Российская экономика сегодня переживает не самые стабильные времена. В значительной мере это связано с большой зависимостью отдельных отраслей национального хозяйства от зарубежных поставщиков. В связи с этим в экономическом развитии страны становится особенно актуальным импортозамещение. Курс на импортозамещение сегодня является одним из важнейших приоритетов развития Российской экономики. Имопртозамещение на сегодняшний день — это двигатель
В промышленности необходимость в альтернативе продукции зарубежных поставщиков у российских потребителей возникла главным образом в силу падения курса рубля. Импортные товары стали дороже. Во многих сегментах промышленности это предопределило также и повышение цен на производимую продукцию внутри страны. Импортируя, скажем, клеи, российский производитель столкнулся со значительно выросшими издержками, компенсировать которые во многих случаях стало возможно одним способом — повышая цены для внутренних потребителей.
Однако падение рубля сыграло в определенной степени положительную роль для экономики. Дело в том, что по факту обесценивания российской национальной валюты многие производственные издержки, а также зарплата в долларовом выражении, снизились очень существенно. В результате стоимость отечественной продукции стала более привлекательной.
На фоне всего этого, начинает возрастать интерес не только к современным разработкам отечественной науки, но и к некоторым разработкам из недавнего прошлого. Одним из таких примеров является резко возросший интерес различных Российских предприятий к разработкам ФГУП «СКТБ «Технолог» в области герметиков, клеев, компаундов. Так, в рамках решения конкретной задачи, ещё в 2007 году нашим предприятием был разработан двухкомпонентный клей КВС-37, который сегодня набирает всё большую популярность в новом качестве — в качестве заменителя импортной композиции клеев «Хемосил 211/411».
Ниже приводим статью из журнала «КЛЕИ. ГЕРМЕТИКИ. ТЕХНОЛОГИИ. № 11, 2013». Издательство «Наука и Технологии»
ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕЯ МАРКИ КВС-37 В ИЗГОТОВЛЕНИИ ЭЛАСТИЧНЫХ ОПОРНЫХ ШАРНИРОВ
Авторство: М.Ю. Ощепкова, Г.И. Шайдурова, О.В. Бактиков; ОАО НПО «Искра» (614038, г. Пермь, ул. Академика Веденеева, 28, e-mail: omy615@iskra.perm.ru)
Приведены результаты работы по замене зарубежной системы клеев Хемосил на новый отечественный клей КВС-З7 в производстве эластичного опорного шарнира, применяющегося при изготовлении ракетных двигателей. Показано, что после проведенного комплекса испытаний отечественный клей полностью соответствует требованиям конструкторской документации и по свойствам клеевых соединений превосходит зарубежный аналог.
Ключевые слова: клей КВС-37, резина 51-2186, клей Хемосил, низкомодульная резина, эластичный опорный шарнир (ЭОШ), ускоренные климатические испытания (УКИ)
При изготовлении ракетных двигателей твердого топлива в качестве подшипников, соединяющих подвижную и неподвижную части соплового блока, применяют эластичные опорные шарниры (ЭОШ).
ЭОШ представляет собой неразборную конструкцию, состоящую из упругого элемента в виде набора жестко скрепленных между собой чередующихся слоев армирующих металлических тарелей и эластомера, присоединительных опорных колец и герметизирующего покрытия, В качестве эластомера применяют резину на основе синтетического изопренового каучука, близкую по модулю упругости при деформации сдвига к натуральному каучуку. Использование низкомодульного эластомера позволило внедрить технологию литьевого прессования на изделиях нескольких поколений, поэтому при изготовлении ЭОШ придается большое значение технологической операции скрепления низкомодульной резины с опорными кольцами и стальной арматурой (тарелями), выполняемой с помощью клеевых материалов горячей вулканизации.
С 2005 г. в качестве клеящих материалов при производстве ЭОШ используют двухслойную систему клеев Хемосил (фирма «Henkel», Германия). Клеи Хемосил 211/411 представляют собой растворы органических полимеров и диспергированных твердых веществ в органических растворителях.
Применение импортной системы клеев предусмотрено высоким уровнем требуемых адгезионных характеристик ЭОШ, что не обеспечивалось клеевыми композициями отечественного производства. С момента принятия решения до настоящего времени изготовлено более 130 шарниров двух типоразмеров с успешным проведением приемосдаточных испытаний (ПСИ), подтвердивших герметичность сборочных единиц при эксплуатационных нагрузках и cдаточные характеристики ЭОШ (осевое перемещение. шарнирный момент и его составляющие).
В 2007 r. в СКТБ «Технолог» (г. Санкт-Петербург) разработан клей-аналог импортной системы клеев Хемосил — клей марки КВС-37 (ТУ 2252-414-05121441-2007), который является двухкомпонентным и представляет собой раствор эпоксидной смолы, каучука, изоцианатов и модифицирующих добавок в органических растворителях. Все компоненты, используемые при изготовлении клея имеют отечественную производственную базу и сопровождены документами, подтверждающими их качество.
Авторами с 2008 по 2012 гг. проведен комплекс работ по производственному опробованию клея КВС-37 (на образцах в лабораторных и цеховых условиях, при изготовлении технологических ЭОШ), включая и автономную отработку шарнира после ускоренных климатических испытаний. В ходе опробования была отработана технология нанесения клея КВС-37 с обеспечением необходимой толщины (16-60 мкм), определены оптимальные режимы сушки каждого слоя.
Критерием оценки качества клеевого соединения является адгезионная прочность при отрыве и сдвиге образцов, изготовленных по стандартной методике ГОСТ 209-75. При изготовлении шарнира с применением клея КВС-37 были изготовлены образцы-свидетели и дополнительные образцы для определения физико-механических и адгезионных характеристик до и после ускоренных климатических испытаний ЭОШ в сравнении с системой клеев Хемосил 211/411.
Клей КВС-37 наносили на предварительно подготовленные (опескоструенные и обезжиренные) поверхности образцов и комплектующих деталей шарнира в два слоя с сушкой каждого слоя в течение 90 мин при (22±3) ºС. Толщина каждого слоя клея составляла от 18 до 23 мкм.
Отверждение клея на образцах-свидетелях и в пресс-форме совместно с ЭОШ проводили по режиму вулканизации резины 51- 2186: давление — 10,4 МПа, температура — (145±5) ºС, время — 15 мин.
Результаты испытаний образцов-свидетелей (изготовлены совместно с ЭОШ) и образцов, дополнительно изготовленных в цеховых условиях литьевым методом по тому же режиму, до и после ускоренных климатических испытаний (УКИ) приведены в табл. 1 и 2. Результаты определения модуля упругости резины 51-2186 при сдвиге 100%-ной деформации приведены в табл. 3. Количество образцов для каждого вида испытаний составляло 4 шт. В таблицах приведены средние значения показателей.
| Таблица 1. Показатели прочности клеевых соединений резины с металлом при отрыве | ||||
| Образец | Исходные показатели | Показатели после УКИ | ||
| τотр, МПа | Характер разрушения | τотр, МПа | Характер разрушения | |
| Образцы-свидетели с ЭОШ с клеем КВС-37 | 5,86 | По резине | 5,32 | По резине (резина пористая) |
| Образцы-свидетели с ЭОШ с клеями Хемосил 211/411 | 6,27 | По резине | 5,99 | По резине (резина мелкопористая) |
| Образцы (дополнительные) с клеем КВС-37 | 5,97 | По резине | 5,09 | По резине (резина пористая) |
| Образцы (дополнительные) с клеями Хемосил 211/411 | 6,32 | По резине | 5,87 | По резине (резина мелкопористая) |
| Примечание: По требованиям конструкторской документации прочность должна составлять не менее 1,5 МПа |
||||
| Таблица 2. Показатели прочности клеевых соединений резины с металлом при сдвиге | ||||
| Образец | Исходные показатели | Показатели после УКИ | ||
| τсдв, МПа | Характер разрушения | τсдв, МПа | Характер разрушения | |
| Образцы-свидетели с ЭОШ с клеем КВС-37 | 7,62 | По резине — 3 образца; 90% по резине и 10% по клею — 1 образец | 6,37 | По резине — 3 образца; 90% по резине и 10% по клею — 1 образец |
| Образцы-свидетели с ЭОШ с клеями Хемосил 211/411 | 8,0 | По резине | 7,49 | По резине |
| Образцы (дополнительные) с клеем КВС-37 | 9,1 | Смешанный — 90% по резине | 7,77 | По резине |
| Образцы (дополнительные) с клеями Хемосил 211/411 | 9,15 | По резине | 7,91 | По резине (резина монолитная) |
| Примечание: По требованиям конструкторской документации прочность должна составлять не менее 3,5 МПа |
||||
| Таблица 3. Модуль упругости резины 51-2186 при сдвиге при 100%-й деформации | ||||
| Образец | Исходные показатели | Показатели после УКИ | ||
| G100, МПа | Характер разрушения | G100, МПа | Характер разрушения | |
| Образцы-свидетели с ЭОШ с клеем КВС-37 | 0,24 | По резине — 3 образца; 90% по резине и 10% по клею — 1 образец | 0,23 | По резине — 3 образца; 90% по резине и 10% по клею — 1 образец |
| Образцы-свидетели с ЭОШ с клеями Хемосил 211/411 | 0,23 | По резине | 0,23 | Смешанный — 95% по резине |
| Образцы (дополнительные) с клеем КВС-37 | 0,24 | По резине — 3 образца; 95% по резине и 5% по клею — 1 образец | 0,23 | По резине — 3 образца; 95% по резине и 5% по клею — 1 образец |
| Образцы (дополнительные) с клеями Хемосил 211/411 | 0,23 | По резине | 0,22 | Смешанный — 90% по резине |
| Примечание: По требованиям конструкторской документации модуль упругости должен составлять (0,22 ± 0,03) МПа. |
||||
Следующим этапом работы была оценка работоспособности шарнира, изготовленного с применением клея КВС-37, в течение назначенного срока службы с обеспечением параметров ЗОШ в соответствии с техническими требованиями конструкторской документации (КД) по разработанной программе. С этой целью были проведены следующие испытания:
- имитация (методом ускоренных климатических испытаний) климатических воздействий на шарнир в процессе его хранения и эксплуатации в течение срока службы;
- оценка и подтверждение располагаемого ресурса;
- определение шарнирного момента и его составляющих;
- подтверждение обеспечения требуемого угла поворота подвижной части шарнира;
- определение осевого перемещения шарнира;
- подтверждение герметичности.
Результаты испытаний шарнира до и после проведения ускоренных климатических испытаний показали:
- шарнирный момент и его составляющие стабильны на всем протяжении испытаний и соответствуют требованиям КД;
- моментные характеристики шарнира после проведения ресурсных испытаний соответствуют требованиям КД, спад давления в нагрузочной камере стенда отсутствовал;
- при контроле герметичности шарнира между режимами УКИ и после завершения УКИ, в процессе и после завершения автономных испытаний спад давления в нагрузочной камере, а следовательно, и нарушение целостности шарнира отсутствовали. Шарнир полностью соответствует требованиям КД;
- обеспечивались соответствующие углы отклонения подвижной части шарнира без нарушения его целостности;
- осевые перемещения ЭОШ имеют стабильность и отвечают требованиям КД.
Выводы
Применение нового отечественного клея КВС-37, разработанного и производящегося «СКТБ «Технолог» (г. Санкт-Петербург) взамен системы клеев Хемосил 211/411 (Германия) обеспечивает прочность клеевых соединений на границе металл-резина 51- 2186 в ЭОШ во всем спектре нагрузок, действующих на шарнир в процесс е хранения, эксплуатации и работы двигательной установки.
Автономные испытания шарнира с использованием клея КВС-37 после проведения ускоренных климатических испытаний показали, что шарнир полностью соответствует требованиям КД.
Образцы-свидетели, изготовленные совместно с шарниром, и образцы, дополнительно изготовленные в цеховых условиях литьевым методом, с применением клея КВС-37 показали стабильную адгезионную прочность как до ускоренных климатических испытаний, так и после их проведения. Более того, показатели прочности при отрыве превысили требования КД в среднем в 3-3,5 раза, прочности при сдвиге — в 1,8-2,2 раза.
Положительные результаты автономных испытаний шарнира, а также стабильность адгезионных и физико-механических характеристик образцов, прошедших УКИ, свидетельствуют о возможности применения отечественного клея КВС-37 на границе металл-низкомодульная резина при изготовлении шарниров изделий РКТ нового поколения взамен системы клеев Хемосил производства Германии.
При этом следует обратить внимание на то, что компоненты, входящие в состав клея КВС-37, имеют класс опасности 2 и 3, т.е. при организации рабочих мест по приготовлению и нанесению клея потребуется принять дополнительные меры в рамках охраны труда и промышленной безопасности.
Список использованной литературы
- Акт опробования клея марки КВС-37, разработанного ФГУП «СКТБ «Технолог», взамен системы клеев «Хемосил» от 09.10.2008.
- Акт производсгвенного опробования клея КВС-37 разработки ФГУП «СКТБ «Технолог» при изготовлении сборочной единицы NQ 25 от 14.02.2009.
- Жеребков С.К. Крепление резины с металлом. М.: Химия, 1966. 168 с.
- Отчет по ускоренным климатическим испытаниям и автономной отработке шарнира от 13.11.2009.