Физико-механические показатели и свойства полиуретана и применение полиуретановых изделий, увеличивающие надежность транспортных сооружений в процессе эксплуатации

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И СВОЙСТВА ПОЛИУРЕТАНА И ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ, УВЕЛИЧИВАЮЩИЕ НАДЕЖНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Задирака А.А. ¹, Кокодеева Н.Е. ², Бондарь Е.С. ³

¹ Аспирант кафедры «Транспортное строительство»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

² Доктор технических наук, доцент кафедры «Транспортное строительство»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

³ Студентка кафедры «Транспортное строительство»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

В настоящее время применяют различные известные и разрабатываемые способы и средства для повышения надежности транспортных сооружений. Одним из таких средств является применение полиуретана в технологических процессах дорожного строительства. Данный материал сейчас не имеет широкого применения в дорожной отрасли, но по изученным физико-механическим показателям можно сделать вывод, что его применение значительно повысит надежность конструкций транспортных сооружений.

Ключевые слова: полиуретан, надежность, полиуретановые изделия, композиционные материалы, связующее

полиуретан дорожный транспортный строительство

At present, various known and developed methods and means are used to improve the reliability of transport facilities. One such means is the use of polyurethane in technological processes of road construction. This material is currently not widely used in the road industry, but based on the physicomechanical indicators studied, it can be concluded that its application will significantly improve the reliability of the structures of transport facilities.

Keywords: polyurethane, reliability, polyurethane products, composite materials, binder

В соответствии со Стратегией инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 г. определены основные тенденции мирового технологического развития, в том числе широкое внедрение материалов со специальными свойствами, и, в первую очередь, композиционных материалов.

В перечне поручений Президента Российской Федерации от 12.11.12 г. (№ ПР-3028) по итогам заседания Совета при Президенте Российской Федерации по вопросам модернизации экономики и инновационному развитию в стране от 24.10.12 г. обозначены основные положения развития композитной отрасли, в том числе включение комплекса мероприятий, направленных на развитие технологий производства композиционных материалов, конструкций и изделий из них, и создание условий для их применения в гражданских секторах экономики, в государственную программу Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности». В связи с этим тема данной статьи является актуальной. Условия ее проведения предусматривают научно-исследовательскую работу с определением характеристики предмета исследования, анализ отраслей промышленности, применяющих полиуретановые композиционные составы, а также изучение российского и мирового опыта в области развития производства указанных материалов в дорожном хозяйстве. В работе должен быть определен перечень на разработку полиуретановых композитных составов в виде новых технологических процессов, дорожных материалов и изделий [1].

Предполагается, что полиуретан может быть рассмотрен как эффективное вяжущее (в сравнении, например, с эпоксидной смолой, применяемой ООО НПП СК «МОСТ», товарный знак «Козинаки»), обладающий новыми или повышенными функциональными, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Полиуретан - это общее название целого класса синтетических материалов.

Полиуретаны получили широкое распространение в индустрии как высокоэффективные альтернативы резине - для производства деталей, работающих в агрессивных средах, в условиях значительных нагрузок и температур (даже при условии перемены знака). Рабочая температура практически всех полиуретановых материалов составляет от -50°С до 80°С. Также кратковременно (до 24 час) возможна эксплуатация при нагреве до 120°С [1].

Главным образом полиуретан состоит из двух типов сырья, изоцианата и полиола, которые получают из сырой нефти. При смешивании двух готовых к переработке жидких компонентов системы, которые содержат различные вспомогательные средства (катализаторы, вспениватель, стабилизаторы и т.д.), образуется реакционно-способная смесь. В зависимости от рецептуры и соотношения компонентов, при соответствующей технологии можно отрегулировать спектр свойств образующегося полиуретана - получают жесткий, мягкий, интегральный, ячеистый (вспененный) или монолитный материал [2].

Полиуретановые композиции не подвержены старению, обладают низкой температурой стеклования и высоким уровнем стойкости к различным воздействиям окружающей среды. Полиуретан стоек к абразивному износу, обладает устойчивостью к большинству органических растворителей, к озону, УФ лучам и к морской воде. Прочность соединения металл-полиуретан намного выше, чем в соединениях металл-резина.

Несомненным преимуществом полиуретанов является то, что их эластичность (твердость) программируется, т.е. может варьироваться в широких пределах, это зависит от пропорций используемых частей. Это свойство возможно исключительно благодаря тому, что полиуретаны различаются не только составом, но и объемами используемых компонентов.

Благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам, полиуретаны широко используются в качестве замены резины различных марок, каучуков, металла, пластика во многих отраслях промышленности [2].

Также полиуретаны обладают хорошей совместимостью с различными видами фракционных наполнителей (щебень, гравий) (по ГОСТ 7392-2022). Связующее может быть модифицировано в соответствии со специальными требованиями. В зависимости от различных условий применения (температура, влажность) оптимальные вязкость и скорость полимеризации связующего позволяют равномерно обволакивать частицы наполнителя и образовывать в местах их соприкосновения прочные, эластичные и долговечные «клеевые мостики». Высокая гидролитическая устойчивость, стойкость к воздействиям внешней среды в различных климатических зонах, стойкость к агрессивным средам, морозостойкость, диэлектрические свойства.

Связующая двухкомпонентная полиуретановая система предназначена для укрепления насыпных структур из щебня и гравия. Может применяться:

1) при ремонте и устройстве щебеночных балластных противоэрозионных конструкций из твердых и мягких горных пород на автомобильных дорогах;

2) для поверхностного и структурного укрепления (склеивания) щебеночного балласта для железнодорожных путей, в т.ч. на скоростных участках железных дорог с целью обеспечения целостности, упругости, водо- и воздухопроницаемости балластных призм, предотвращения подъема и выбивания частиц балласта и стабилизации верхнего строения пути при высокоскоростном движении поездов;

3) для решения прочих задач, связанных с необходимостью укрепления насыпных сооружений из щебня и гравия различного гранулометрического состава [3].

При основной динамической нагрузке верхний предел температуры эксплуатации данного материала будет температурный показатель в 120^оС, а при низких температурах не оказывается сильного влияния на свойства до -70^оС

Полиуретаны стойки к маслам и растворителям, также имеют хорошие диэлектрические свойства. Кроме того не склонны к озоновому старению, а также стойки к плесени и микроорганизмам.

Главным минусом полиуретанов (в частности ППУ) является проблема с переработкой отходов полимера.

Полиуретановые свойства зависят от различных факторов:

- от природы и длины участков цепи между уретановыми группировками

- от структуры материала - линейная или сетчатая

- молекулярной массы

- степени кристалличности

Полиуретаны имеют различное состояние от вязких жидкостей до кристаллических веществ. Их жесткость варьируется от 15 по Шору по шкале А до 60 по шкале D.

Наиболее интересны полиуретановые эластомеры, имеющие большие значения прочности а также сопротивление раздиру, износостойкость, устойчивость к набуханию в различных маслах и растворителях, а также озоно- и радиационностойкость. Полиуретаны могут быть лучше не только резины, каучуков но т металлов, по некоторым параметрам.

Если ингредиенты (изоцианат и полиол) смешиваются воздухом, то образуется мелкодисперсная аэрозоль, которая наносится на поверхность. Этот процесс называется напыление пенополиуретана.

Если ингредиенты смешиваются без доступа воздуха, то образуется монолитная, ровная струя, которую можно впрыснуть в ограниченную полость. Этот процесс называется заливка пенополиуретана и в том или ином виде используется во многих отраслях промышленности. Напыление пенополиуретана - наиболее перспективный метод создания тепло- и гидроизоляционных покрытий. Способность пенополиуретана покрывать поверхность сложной формы с хорошей адгезией гарантирует архитекторам возможность проектировать и осуществлять теплоизоляцию различных элементов зданий, имеющих сложные формы: выступы, арки, колонны и т.д. [4].

Ближайший по качеству (но уступающий по технологичности) экструдированный пенополистирол имеет коэффициент теплопроводности 0,03 Вт/м*град и снижения его не предвидится. В отличие от большинства теплоизоляционных материалов теплопроводность пенополиуретана от влажности среды не зависит (чего не скажешь, например, о других утеплителях), хранение под дождем и снегом - нормальное. Поэтому полиуретаны являются наиболее универсальными материалами, которые доступны в практическом использовании.

Области применения полиуретана и типы изделий определяются уникальным комплексом физико-химических свойств, предоставляемых материалами - от мягких резин до конструкционных пластиков.

Более высокая стоимость изделий из литьевых полиуретанов компенсируется в итоге сокращением простоев оборудования и издержек на его ремонт, что в результате дает значительную экономию.

Физико-механические свойства изделий представлены в таблице.

Физико-механические свойства изделий

Полиуретаны являются одним из наиболее стойких к абразивному износу материалов. Потеря массы полиуретановой пластины при абразивном износе (окись алюминия, угол 60°) составляет 0,05 % от веса за 60 мин, в то время как для закаленной стали более 0,5 % за 13 мин.

Применение клея «Каменьсхват» (зарегистрированный товарный знак) основано на смешении различных видов минерального сырья с полиуретановым вяжущим для создания прочной водо- и воздухопроницаемой износостойкой поверхности. Смесь создает взаимосвязанные пустоты, которые не уплотняют и не закупоривают землю под ней.

Отличительными особенностями материала являются простота применения и чрезвычайно высокая проницаемость. Можно подобрать смесь минералов и камней, которые хорошо вписываются в окружающий ландшафт и выгодно дополняют его [5].

Использование полиуретановых красителей позволяет получить стойкие цвета по всей толщине дорожного покрытия для решения декоративных задач. Также известно использование полимербетона на полиуретановой основе при создании тротуара.

Одной из областей, где эти изделия являются востребованными и где накоплен большой опыт в их производстве, является строительство и ремонт автомобильных дорог. Благодаря своей исключительной прочности, долговечности, устойчивости к абразивному износу, стойкости к маслам и другим нефтепродуктам полиуретаны с успехом применяются в машинах и механизмах, работающих в тяжелых условиях дорожного строительства и ремонта, заменяя аналогичные изделия из резины и других материалов, в том числе в рамках программы импортозамещения.

Список литературы

1. Леонтьев, В.Ю. Укрепление откосов земляных сооружений. Вяжущий материал на основе двухкомпонентной полиуретановой системы ДОРОЛИТ / В.Ю. Леонтьев // Новые технологии в строительстве. 2016. №1. - С. 14-31.

2. Леонтьев, В.Ю. Полиуретановые покрытия / В.Ю. Леонтьев // Автомобильные дороги. 2016. № 5. - С. 78-83.

3. Леонтьев, В.Ю. Применение вяжущего материала на основе полиуретана для укрепления и ремонта защитных покрытий транспортных сооружений / В.Ю. Леонтьев // Транспортное строительство. 2016. № 1. - С. 7-10.

4. Леонтьев, В. Ю. Разработка перспективного применения полиуретановых композитных составов для устройства оснований и/или покрытий транспортных сооружений. Время создания 16 сентября 2014 г. Депонированная научная статья. Российское агентство по авторским правам.

5. Оптимизация составов полиуретановых композиций с применением метода экспериментально-статистического моделирования / Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций. Матер. Всерос. науч.-техн. конф., посвященной ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». - С. 264-268.

Размещено на Allbest.ru