ПРАКТИЧЕСКИ В ЛЮБОЙ ОТРАСЛИ

СОЮЗ РЕЗИНЫ И МЕТАЛЛА

С разбором выбирай друзей.

И. А. Крылов. Роща и огонь

Применение резины практически в любой отрасли

Трудно подсчитать, сколько металла необходимо для получения 1 т резины. Ведь при ее производстве используется самое разнообразное оборудование - полимеризационные установки и смесители, вулканизационные прессы и многое другое, причем элементы этих машин часто изготавливаются из высококачественных сталей, цветных металлов и сплавов. Так что резинщики оказываются в долгу перед металлургами и машиностроителями, но эти долги не остаются неоплаченными. Существует своеобразный союз резины с металлами. И дело не ограничивается привычными прокладками и уплотнениями, без которых любая машина или механизм были бы просто грудой железа. Палитра областей применения резины как союзника металлов гораздо богаче.

Оборудование самых различных отраслей промышленности, особенно химическая аппаратура, часто контактирует с жидкими и газообразными агрессивными средами, которые приводят к достаточно быстрому разрушению металлических конструкций. Конечно, можно использовать цветные металлы и нержавеющие стали. Но во-первых, эти материалы слишком дороги. Во-вторых, в таких агрессивных средах, как соляная кислота, концентрированные растворы серной и фосфорной кислот, и эти материалы не являются стойкими. Наиболее старым и надежным способом защиты химической аппаратуры от коррозии является ее обкладка резинами или эбонитами. Эта операция называется гуммированием. Ее применяли уже в 30-е гг. как в нашей стране, так и за рубежом. Конечно, гуммирование не является единственным способом защиты металлов, но какие бы методы и материалы ни применялись, резина за полвека использования для этих целей своего значения не потеряла. Чем же это объясняется? Дело в том, что ее физико-химические и механические свойства на редкость высоки, а диапазон возможностей резины как защитного материала чрезвычайно широк. Какие же детали аппаратуры наиболее часто подлежат гуммированию? Это всевозможные колонны, отстойники, резервуары и камеры, воздухоочистительные фильтры, баки окраски и отбелки, ванны травления, никелирования, лужения и т. п., трубопроводы и запорная аппаратура химической, текстильной, пищевой и металлургической промышленности.

Гуммирование дает несомненную выгод- можно отказаться от использования нержавеющих сталей и цветных металлов, повысить срок службы оборудования. Вот только один пример, иллюстрирующий возможности резины как материала для гуммирования. Замена на сталелитейном заводе свинцовых труб для подачи горячей соляной кислоты на стальные, но гуммированные, повысила срок службы трубопровода почти в 8 раз.

В ряде случаев резина позволяет снизить металлоемкость конструкций. Инженеры ФРГ предложили поменять пропорции материалов: делать тонкую металлическую арматуру и защищать ее солидным количеством резины. Эти конструкции, оставаясь устойчивыми к коррозии, более легкие и удобные для монтажа. Из такой резинометаллической конструкции можно делать стойки, балки, уголки, не требующие окраски. Проверка конструкций в агрессивных средах показала, что они долговечнее традиционных.

Химическая стойкость - не единственное важное свойство резиновых покрытий. Среди других следует назвать износостойкость, сочетающуюся с хорошей ударной стойкостью. Поэтому резина незаменима для защиты аппаратуры от воздействия руды, угля, кокса, гравия, песка, абразивных пульп. А такой износ испытывают детали насосов, перекачивающих агрессивные и абразивные пульпы, шаровые и трубчатые мельницы, дробильные установки, различные вагонетки, бункера других машин и аппаратов горнодобывающей промышленности, трубопроводы, пескоструйные машины.

Резиновый тройник выгоднее сварного соединения при устройстве безнапорных трубопроводов - к такому выводу пришли на Иршанском горно-обогатительном комбинате. Действительно, стальные конструкции легче поддаются абразивному и коррозионному износу. Отсюда их малая долговечность: от 3 месяцев до года. Резина, как известно, коррозии не боится и позволяет соединять трубы из разных материалов. Для того чтобы установить такой тройник, достаточно взять соединительный элемент несколько меньшего размера, чем труба, па которую его предстоит надеть. Резина обеспечит и необходимую герметичность соединения. Подобный способ проще, удобнее и менее трудоемок, чем традиционная сборка стальных частей, а служит резиновый тройник в 2 - 3 раза дольше сварного соединения. В колоннах, отводах, местах перехода большого диаметра в меньший износ труб (внутренние стенки которых бомбардируют абразивные пульпы) особенно заметен и трубы служат всего 3 - 4 месяца.

Еще в более тяжелых условиях работают рудоразмольные мельницы. Они представляют собой барабан, в который загружают породу и стальные шары диаметром до 100 мм. Барабан вращается, шары дробят породу, а заодно бомбардируют стальную футеровку барабана, которая быстро разрушается. Попробовали идти по пути дробеструйщиков - те заменили сталь свинцом, и проблема износа футеровки дробеструйных машин была решена: одни дробинки наносили ей «раны», другие «залечивали», но для размольных мельниц свинец не подходит - слишком велики шары, и у них большая сила ударов. Оказалось, что для футеровки мельниц не нужна высокопрочная сталь, а нужна резина. Шары отскакивают от нее, получая к тому же дополнительный запас энергии. Выпуск такой футеровки налажен на Курском заводе резинотехнических изделий, служит она вдвое больше стальной, а весит на 85% меньше. Заменить ее можно в 3 раза быстрее - резиновые листы несложно точно подогнать друг к другу. Кроме того, уровень шума снижается на 10 дб. В ряде случаев футеровку барабанных мельниц удается сделать даже из надувных резиновых камер. И не только футеровку. Ведь шестерни мельницы и дробилок постоянно работают в условиях перенапряжений. Но если вставить в спицы шестерен резиновые валики, они перестанут бояться ударных нагрузок.

Защищает резина и металл гибких проводов и кабелей. В России кабельная промышленность зародилась в 1872 г., однако применение резины в конструкциях электрических кабелей и проводов началось лишь в начале XX столетия. Особенно широкое применение в отечественной кабельной промышленности резина получила в годы первых пятилеток. Появились кабели с резиновой изоляцией для монтажа контрольных цепей электростанций, для судов, шахтные кабели, кабели для рентгеновских установок и др.

Иногда с помощью резины удается полностью заменить металл, при этом устройства работают даже более эффективно. Возьмем, к примеру, промышленный грохот - сито. Сетки в нем плетеные или штампованные. Но вот режим их работы гораздо более сложный - просеиваются уголь, руда, гравий, щебень. И металлические сетки больше двух недель не выдерживают. А если к тому же материал влажный, сетки быстро забиваются. Решить проблему помогают простые резиновые струны - они долговечнее металлических, правда, забиваются они также быстро. Но если им сообщить резонансные колебания, то проблема очистки сит вообще исчезнет. Любой стандартный промышленный грохот несложно переделать, заменив металлические сетки на резиновые, отрегулировать их натяжение и подобрать режим работы инерционного вибратора, чтобы они колебались в резонанс. Такую конструкцию предложили специалисты Днепропетровского института геотехнической механики и Горного института им. Артема. Резиновые сита хорошо зарекомендовали себя на ряде промышленных предприятий.

Подавляющее число машин и механизмов не может работать без трения. Оно используется во множестве узлов, например в тормозных или фрикционных муфтах, на трении основаны также различные способы обработки и упрочнения материалов. Однако если взглянуть на проблему с другой стороны, то с трением связано одно из самых неприятных явлений в технике - износ. Именно он накладывает ограничения на рост производительности, приводит к огромным потерям материала, а стало быть, и средств. Как же бороться с трением?

Самым старым способом, который использовало человечество, является применение смазочных материалов. На стене пещеры Эль Бершех в Египте есть изображение, относящееся приблизительно к 2000 г. до н. э. На ней египтянин льет из кувшина масло под салазки, на которых тянут огромную статую. В ступицах колес древних повозок (XV в. до н. э.) археологи обнаружили остатки довольно сложных по составу смазок - смесей жиров с известью. При реакции этих веществ образуются мыло и глицерин, а последние широко применяются в смазках и в наши дни. Первые минеральные н нефтяные смазочные материалы появились более 100 лет назад. До этого времени все механизмы смазывали животными жирами и растительными маслами - свиным салом, говяжьим жиром, касторовым, сурепным, оливковым маслами, ворванью и др. Лишь в 1856 - 1860 гг. па заводе Юнга в Шотландии сухой перегонкой бурого угля стали получать до 10 тыс. т смазочного масла ежегодно. Стоило оно очень дорого - 300 руб. за 1 т, что было в 6 раз дороже свиного сала. В России первые нефтяные масла стали получать ненамного позже. Инженер В. Рогозин организовал их производство в Нижнем Новгороде, Ярославле и Баку. Они не уступали по качеству заграничным, а стоили в 3 раза дешевле. Не случайно они шли на экспорт, и за границей их называли русскими.

Сейчас на Земле ежегодно производят около 20 млн. т нефтяных масел в год, создаются новые эффективные сорта. Но запросы машиностроителей удовлетворить нелегко. И их нельзя назвать неоправданными - расширяются области использования машин. Им приходится работать в условиях высоких и низких температур. Поэтому все чаще обращаются к смазкам синтетическим, в частности к низкомолекулярным кау-чукам. Так, в условиях низких температур используют полиметилсилоксаны, а при температурах 250 - 300°С хорошо работают полифенилметилсилоксаны. Пока их выпускают ограниченно - килограммами, тоннами, но производство постоянно расширяется.

Появляются и принципиально новые способы борьбы с трением. Около 20 лет назад группа советских ученых открыла новый эффект (открытие № 121) - аномально низкое трение. Это открытие позволило не только углубить имеющиеся знания о природе трения, но и наметить пути устранения его вредного влияния в машинах и механизмах. Сущность эффекта состоит в том, что, если некоторые материалы подвергнуть поверхностному облучению в вакууме, их степень трения снижается во много раз. Такими материалами оказались резины, которые были названы скользкими. Родилась и технология получения подобных материалов: к поверхности обычной резины прикрепляется тончайший (десятки ангстрем) слой соответственно обработанного эластомера. Коэффициент трения резины снижается в 10 раз, а прочностные и другие физико-механические свойства остаются без изменения. Родился новый класс материалов - африкционные эластомеры. Они не взаимодействуют с влагой (даже становятся водоотталкивающими), с кислородом, т. е. не стареют на воздухе, не «газят» в вакууме, химически инертны, износостойки. Все это в сочетании с исключительно низким коэффициентом трения делает их незаменимыми для всякого рода прокладок, сальников, уплотнений.

После изобретения эти материалы сразу же получили распространение во многих отраслях народного хозяйства. Но первым на новинку откликнулся Московский часовой завод им. С. М. Кирова. В конце 70-х гг. он начал выпуск водонепроницаемых наручных часов. С помощью африкционных резин можно эффективно герметизировать магистральные трубопроводы, что повышает надежность их работы, а это дает народному хозяйству экономию в несколько миллионов рублей в год. Африкционные эластомеры с успехом защищают от коррозии самолетные винты, антенны и другие элементы летательных аппаратов. Одновременно они предохраняют их от обледенения.

Резина сохраняет металл по-разному: защищает его от коррозии, заменяет в машинах и механизмах или снижает его потери в узлах трения, успешно позволяет утилизировать его отходы. Ежегодно на заводах нашей страны образуется до 15 - 20 тыс. т стружки быстрорежущих сталей. Часто ее просто выбрасывают на свалку, вместо того чтобы сдать во Вторчермет, а если и сдают, то в самом Вторчермете ее не сортируют, сваливая в общую кучу. В результате из такой смеси переплавкой можно получить только самый низкосортный металл.

Более 10 лет назад ВНИИ тугоплавких металлов и твердых сплавов, Горьковский автозавод и Московский институт стали и сплавов сообщили о новой технологии утилизации таких отходов переработкой стружки в порошковую сталь. Способ прост, для его реализации не требуется сложного оборудования, он применим на любом машиностроительном заводе. Но главным достоинством способа является то, что он исключает процесс литья. Реализация способа во многом обеспечивается применением растворов каучука. Стружку отмывают от масел в бензине или керосине, затем ее измельчают стальными шарами в среде этилового спирта. Полученный порошок смешивают с 1,5%-ным раствором синтетического каучука в бензине, который играет роль связки. Полученную массу прессуют, получая пористый материал, который спекают в защитной атмосфере или в вакууме. Использование каучука позволяет, кроме всего прочего, значительно снизить необходимое давление прессования.

В процессах получения металлических изделий нашли применение даже липкие ленты на основе каучуков. История самих липких материалов началась с натурального каучука. В 1845 г. врач Дейк предложил болеутоляющие и вытяжные пластыри, поверхность которых была покрыта раствором каучука и канифоли с добавкой молотого перца и листьев белладонны. Почти 100 лет липкие ленты получали на основе натурального каучука, и лишь в 1942 г. были синтезированы вещества, которые придали липкость синтетическим каучукам. Такие материалы служат для герметизации окон и дверей, упаковки пакетов, предохранения различных изделий от царапин. И вдруг обнаружилось, что они могут найти применение в холодной обработке металлов - в штамповке, глубокой вытяжке, прокатке. Если металлическую поверхность покрыть липкой лентой, то требуется меньше усилий, чтобы придать материалу нужную форму. Снижается процент брака, потому что на поверхности не образуется трещин.

Известно, что при помощи резины можно эффективно бороться с вибрацией, например, при точении. Когда на токарном станке обрабатывается деталь, то снять стружку потолще часто не удается - начинается вибрация, выкрашиваются твердосплавные пластины резцов. Из-за вибрации не удается повысить чистоту обработки и тонкостенных деталей: поверхность становится муаровой. Правда, если на полку держателя положить пластинку из твердой резины, то она погасит вибрацию, но за это придется «расплатиться» потерей жесткости системы «станок - резец - деталь». В результате деталь точно обработать не удается, да и резец может вырваться из резцедержателя. На Уфимском моторостроительном заводе новаторы решили проблему достаточно просто. Державку токарного станка сделали в сечении П-образной, а в нее залили резиновую массу так, чтобы она чуть выступала за нижнюю плоскость державки. Резец устанавливается обычным способом. Болты прочно прижимают державку к опорной полке резцедержателя. Резина сжимается и на точность обработки не влияет, зато поглощает вибрацию и шум. Резец с подобной державкой служит на 25% дольше обычного.