Мікробіологічні пошкодження

Досвід експлуатації авіаційної техніки показує, що однією з серйозних проблем, які призводять до зниження надійності ПС, є вплив мікроорганізмів (пліснявих грибів, бактерій) на його деталі матеріали і системи. Мікроорганізми – це найпростіші, бактерії, дріжжеві і цвілеві гриби, здатні споживати вуглець як джерело енергії. Цю енергію мікроорганізми, як і всі біологічні системи, отримують за рахунок окислювальних процесів.

Найактивніше діють мікроорганізми на полімерні та інші неметалічні матеріали. У деталях і системах сучасних ПС застосовується більш ніж 45% неметалічних матеріалів. Поживним середовищем для мікроорганізмів є пластифікатори, деякі наповнювачі та інші добавки, що входять до складу різних полімерних матеріалів. Під дією продуктів життєдіяльності мікроорганізмів може відбуватися зміна складу і структури самого полімеру.

Мікроорганізми завжди присутні в навколишньому середовищі (в повітрі, ґрунті, воді). Потрапляючи на вироби техніки і використовуючи певні компоненти матеріалів як джерело живлення, або впливаючи на них продуктами своєї життєдіяльності (агресивні органічні кислоти), мікроорганізми викликають як механічні пошкодження цих матеріалів, так і зміну їх фізико-хімічних, електричних та інших параметрів.

Мікробіологічні пошкодження матеріалів звичайно спостерігаються передусім там, де мають місце сприятливі умови для розвитку мікроорганізмів: підвищена вологість, обмежений повітрообмін або його відсутність, наявність забруднень. При цьому багато які мікроорганізми володіють здатністю досить швидко пристосовуватися до зовнішніх умов, що змінилися. Так, більшість видів мікроскопічних грибів здатні розвиватися при температурах від +55°С до -45°С і відносній вологості повітря від 60% до 100%.

Проблема біопошкодження є особливо гострою щодо складних систем, до складу яких входять деталі (вузли, агрегати) з різних материалів: металів, полімерів, гуми, скла, тканин, лакофарбового покриття і ін. Це пов’язано з тим, що мікробіологічне пошкодження одного матеріалу сприяє пошкодженню іншого матеріалу, який знаходиться в контакті з першим. Зміна допустимих параметрів одного або декількох матеріалів може вплинути на надійність системи взагалі.

Термін експлуатації авіаційної техніки однозначно не визначає міри пошкодження металевих і неметалевих матеріалів. Вирішальними чинниками є умови експлуатації: частота польотів; порядок технічного обслуговування; місце і тривалість стоянки літаків; спосіб зберігання техніки і т.п. Якщо ПС, наприклад, зачохлюється відразу після польотів, то це сприяє значній конденсації вологи, і при стоянці тривалістю в декілька діб можуть виникнути сприятливі умови для проростання спор пліснявих грибів. Міра біопошкоджень матеріалів залежить і від кліматичних умов експлуатації авіаційної техніки – найчастіше пошкодження мікроорганізмами спостерігається в місцях з теплим, вологим кліматом.

Мікробіологічну корозію металів можна розглядати як випадок електрокорозії, яка стимулюється продуктами життєдіяльності мікроорганізмів. Багато авіаційних матеріалів і їхні покриття не мають достатньої стійкості до біопошкоджень.

Біопошкодження варто розглядати в сукупності з іншими процесами руйнування матеріалів (атмосферна корозія, деструкція й ін.), що дозволить об'єктивно оцінити придатність авіатехніки до експлуатації в складних природно-кліматичних умовах.

Сприятливе сполучення високої температури і вологості, характерне в першу чергу для тропічних і субтропічних районів земної кулі, приводить до утворення пліснявих грибів - найбільш активних і частих біологічних шкідників авіаційної техніки.

Вплив пліснявих грибів на вироби і матеріали може бути прямим і непрямим. При прямому впливі весь матеріал або його складова частина, використовуваний грибом у якості джерела енергії і живильних речовин, приходить у негідний стан. Стимулюють появу пліснявих грибів вода, що міститься у живильному середовищі або матеріалі, непровітрювані затемнені відсіки ПС, у які не потрапляють ультрафіолетові промені.

Руйнівному впливу цвілі схильні ізоляційні матеріали електропроводки, гумовотехнічні вироби, деталі з капрону, пінопласту, деревини, шкіри і різноманітних тканин.

Міра і характер пошкодження лакофарбового покриття залежить від того, розвиваються мікроорганізми на поверхні плівки чи проникають всередину її. Колонії грибів, зростаючі тільки на поверхні плівки, утворюють лише плями, які можна періодично усувати, стираючи їх або змиваючи. При цьому покриття практично не втрачає своїх захисних властивостей. Якщо ж цвіль розповсюджується всередину плівки, то покриття швидко руйнується, що приводить до поширення корозії захисного металу.

Наявність цвілі в приладах, в свою чергу, сприяє підвищенню вмісту вологи, що створює краплиноподібну плівку конденсату на поверхні матеріалів приладів. Такі плівки за рахунок адсорбції домішок з повітря є фактично тонкими шарами електроліту і здатні викликати корозію.

Продукти життєдіяльності цвілевих грибів, що розрослися на бавовняному оплетенні, уражають хлорвінілову ізоляцію, розташовану під оплетенням, наслідком чого є пігментація світлозабарвлених поверхонь, зниження міцності і пластичності, розтріскування ізоляції і зменшення її опору.

Більшість гумотехнічних виробів недостатньо стійкі до цвілевих грибів, які розвиваються, передусім, на пошкоджених ділянках (тріщинах, відшаруваннях) і різко прискорюють процес руйнування гуми. Під впливом цвілевих грибів гума змінює свої фізико-хімічні властивості так, ніби вона піддалася прискореному старінню.

Непрямий вплив цвілевих грибів полягає в тому, що в результаті їхнього окисного бродіння утворюються органічні кислоти (щавелева, глюконова), які викликають біологічну корозію металів і різних матеріалів. Біологічна корозія може призвести до руйнування металевих деталей, які знаходяться під навантаженням. Так, наприклад, межа втоми дюралюмінію після інтенсивного впливу цвілевих грибів знижується на 20-30 %. У результаті втрати експлуатаційної міцності елементів конструкції ПС, підданих біокорозії у тропіках, утворюються тріщини, які доходять до багатовогнищевого руйнування.

Часто цвіллю уражаються такі матеріали, які не є для неї живильним середовищем. Наприклад, незначні органічні забруднення на поверхні скла у вигляді часток пилу, жиру, мастил і т.д., які служать джерелом харчування цвілі, викликають скупчення її спор і міцелію (грибниці), які спотворюють проходження світла, погіршують контрастність зображення, призводять до помутніння лінз оптичних приладів. Після видалення міцелію цвілі на поверхні скла звичайно залишається рельєфний рисунок, витравлений органічними кислотами - продуктами метаболізму грибів.

Біоушкодження авіаційних конструкцій і матеріалів цвіллю виявляються у вигляді пухнатого нальоту білого, рожевого або іншого кольору, розташованого округлими колоніями або плямами без чіткого контуру. Вплив мікроорганізмів можна виявити також за зміною кольору, утраті глянцю, появі зморщок, сітки тріщин, здуттю або відклеюванню лакофарбового покриття.

Найкритичнішими з точки зору поразки мікроорганізмами є паливно-мастильні матеріали. Мікробіологічне ураження паливно-мастильних матеріалів, що використовуються в авіаційній техніці, зумовлене їх природою. Вуглеводи, що входять до складу палив і мастильних матеріалів, є хорошим поживним середовищем для мікроорганізмів. Необхідна для розвитку мікроорганізмів вода практично завжди присутня в паливі, що заправляється в баки ПС, або утворюється вже в самій паливній системі внаслідок переходу розчиненої в паливі води у вільний (краплиноподібний) стан при зміні зовнішніх умов (температури, тиску, вологості). Розвитку мікроорганізмів сприяє наявність в паливі різних домішок і забруднень, що містять азот, сірку або фосфор, які поряд з вуглеводами використовуються мікроорганізмами як поживне середовище.

У вологому тропічному кліматі в паливі, що містить певну кількість гігроскопічної води, відбувається інтенсивне зростання різноманітних мікроорганізмів. Так як вони настільки малі, що не можуть бути вилучені фільтруванням, то цвіль часто утворює у паливі видиму неозброєним оком плівку, яка засмічує фільтри, жиклери, форсунки, дренажні отвори. У нижніх частинах паливних відсіків скупчується агресивний слизуватий осад, який містить грибкову цвіль, бактерії і воду. Погіршуються фізико-хімічні й експлуатаційні властивості палив: збільшується кислотність, грузькість, зміст смол, знижується термічна стабільність і випаровуваність. Викривлюються показання вимірювальних приладів паливної системи, аж до їхньої відмови в польоті.

Практика показує, що звичайні антикорозійні покриття в більшості випадків не можуть ефективно протистояти агресивному впливу продуктів життєдіяльності мікроорганізмів у паливному середовищі. Герметизуючі матеріали в баках-відсіках також розкладаються під впливом мікроорганізмів.

Значною мірою схильні до мікробіологічної ураженості гідравлічні мастила на нафтовій основі, наприклад, АМГ-10. У першу чергу змінюється в'язкість і зменшується змащувальна здатність мастил.

Реактивні палива відрізняються одне від одного за своїм вуглеводневим складом. Високий процент парафінових вуглеводів в паливі зумовлює його нестійкість до мікроорганізмів. Парафінові нафтові вуглеводи є продуктом, який найкраще засвоюється мікроорганізмами і поглинається ними, насамперед, з нафтової сировини. У той же час ароматичні вуглеводи непридатні для живлення мікроорганізмів і тому являють собою природний інгібітор мікробіологічного ураження.

Реактивні палива, що містять значний процент парафінових вуглеводів (порівняно з іншими паливами), будуть більше уражатися мікроорганізмами, і навпаки.

Мікробіологічне забруднення палив приводить до корозійного руйнування фільтрів, насосів, паливомірів, арматури, внутрішніх поверхонь ємкостей і паливопроводів. Продукти життєдіяльності мікроорганізмів ушкоджують гумові паливні баки і трубопроводи, де відкладаються мікробіологічні осади, спостерігається набрякання і розшарування матеріалу.

Аналіз причин відмов сучасних вітчизняних двигунів показує, що ряд небезпечних за своїми наслідками відмов в роботі ГТД відбувається внаслідок засмічення паливної системи забрудненим паливом. Забруднення в авіаційних паливах приводять до передчасного забивання паливних фільтрів, зносу і закли­нення паливорегулюючої апаратури, що є джерелом причин відмов ГТД і катастроф літаків.