испытаний материалов на примере полипропиленовых расширительных
бачков 6520-1311010 99
3.1. Разработка карты условий эксплуатации бачков 99
3.2. Трансформация энергетических значений, факторов ответственных за старение и разрушение бачков, в адекватные лабораторные режимы УКИ 103
3.3. Разработка режимов УКИ бачков 106
3.4. Требования к аппаратурному комплексу и образцам 106
3.5. Проведение УКИ ПП бачков и оценка результатов 107
Заключение 125
Список литературы 126
Актуальность работы. Основным классом материалов, способным удовлетворить такие жесткие требования, как обеспечение минимальной массы конструкции, максимальной жесткости, прочности, надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения, в том числе при высоких температурах и в агрессивных средах, являются композиционные материалы. К отраслям, активно использующим композиционные материалы и являющимися заказчиками для разработки и производства новых материалов и изделий из них, относятся медицина, авиация, космонавтика, автомобилестроение.
В настоящее время на изготовление одного автомобиля применяется около 460 кг пластмассовых деталей, что в переводе в процентное соотношение составляет 3-4 % от общего веса автомобиля. Ниже представлена диаграмма, которая показывает распределение используемых материалов по массе. Наибольший объём применения приходится на такие виды пластмасс как ПУ и ППУ, ПП, SMC.
Из литературных источников известно, что зачастую полимерные материалы подвергаются старению. На старение материалов влияют внутренние факторы: внутренние напряжения, фазовые переходы, микроструктурные трансформации, изменения химического состава, которые в основном связаны с исходным сырьем и технологией переработки пластмасс, а также значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как: изменения температуры, изменения влажности, изменения концентрации кислорода, видимое, ультрафиолетовое или ионизирующее излучения, химическое воздействие. Причем данные факторы зачастую воздействуют на материал одновременно.
Многими научными деятелями, посвятившими себя исследованию старения полимеров, установлена следующая трудность: существует большое количество производителей оборудования ускоренных климатических испытаний, но нет единого стандарта. В России используются всего лишь две методики: ГОСТ 9.707-81 Методы ускоренных климатических испытаний полимерных материалов и ГОСТ 9.401-91 Методы ускоренных климатических испытаний на лакокрасочные покрытия. Но так как эти ГОСТы разрабатывались ещё в середине 80-90 годов, они являются устаревшими с учетом появления новых знаний о материалах, которые могут противоречить друг другу. Вследствие этого появилась необходимость разработки методики ускоренных климатических испытаний и её адаптация к материалам, применяемым на ПАО «КАМАЗ».
Цель работы.Повышение эксплуатационных свойств неметаллических изделий и материалов за счет разработки методики ускоренных климатических испытаний материалов на примере полипропиленовых бачков расширительных типа 6520-1311010.
Задачи для реализации поставленной цели:
1. Анализ предметной области.
2. Анализ материалов и методов исследования.
3. Разработка методики ускоренных климатических испытаний материалов.
Научная новизна. Разработана методика ускоренных климатических испытаний материалов, учитывающая реальные условия эксплуатации изделия.
Практическая значимость работы. На основе теоретических знаний о материалах и проведенных научных исследований разработана единая методика ускоренных климатических испытаний полимеров.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VIII Международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2017 год» (МНТК «ИМТОМ-2017», г. Казань); Всероссийской научно-практической конференции «X Камские чтения» (г. Набережные Челны, 2018 г); Международной конференции «Полиэфирные и эпоксидные смолы 2018 г» (IN- VENTRA (CREON), отель «Балчуг Кемпински», г. Москва);Международной конференции «Полимеры в автомобилестроении 2019 г» (INVENTRA (CRE- ON), отель «Балчуг Кемпински», г. Москва).
В результате выполненной выпускной квалификационной работы:
1. Проведен анализ условий эксплуатации бачков расширительных типа 6520-1311010 , выявлены основные факторы и их энергетические значения, ответственные за старение и разрушение бачков;
2. Разработана карта условий эксплуатации полипропиленовых расширительных бачков 6520-1311010;
3. Определены математические модели трансформации энергетических значений, факторов ответственных за старение и разрушение бачков, в адекватные лабораторные режимы УКИ;
4. Разработана методика ускоренных климатических испытаний материалов бачков расширительных типа 6520-1311010 (для климатических зон Индии и Венесуэлы);
5. Выработаны требования к аппаратурному комплексу и образцам для проведения ускоренных климатических испытаний расширительных бачков;
6. Проведены ускоренные климатические испытания полипропиленовых расширительных бачков 6520-1311010 и дана оценка их результатов.
