авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 12 |

«3 СОДЕРЖАНИЕ ...»

-- [ Страница 8 ] --

Рис. 1. Алгоритм применения CALS-технологий для оптимизации корпуса тормозной камеры Методология построения трехмерной модели корпуса в Pro/ENGINEER. Построение трехмерной модели детали (рисунок 2) является необходимым этапом при проведении компьютерного анализа. Это обусловлено тем, что программы ProCAST, Moldflow Plastics Advisers, Pro/MECHANICA являются CAM системами, и геометрия модели должна быть импортирована из какой либо CAD программы, в нашем случае из Pro/ENGINEER.

Рис. 2. Трехмерная модель корпуса Далее был поведен анализ литья алюминиевого сплава. С помощью программного обеспечения моделирования литейных процессов ProCAST был проведен гидродинамический расчет заполнения пресс формы металлом под давлением (рисунки 3, 4).

Проведенный компьютерный анализ свидетельствует о том, что при сохранении существующей технологии изготовления корпуса тормозной камеры неизбежно образование большого количества дефектов различной структуры, которые на различных стадиях изготовления или эксплуатации тормозной камеры приведут к выходу ее из строя.

Рис. 3. Процесс заполнения пресс-формы металлом под давлением Рис. 4. Усадочная пористость в отливке Было проведено обоснование выбранного материала для замены алюминиевого сплава на основе прочностного анализа в приложении Pro/MECHANICA программного пакета Pro/ENGINEER Wildfire.

Учитывая причины отбраковки корпусов, предлагается заменить материал, из которого сейчас отливается корпус, то есть алюминиевый сплав АК12, на материал с близкими механическими характеристиками, но исключающий возникновение пористости. Таким материалом может быть стеклонаполненный полиамид, выпускаемый ОАО «Гродно Химволокно» марки ПА6-ЛТЧ-СВ30-П.

Для сравнения механических характеристик материалов применяли приложение Pro/MECHANICA программного пакета Pro/ENGINEER. Проверку на прочность проводили для трехмерной модели корпуса (рисунок 2). Механические характеристики алюминиевого сплава и полиамида приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики материалов для изготовления корпусов тормозных камер Наименование показателя Сплав АК12 Композит ПА6-ЛТЧ-СВ30-П Плотность, г/см3 2,71 1, Коэффициент Пуассона 0,31 0, Модуль Юнга, МПа 71000 Предел прочности при растяжении, МПа 157 Для сравнения применения материала сравнивали картины напряжений, возникающих при действии на корпус нагрузки создаваемой пружиной энергоаккумулятора. Максимальное усилие, создаваемое пружиной – 10 кН, для большей надежности увеличили его в два раза.

Как видно из результата анализов (рисунок 5), картины напряжений практически идентичны, как по распределению, так и по величине. Максимальные напряжения, возникающие в модели из стеклонаполненного полиамида равны 59 МПа. В результатах проведенного анализа демонстрируется картина напряжений вон Мизес. Согласно теории текучести Мизес-Губер-Генке предельное состояние наступает тогда, когда элементарнарные изменения формы достигают предельных значений.

слева – результат для АК12;

справа – результат для ПА6-ЛТЧ-СВ30-П Рис. 5. Окно представления результатов анализа Для полиамида ПА6-ЛТЧ-СВ30-П расчетные допускаемые напряжения равны 77 МПа, что превышает максимальные возникающие в модели. Из проведенного прочностного анализа можно сделать вывод, что корпус может быть изготовлен из стеклонаполненного полиамида марки ПА6-ЛТЧ-СВ30-П.

Далее была рассмотрена методика проведения и результаты анализа впрыска и отверждения полиамида с применением программного пакета Moldflow Plastic Adviser.

Поскольку в интегрированной в программу базе материалов не содержится материала производимого ОАО «Гродно Химволокно», то был подобрать наиболее близкий по свойствам материал Akulon J-7/33 Nalt (fc pvT) производимый DSM Engineering Plastics (NA).

Были проведены следующие виды анализа:

1. Plastic filling, который показывает насколько качественной может быть получена деталь, определяет время заполнения, давление впрыска, перепады давления и другие параметры, связанные с давлением.

2. Cooling quality, который показывает параметры, связанные с охлаждением детали: скорость охлаждения, перепады температур, температуры поверхности. Позволяет увидеть места детали, которые нужно оптимизировать, чтобы избежать неравномерного охлаждения и вследствие этого коробления.

3. Sink Marks, который указывает вероятные места расположения усадки, и размеры усадки.

Из проведенного анализа можно сделать вывод, что конструкция пригодна для изготовления из стеклонаполненного полиамида. Объем изделия заполняется полностью, не наблюдается больших перепадов давления, нет большого перепада температур на поверхности. В большей массе объема охлаждение происходит равномерно. В небольшом количестве могут присутствовать линии холодных спаев и места скопления воздуха.

В целом программой не было обнаружено проблем при литье данного корпуса из стеклонаполненого полиамида.

С помощью программы MoldWorks была спроектирована пресс-форма для изготовления корпуса.

Для производства корпуса тормозной камеры из стекланаполненного полиамида выбран термопласт автомат немецкого производства Ergotech EXTRA 200, установленный на производственных площадях ОАО «Белкард».

Были проведены теоретические расчеты системы литьевых каналов, механизма перемещения подвижных элементов форм, системы термостатирования формы. На основе расчетов в полу автоматическом режиме была построена пресс-форма.

На основе трехмерных моделей формы и ее деталей по средствам программы SolidWorks была разработана конструкторская документация на разработанную пресс-форму.

При проведении исследования были достигнуты следующие научные результаты:

1. Разработана методология компьютерного анализа и оптимизации конструкции автомобильных агрегатов при помощи трехмерного параметрического моделирования.

2. Предложен алгоритм проведения компьютерного анализа при решении конкретной конструкторской задачи по снижению количества брака при производстве корпуса тормозной камеры и уменьшению его стоимости. При анализе применены программные продукты, такие как SolidWorks, Pro/ENGINEER Wildfire, ProCAST, Moldflow Plastics Advisers.

3. Предложено изготовление корпуса тормозной камеры из стеклонаполненного полиамида, выпускаемый ОАО «Гродно Химволокно» марки ПА6-ЛТЧ-СВ30-П. Выбор материала обоснован проведенным прочностным анализом.

4. Проведен анализ процесса заполнения полости литьевой пресс-формы расплавом стеклонаполненного полиамида, который не выявил проблем при изготовлении корпуса тормозной камеры методом литья под давлением.

По практическому использованию результатов исследования можно сделать следующие рекомендации:

1. Разработанную методику компьютерного анализа возможно применять при подготовке в Гродненском университете имени Янки Купалы инженеров по специальностям ОиТВПОМ и ТЭА на факультете инновационных технологий машиностроения.

2. Применение в качестве материала корпусов стеклонаполненного полиамида вместо алюминия должно принести экономию ОАО «Белкард».

3. Сконструирована оснастка для изготовления корпуса из стеклонаполненного полиамида методом литья под давлением с применением программных пакетов SolidWorks и MoldWorks.

4. Разработана конструкторская документация на пресс-форму для производства корпусов тормозных камер методом литья под давлением из стеклонаполненного полиамида.

Список литературы 1. Шалумов, А.С. Введение в CALS-технологии: учебное пособие / А.С. Шалумов, С.И. Никишкин, В.Н. Носков. – Ковров: КГТА, 2002. – 137 с.

2. Интеллектуальное обеспечение инновационной деятельности промышленных предприятий / О.В. Авдейчик [и др.];

под науч. ред. В.А. Струка и Л.Н. Нехорошевой. – Минск: Право и экономика, 2007. – 524 с.

3. Официальный сайт ОАО "Гродно Химволокно" [Электронный ресурс] / Открытое акционерное общество «Гродно Химволокно». – Гродно, 2010. – Режим доступа: http://www.grodno-khim.by. – Дата доступа: 04.05.2010.

4. Официальный сайт компании «SolidWorks Russia» [Электронный ресурс] / SolidWorks Russia. – Москва, 2010. – Режим доступа: http://www.solidworks.ru/. – Дата доступа: 20.09.2010.

5. Официальный сайт компании «Parametric Technology Corporation» [Ээлектронный ресурс] / Parametric Technology Corporation – Нидхам, США, 2010. – Режим доступа: http://www.ptc.com/index.htm. – Дата доступа: 20.09.2010.

6. Пантелеев, А.П. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс / А.П. Пантелеев, Ю.М. Шевцов, И.А. Горячев. – М.: Машиностроение, 1986. – 400 с.

7. Каталог элементов форм фирмы ® FCPK BYTOW Sp. zo.o.

8. Автобус ЛиАЗ-5256 и его модификации : руководство по эксплуатации / В.В. Степаненко [и др.];

под общ. ред. к.т.н.

В.В. Степаненко. – М.: Атласы автомобилей, 2001. – 512 с.

9. Бихлер, М. Детали из пластмасс – отливать без дефектов / М. Бихлер. – М.: Демаг Пластсервис, 1999. – 110 с.

10. Гелин, Ф.Д. Металлические материалы: справ. / Ф.Д. Гелин. – Минск: Выш. шк., 1987. – 368 с.

11. Материаловедение: учебник / В.А. Струк [и др.];

под общ. ред В.А. Струка. – Минск: ИВЦ Минфина, 2008. – 519 с.

12. Новая форма управления производством / С. Абламенко [и др.] // Наука и инновации. – 2007 – № 10. – С. 6 – 9.

13. 11. Нанокомпозиционные машиностроительные материалы: опыт разработки и применения. / С.В. Авдейчик, Г.А. Костюкович, В.И. Кравченко, В.А. Струк [и др.];

под ред. В.А. Струка. – Гродно: ГрГУ, 2006. – 403 с.

14. Тормозные устройства: Справочник / М.П. Александров [и др.];

под общ. ред. М.П. Александрова. – М.:

Машиностроение, 1985. – 213 с.

The methodology for computer analysis and design optimization car units with three-dimensional parametric modeling has developed. The algorithm for computer analysis to solve a specific design target of reducing the number of spoilages in the production of brake chamber housing and reducing its cost has introduced.

Секция 4. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ УДК 678.033: В.В. Андрикевич (Гродненский государственный университет имени Янки Купалы) КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ С ПОВЫШЕННОЙ ВИБРОАКТИВНОСТЬЮ Исследованы особенности структуры и деформационно-прочностных характеристик композиционных материалов на основе термомеханически совмещенных смесей «термопласт – термоэластопласт». Показана перспективность их применения для изготовления демпфирующих элементов автотракторной и сельскохозяйственной техники.

Введение. Анализ литературных источников свидетельствует о том, что эксплуатационные характеристики автотракторных агрегатов и сельскохозяйственной техники определяются не только конструктивными особенностями [1-5], но и применяемыми материалами для изготовления отдельных деталей тормозных камер, амортизаторов, защитных кожухов и др. функциональных устройств [5-9].

Одним из важнейших узлов, определяющих эксплуатационные характеристики амортизирующих устройств, являются элементы конструкций, воспринимающие ударные механические воздействия в процессе контактирования колес транспортных средств и сельскохозяйственного оборудования с неровностями дорожного покрытия и предотвращающие их прямую передачу на подвеску. Демпфирующие элементы конструкций амортизаторов, применяемых в автотракторной и сельскохозяйственной технике, представляют собой или рабочие камеры с амортизирующей средой (жидкостью и газом), или специальные изделия из материалов с определенным сочетанием деформационно-прочностных характеристик. Демпфирующие материалы должны обеспечивать изделию заданные геометрические размеры и обладать способностью рассеивать механическую энергию в упругие колебания [4, 7, 9]. Существуют различные подходы к выбору демпфирующих материалов для изготовления деталей амортизирующих конструкций, основанные на управлении упругими характеристиками путем изменения степени структурирования (сшивки) эластомеров, синтеза новых полимерных материалов – термоэластопластов с заданным соотношением термопластичной и эластомерной составляющих, обработки полимерных композитов различными видами ионизирующих излучений. В ряде случаев материалы на основе вулканизированных каучуков (резин), термоэластопластов и радиационно сшитых термопластов обеспечивают эффективную эксплуатацию амортизирующих устройств.

Однако совершенствование конструкций и непрерывный поиск оптимального сочетания «функциональность стоимость» требует разработки новых решений на базе достижений полимерного материаловедения.

Одним из наиболее эффективных материалов с регулируемыми деформационно-прочностными характеристиками являются термоэластопласты типа термопластичных полиуретанов (ТПУ), микроячеистых полиэфируретанов (ПЭУ), сополимеров этилена и винилацетата (СЭВА) [10-11]. Однако метод синтеза новых марок ТПУ и ПЭУ с изменяемым соотношением жесткой и эластичной фазы не всегда возможен в заводских условиях и сопряжен со значительными трудностями, обусловленными необходимостью организовать специфическое производство композиционных материалов, требующие высокой квалификации обслуживающего персонала и применения дорогостоящих методов охраны окружающей среды. Более экономически выгодными являются методы модифицирования полимерных промышленно выпускаемых матриц функциональными добавками. Полиуретановые и полиэфируретановые термоэластопласты обладают способностью образовывать т.н. «механически совместимые смеси» с различными высокомолекулярными компонентами – термоэластопластами класса полиолефинов, полиамидов, стирольных пластиков и др. [12-22].

Вместе с тем, композиты, применяемые для изготовления демпфирующих изделий, должны обладать максимально возможной совместимостью компонентов, препятствующей образованию дефектов на границе раздела фаз под действием многократных знакопеременных нагрузок.

Методика исследований. Для проведения исследований были использованы различные технологические приемы для повышения термодинамической совместимости ингредиентов демпфирующих композитов.

Предварительные эксперименты по выбору компонентов позволили определить в качестве базовых связующих термопластичный полиуретан типа Витур (или его аналоги Desmoran, Elastogran) и регенерированный полиэфируретан ТПУ (ТУ 17-21-04-82). Модифицирующими компонентами служили дисперсные фрагменты структурированного эластомера, являющиеся отходами производства резинотехнических изделий из резин на основе бутадиен-нитрильных каучуков марок СКН-26М, СКН-26, СКН-40 или хлоропренового каучука наирит Кр-5, а также порошки термопластичных материалов АБС, УПС, СФД, ПВХ. Дисперсность порошков не превышала 400 мкм при максимальном содержании фракции с размерами 100-150 мкм. Компоненты перемешивали в шаровых мельницах и перерабатывали на термопластавтоматах со шнековым пластификатором. Характеристики полученных термомеханически совмещенных композитов оценивали по стандартным методам, применяемым в полимерном материаловедении.

Результаты и обсуждение. Легирование термоэластопластов термопластами позволяет существенно изменять их деформационно-прочностные характеристики (табл. 1). При этом модифицирующий эффект проявляется при использовании различных термопластов, что свидетельствует об общности физико химических процессов легирования, протекающих в зоне материального цилиндра при термомеханическом совмещении расплавов базового связующего и модификатора. В работах Песецкого С.С., Мануленко А.Ф., Рыскулова А.А., Полосмак Н.Д. и др. показано, что легирующий компонент в зависимости от содержания или вступает в механохимическое взаимодействие с матрицей с образованием сополимерной фазы [15-22] или формирует легирующие агрегаты с размером от 0,1 до 10 мкм, которые способствуют изменению прочности, твердости, износостойкости и других служебных характеристик [17, 22].

Таблица 1 – Физико-механические характеристики полиуретанового термоэластопласта Десмопан, модифицированного термопластами Показатели для композиций с различными модификаторами Характеристики ТПУ ТПУ+5% СФД ТПУ+10% УПС ТПУ+10% АБС ТПУ+10% ПВХ 1. Плотность, кг/м3 1300 1250 1280 1310 2. Твердость по Шору А, усл.ед 80 85 92 88 3. Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 42 90 48 47 4. Относительное удлинение, % 700 580 250 400 5. Истираемость, м3/ТДж 22 18,3 35,6 25 19, Содержание модифицирующей добавки указано в масс.% Легирующее действие термопластичной добавки реализуется и в других видах термоэластопластов, например, в ПЭУ и СЭВА (табл. 2).

Таблица 2 – Физико-механические характеристики композиционных материалов «ПЭУ-термопласт»

Показатели для композиций с различными модификаторами Характеристики ПЭУ ПЭУ+10% ПВХ ПЭУ+10% АБС ПЭУ+10% УПС ПЭУ+10% СФД 1. Плотность, кг/м 1200 1200 1150 1190 2. Твердость по Шору, усл.ед 70 86 88 92 3. Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 15,6 15,8 15,6 10,4 14, 4. Относительное удлинение, 650 250 380 200 % 23,1 19,8 29,3 35,6 20, 5. Истираемость, м3/ТДж Содержание легирующего термопласта в масс.%.

Термопластичные модификаторы оказывают комплексное влияние на свойства термоэластопласта вследствие изменения структуры на молекулярном, межмолекулярном и межфазовом уровнях. Важнейшими показателями для демпфирующих материалов являются стойкость к знакопеременным нагрузкам, относительное удлинение и остаточная деформация. Относительное удлинение композиционного материала в известной мере является характеристикой совместимости компонентов и упрочняющего действия полимерного термопластичного модификатора на матрицу термоэластопласта. Исследования показывают, что матрицы ПЭУ и ТПУ при введении термопластов (СФД, ПВХ) существенно уменьшают эластичность, что свидетельствует о комплексном влиянии модификатора (рис. 1).

Вероятной причиной уменьшения показателя относительного удлинения при модифицировании является образование механических препятствий развитию процессов высокоэластического деформирования локализованными агрегатами термопласта, а также образование сополимерных продуктов по типу «механохимических полимеров», образование которых отмечено в ряде работ [18-22]. Необходимо отметить, что в области малых концентраций модификатора (до 10 мас.%) относительное удлинение композита незначительно, что, вероятно, свидетельствует в пользу образования продуктов механохимического синтеза, мало изменяющих подвижность макромолекул базового термоэластопласта. Наличие в эластичной матрице термопластичных агрегатов изменяет устойчивость системы к воздействию знакопеременных деформаций.

Исходные термоэластопласты (ТПУ, ПЭУ) обладают весьма высоким показателем стойкости к многократному деформированию. При введении в них термопластичного компонента число циклов до разрушения уменьшается, что, вероятно, обусловлено увеличением энергии деформирования композита и повышением температуры в зоне деформирования (рис. 2).

, % 10 20 30 40 50 C, мас.% Рис. 1. Зависимость показателя относительного удлинения от содержания в термоэластопласте ТПУ (1), ПЭУ (2, 3) сополимера СФД (1, 2) и ПВХ (3) n, C, мас.% 20 40 60 * отмечено разрушение образца Рис. 2. Зависимость стойкости к многократным деформациям ТПУ (1) и ПЭУ (2, 3) от содержания СФД (1, 2) и СЭ (3) При применении в качестве модификатора дисперсных частиц структурированного эластомера (СЭ) падение показателя устойчивости к воздействию знакопеременных нагрузок проявляется в меньшей мере. Это обусловлено близким строением макромолекул полиуретана и каучуков, используемых для получения резин общего назначения. Однако при содержании модификатора более 30-40% возникают существенные технологические трудности по совмещению компонентов без применения специальных смесителей. Это приводит к получению композитов с высокой дефектностью, обладающих низкими служебными характеристиками.

Заключение. Проведенные исследования позволили установить важный для практического использования факт активного действия малых добавок термопластов различного состава на термоэластопластичные матрицы.

Учитывая, что механизм действия легирующих добавок согласно литературным данным и нашим исследованиям зависит главным образом от соотношения «термоэластопласт-термопласт», наиболее эффективны в практическом применении композиты с компонентами, близкими по свойствам, прежде всего, по подвижности макромолекул. С этих позиций необходимо в качестве модифицирующих добавок использовать термопласты с высокой пластичностью и реологическими характеристиками, близкими к характеристикам термоэластопластичной матрицы.

Список литературы 1. Кравченко, В.И. Структура и технология композиционных материалов для конструкций карданных передач серии «Белкард-2000»: дис. … канд. тех. наук. 05.02.01. / В.И. Кравченко. – Гродно, 2001. – 150 с.

2. Рыжих, Л.А. Особенности рабочих процессов пневматического тормозного привода автомобилей при низких температурах: автореф.... дис. канд. техн. наук. 05.22.02. – Автомобили и тракторы. / Л.А. Рыжий. – Харьков, 1987. – 27 с.

3. Пильгуй, В.Б. Совершенствование мембранных исполнительных механизмов пневматического тормозного привода автомобилей: автореф.... дис. канд. техн. наук. 05.22.02. – Автомобили и тракторы. / В.Б. Пильгуй.– Харьков, 1996. – 24 с.

4. Проектирование универсальных шарниров и ведущих валов / пер с англ. Ю.В. Попова. – Л.: Машиностроение.

Ленингр. отделение, 1984. – 463 с.

5. Стойкость к растрескиванию под нагрузкой малонаполненных полиолефинов, модифицированных высокодисперсными порошками. / А.И. Мамончик [и др.]. // Материалы. Технологии. Инструменты. – Т. 6 (2001). – № 2. – С. 44-46.

6. Применение в автомобилестроении полимерных композитов с волокнистыми наполнителями / В.В. Барсуков [и др].

// Материалы. Технологии. Инструменты. – Т. 7 (2002). – № 2. – С. 40-44.

7. Мамончик, А.И. Полимерные композиционные материалы в автомобильных агрегатах: опыт разработки и применения / А.И. Мамончик, А.А. Скаскевич. // Вузовская наука, промышленность, международное сотрудничество:

материалы 4 междунар. науч.-практ. конф. В 2 ч., ч. 2. – Минск: БГУ, 2002. – С. 38-45.

8. Kravchenko, V.I. Composition carbon-fiber reinforced plastics for the friction units of the automobile units / V.I.

Kravchenko, G.A. Kostyukovich, A.I. Mamonchik // Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials. – IHSE:

Kiev. – 2003. – Р. 872-875.

9. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение. / Г.А. Костюкович, В.И. Кравченко, В.А. Струк;

под ред. В.А. Струка. – Минск: Тэхналогія, 2006. – 409 с.

10. Тарасов, С.Г. Структура и механические свойства будадиенстирольных термоэластопластов. / С.Г. Тарасов, Ю.К. Годовский // Пластические массы. – 1981. – № 5. – С. 34–35.

11. Райт, П. Полиуретановые эластомеры // П. Райт, А. Камминг;

под ред. Н.П. Апухтиной. – Л.: Химия, 1973. – 304 с.

12. Мануленко, А.Ф. Создание абразивостойких триботехнических материалов на основе бинарных смесей «термопласт-термоэластопласт»: дис.... канд. техн. наук. 05.02.01. – Материаловедение (машиностроение). / А.Ф. Мануленко – Гомель, 1987. – 154 с.

13. Морозов, Ю.Л. Микроячеистые полиуретаны: обзор / Ю.Л. Морозов // Каучук и резина – 1985. – № 2. – С. 42–47.

14. Seefried, C.G. Thermoplastic Urethane Elastomers V. Compatible and Incompatible Blends with Various Polymers. / C.G. Seefried, I.V. Koleske, F.E. Critchfield // Polymer Engineering and Science. – 1976. – Vol. 16. – № 11. – Р. 771–776.

15. Гольдаде, В.А. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем. / В.А. Гольдаде, В.А. Струк, С.С. Песецкий.

– М.: Химия, 1993. – 240 с.

16. Мэнсон, Дж. Полимерные смеси и композиты / Дж. Мэнсон, Л. Сперлинг;

под ред. Ю.К. Годовского – М.: Химия, 1979. – 440 с.

17. Струк, В.А. Трибохимическая концепция создания антифрикционных материалов на основе многотоннажно выпускаемых полимерных материалов: дис.... д-ра техн. наук. 05.02.01 – Материаловедение (машиностроение). / В.А. Струк. – Минск, 1988. – 323 с.

18. Рыскулов, А.А. Разработка машиностроительных материалов на основе металлополимеров: дис. … канд. техн. наук.

05.02.01 – Материаловедение в машиностроении (промышленность). / А.А. Рыскулов – Гомель, 1990. – 201с.

19. Кербер, М.А. Модифицирование полимерных материалов в ходе их переработки. / М.А. Кербер // Пластические массы. – 1971. – № 5. – С. 59–66.

20. Казале, Л. Реакция полимеров под действием напряжений / Л. Казале, Р. Портер;

под ред. А.Я. Малкина. – Л.:

Химия, 1983. – 440 с.

21. Ivan, G. Reactii mecanochimice la prelucrarea elastomerilor. / G. Ivan. –Industria usoara. – 1971. – V. 18. – № 5. – P. 338– 350.

22. Струк, В.А. Структура композиционных материалов на основе механических смесей термопластов. / В.А. Струк, А.А. Война. // Пластические массы. – 1985. – № 12. – С. 37–38.

The features of the structure and deformation-strength characteristics of composites based on thermo-mechanically combined mixtures "thermoplastic – thermoplastic elastomer." The prospects of their use for the manufacture of damping elements of automotive and agricultural machinery.

УДК 620.22:67. В.В. Андрикевич (Гродненский государственный университет имени Янки Купалы) ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗАЩИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Разработаны составы композиционных материалов на основе регенерированных термопластов, модифицированных термоэластопластами или пластифицированными термопластами в сочетании с наноразмерными геосиликатами. Защитные элементы из композитов по параметрам стойкости к атмосферному старению и ударной вязкости превосходят промышленные аналоги и могут быть полноценной альтернативой.

Современные условия сельскохозяйственного производства характеризуются высокими темпами внедрения прогрессивных технологий и новой высокопроизводительной техники и оборудования. При этом все большее число работников задействовано в системе «человек – машина». В результате чего ежегодно происходят несчастные случаи с тяжелым и смертельным исходом, среди которых значительное место занимает травматизм из-за нарушения техники безопасности.

Из анализа последних лет причин несчастных случаев в сельском хозяйстве следует, что наиболее характерными их причинами являются:

1. Эксплуатация неисправных машин, механизмов и оборудования, не соответствующих требованиям безопасности.

2. Нарушение требований нормативных правовых актов работниками и недостаточный контроль со стороны руководителей и специалистов за выполнением работниками требований инструкций по охране труда.

3. Допуск работников, не имеющих профессиональной подготовки, без инструктирования, обучения и проверки знаний по охране труда, не обеспеченных средствами индивидуальной защиты, непосредственно обеспечивающими безопасность труда.

4. Непринятие мер к работникам, находившимся на рабочем месте в состоянии алкогольного опьянения.

5. Комиссии по приемке техники после ремонта принимали трактора и сельскохозяйственные агрегаты без установки защитных ограждений приводов карданных, ременных, цепных и зубчатых передач, в комиссии не включаются специалисты по охране труда.

Согласно вышеизложенному делаем вывод: там, где от машины исходит потенциальная опасность, нельзя полагаться исключительно на безопасные приемы работы, хотя они и играют существенную роль. Именно ограждения являются основным препятствием, предотвращающим травмы, когда все остальные меры оказываются не эффективными.

Защитные ограждения, входящие в конструкцию оборудования, должны соответствовать ГОСТ 12.2.062- «Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Ограждения защитные», утвержденному постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30 октября 1981 г. № (далее – ГОСТ 12.2.062).

Конструкция защитных ограждений должна удовлетворять следующим общим требованиям:

1) конструкция ограждений и предохранительных приспособлений должна предотвращать:

- самопроизвольное перемещение из положения, обеспечивающего защиту работника, допускать возможность его перемещения из защитного положения только с помощью инструмента;

- опасное соприкосновение человека с движущими элементами оборудования, режущим инструментом и приведенными ими в движение обрабатываемыми материалами;

- вылет режущего инструмента или других движущихся деталей и их частей в случае поломки;

- попадание на движущиеся элементы передач оборудования обрабатываемых материалов, отходов или каких либо других предметов, если это может повлечь неисправность и поломку оборудования или несчастные случаи;

2) легкосъемные ограждения оборудования должны быть сблокированы с пусковыми устройствами для отключения и предотвращения пуска при их открывании или снятии ограждений;

3) для осмотра ограждаемых узлов и деталей при необходимости отдельные части ограждений должны быть решетчатыми, сетчатыми, изготовление из прозрачного материала или в виде жалюзи. При этом зазоры жалюзи должны быть не более 10 мм, а размеры ячеек 10x10 мм. Решетчатые или сетчатые части ограждений должны располагаться не ближе 50 мм от движущихся частей;

4) для удобства технического обслуживания оборудования защитные ограждения должны иметь удобные ручки и скобы, а также устройства для фиксации их в открытом положении, и не затруднять обслуживание ограждаемых деталей;

5) ограждения не должны разрушаться при разрыве или поломке ограждаемых деталей;

6) не должны деформироваться или сдвигаться с места под воздействием усилий не менее 1200 Н;

7) элементы ограждений должны изготавливаться из материалов, обеспечивающих необходимую прочность;

8) ограждения и предохранительные приспособления не должны снижать освещенность рабочего места, увеличивать шум, создаваемый, движущимися частями оборудования, повышать вибрацию оборудования;

9) части оборудования, представляющие опасность, и внутренние поверхности ограждений, открывающихся без применения инструмента, должны быть окрашены в сигнальные цвета и обозначены знаком безопасности по ГОСТ 12.4.026-76.

Из практического опыта эксплуатации прицепных, навесных и полунавесных сельскохозяйственных машин, работающих от привода вала отбора мощности, а также из приведенных выше примеров остро встает вопрос о проблеме защиты карданных валов. Защитные ограждения, выпускаемые отечественной промышленностью, редко выдерживают более одного сезона эксплуатации даже в самых щадящих условиях.

Имеет место хрупкость материала, которая выражается в частых поломках при переездах, разворотах во время работы машино-тракторных агрегатов.

На основании проведенного анализа разработан состав композиционного материала на основе регенерированных полиолефинов – полипропилена (ПП) и полиэтилена высокого давления (ПЭВД), производимых ОАО «Белвторполимер». Для повышения параметров стойкости композитов к воздействию ударных нагрузок и атмосферных факторов в состав базового термопласта вводили наноразмерные частицы силикатсодержащих минералов (глин, трепела) и термоэластопластов (дивинилстирольного, полиолефинового, полиэфирного). Введение комплексного модификатора обеспечивает повышение термодинамической совместимости матричного полимера (ПП, ПЭВД) и эластичного компонента (ДСТ, СЭВА, ПЭТФ) вследствие образования межмолекулярных физических связей по месту активных наноразмерных частиц, обладающих нескомпенсированным зарядом. Аналогичный эффект реализуется и при введении в состав матричного термопласта пластифицированного поливинилхлорида, обладающего кроме деформационно-прочностных характеристик, присущих термоэластопластам, высокой стойкостью к горению и стойкостью к воздействию атмосферных факторов.

Разработанные составы композитов на основе регенерированного сырья использованы для изготовления защитных элементов карданных валов сельскохозяйственной техники, выпускаемых ОАО «Белкард».

Испытания показали, что защитные элементы из композиционных материалов обладают повышенной ударной вязкостью и стойкостью к атмосферному старению и могут быть полноценной альтернативой импортным аналогам, которые применяют при производстве автотракторных агрегатов и компонентов сельскохозяйственного оборудования.

Список литературы 1. ГОСТ 12.2.062-81 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Ограждения защитные, 1981 г.

Formulations have been developed based composite materials recovered thermoplastics, thermoplastic, or modified plasticized thermoplastics combined with nanoscale geosilikatami. Protective elements of composites in the parameters of resistance to atmospheric aging and toughness superior to industrial counterparts and may be a worthy alternative.

УДК 678.033: В.В. Андрикевич1, Г.А. Костюкович2, Ж.С. Авлиекулов3, В.И. Кравченко (1Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, 2 ОАО «Белкард», Ташкентский автомобильно-дорожный институт) СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ДЕМПФИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СОВМЕЩЕННЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Исследованы особенности структуры и деформационно-прочностных характеристик композиционных материалов на основе термомеханически совмещенных смесей «термопласт – ПВХ-пластикат». Показана перспективность их применения для изготовления изделий автотракторной техники и сельскохозяйственного оборудования с повышенной устойчивостью к воздействию ударных нагрузок и вибраций.

Введение. В современных конструкциях автотракторной техники и сельскохозяйственного оборудования широко используют элементы, уменьшающие негативное воздействие ударных нагрузок, вибраций и предохраняющие от травмирования обслуживающий персонал – демпферы, защитные кожухи [1-3]. Такие элементы изготавливают из композиционных полимерных материалов с заданными параметрами деформационно-прочностных характеристик, стойкости к воздействию атмосферных факторов и абразивостойкости [4-7]. Наиболее распространенными видами матриц для композитов с повышенной стойкостью к воздействию эксплуатационных факторов являются термоэластопласты – дивинил-стирольные (ДСТ), полиуретановые (ТПЭУ), полиэфируретановые (ПЭУ), полиолефиновые (СЭВА), обладающие высокой абразивостойкостью, стойкостью к воздействию знакопеременных и ударных нагрузок и способностью к переработке в изделия высокотехнологичными способами. Вместе с тем, материалам на основе термоэластопластов свойственна высокая стоимость, обусловленная особенностями синтеза матричного полимера и отсутствием отечественных производств.

Перспективным направлением создания композиционных материалов с повышенными демпфирующими характеристиками являются исследования пластифицированных полимеров, структура которых близка к структуре термоэластопластов. К числу таких термопластов относится поливинилхлорид (ПВХ), пластифицированный различными низкомолекулярными компонентами. Пластифицированный ПВХ относится к числу широко распространенных полимерных материалов, обладающих чрезвычайно высокой стойкостью к атмосферному воздействию, морозостойкостью, достаточно высокими физико-механическими характеристиками. Это позволяет применять ПВХ-пластикат в ответственных конструкциях изделий, применяемых в электротехнике, машиностроении, автотракторном машиностроении. Пластифицированный ПВХ в качестве основного функционального компонента содержит от 30 до 70 мас.% пластификатора, в качестве которого применяют дибутил (ДБФ) или диоктилфталат (ДОФ) в сочетании с маслом. Наличие в составе композиции пластифицирующей добавки обеспечивает высокую эластичность и морозостойкость, что позволяет использовать ПВХ-пластикат для производства оболочки электрокабелей, детских игрушек, уплотнителей, герметизирующих элементов и т.п. [8-15]. Современные технологии изготовления и переработки ПВХ предполагают образование значительных количеств отходов, которые представляют собой ценный продукт и могут быть использованы в качестве функционального компонента для материалов различного назначения. Особый интерес представляет разработка демпфирующих материалов на основе смеси «термоэластопласт-ПВХ-пластикат», т.к. известен ряд исследований, подтверждающих эффективность применения такой композиции [7-15]. Вместе с тем, особенности модифицирующего действия ПВХ-пластиката в термоэластопластах типа ТПУ и ПЭУ в литературе не рассмотрены.

Методика исследований. Для исследований использовали ПВХ-пластикат на основе суспензионного поливинилхлорида (ГОСТ 14332-70), содержащий от 48 до 70 мас.% диоктифталата и 5-8 мас.% эпоксидированного соевого масла. В качестве стабилизатора использовали смесь бария стеариновокислого или барий-кадмий стеариновокислый. Содержание антиоксиданта составляло 1,0-2,0 мас.%.

Отдельные эксперименты проводили с применением кабельного пластиката, содержащего дибутилфталат в качестве пластификатора. Компоненты совмещали в шнековом термопластавтомате по традиционной технологии.

Исследования особенностей теплофизических характеристик композитов проводили методом ДТА (Дериватограф ОД-102) по общепринятой методике. Деформационно-прочностные характеристики композитов оценивали на стандартных образцах по стандартным методикам.

Результаты и обсуждение. Поливинилхлорид относится к числу полимерных материалов с относительно невысокой стойкостью к воздействию повышенных температур. Выделяющийся при термоокислительной деструкции газообразный HCl катализирует процесс разложения и оказывает неблагоприятное воздействие на технологическое оборудование, обслуживающий персонал и окружающую среду. Для повышения устойчивости ПВХ используют стеараты двухвалентных металлов, которые снижают температуру термоокислительной деструкции на 30-50 К в сторону более высоких значений (рис. 1). Совмещение термопластичного полиуретана с ПВХ-пластикатом позволяет увеличить термостойкость композиции, что проявляется в сдвиге начала температуры термоокислительной деструкции с 473 К до 523 К.

+H - H 373 473 573 Т, К Рис. 1. Дифференциально-термический анализ (кривые ДТА) ПВХ нестабилизированного (1), ПТУ «Витур» (2), ПВХ-пластиката (3), смеси ТПУ+30% ПВХ-пластиката (4), смеси ТПУ+30% ПВХ-пластиката + 2% ИК (5). Скорость нагрева 50/мин Исследование процессов термоокислительной деструкции пластифицированного ПВХ в термомеханически совмещенной смеси с ПЭУ методом TG и DTG показывает наличие кинетических закономерностей процесса дегидрохлорирования ПВХ. При нагреве смеси ПВХ-ПЭУ в отсутствие акцептора HCl дегидрохлорирование ПВХ приобретает автокаталитический характер. Процесс ускоряется при увеличении содержания уретановых групп. При введении в состав композиции акцептора HCl процесс характеризуется линейной зависимостью выхода низкомолекулярного компонента от времени термообработки. Связывание выделяющегося HCl металлсодержащими соединениями (стеаратами цинка, кадмия и др.) препятствует образованию комплексов между уретановыми группами и HCl, которые ускоряют процесс дегидрохлорирования. Благодаря этому удается получать термодинамически совместимые смеси с достаточной для технологии переработки литьем под давлением термостабильностью.

Подобный эффект был отмечен в смесях термопластичного полиуретана типа Витур-Т и суспензионного непластифицированного ПВХ. Модифицирование ТПУ (ПЭУ) пластикатом ПВХ благоприятно сказывается и на физико-механических и прочностных характеристиках при одновременном сохранении высоких показателей стойкости к воздействию низких температур и стойкости к воздействию знакопеременных нагрузок (табл. 1).

Важным достоинством этой смеси является высокий уровень термодинамической совместимости, достигаемый при использовании традиционной технологии переработки композиции методом литья под давлением.

Таблица 1 – Теплофизические характеристики композиционных материалов ТПУ-ПВХ Показатель для материала Характеристика ТПУ Витур ПВХ-пластикат ТПУ+10% ПВХ ТПУ+50% ПВХ ТПУ+90% ПВХ Температура деструкции, Т, К 573 478 563 543 Температура хрупкости, 0С -50 -60 -55 -60 - Совмещение ПВХ-пластиката с полиуретановым компонентом благоприятно сказывается и на реологических характеристиках расплава (рис. 2). Непластифицированный ПВХ имеет относительно высокий показатель текучести расплава составляет 3-5 г/10мин при температуре 443 К. При введении в состав ПВХ термопластичного полиуретана значительно улучшаются реологические характеристики расплава. С увеличением температуры от 433-463 К и скорости сдвига величина эффективной энергии увеличивается.

Аналогичный эффект установлен в смеси ПВХ-ТПУ [12]. При введении в состав ПВХ диоктилфталата и масла, которые представляют собой т.н. внутренние смазки, вязкость расплава существенно снижается и практически не зависит от скорости сдвига. Дополнительное введение в состав композиции компонентов, обладающих свойствами внешних смазок (типа жирных кислот), повышает термостабильность или улучшает перерабатываемость материала на термопластавтоматах. В качестве таких добавок эффективной оказалась смесь жирных кислот, образующихся при дистилляции растительных масел – гудроны растительных масел (ГРМ) [16]. Реологические характеристики материалов приведены на рис. 2.

5 ПТР г/10мин, 303 423 443 463 483 503 Т, К Рис. 2. Показатели текучести расплава ДСТ-30 (1), ТПУ первичного (2), ПВХ-пластифицированного (3), композиции ТПУ+30 мас.% ПВХ-пластиката (4), ПЭУ (5) Исследование физико-механических характеристик композиций ТПУ-ПВХ свидетельствует о немонотонном характере изменения показателей р;

твердости по Шору А, относительного удлинения от соотношения компонентов (рис. 3).

Шор А,, МПа усл.ед.

p 40 30 0 100 % 20 40 60 Рис. 3. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении р (1, 3) и твердости по Шору А (2, 4) для композиций ТПУ+ПВХ (1, 2) и ПЭУ+ПВХ (3,4) Необходимо отметить, что явно выраженных эффектов в области малых содержаний каждого из компонентов в смеси (до 10 мас%), подобных отмеченным в [2], не наблюдается, что, вероятно, обусловлено высокой эластичностью обоих компонентов и отсутствием их армирующего действия по отношению друг к другу. Вместе с тем, совместимость ПВХ и ТПУ (ПЭУ) позволяет достичь практически аддитивного изменения показателей в зависимости от соотношения компонентов, что подтверждает их термодинамическую совместимость. Благодаря такой совместимости обеспечиваются и показатели пластичности при воздействии низких температур (табл. 1).

Пластифицированный ПВХ, содержащий большое количество низкомолекулярного компонента, позволяет осуществлять направленное регулирование показателей изделий из композиционного материала по его сечению. Этот эффект достигается при термической обработке образца в жидкофазной среде, аналогичной по составу пластификатору. В результате такой обработки жидкофазный компонент диффундирует из материала, изменяя прочность и твердость поверхностных слоев изделия (рис. 4). Это позволяет направленно регулировать деформационно-прочностные показатели демпфирующих изделий, изготовленных из композиции одного состава, в зависимости от технических требований по их эксплуатации.

, МПа Шор А, p усл.ед.

50 40 0 10 Рис. 4. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении (1, 3) и твердости по Шору А (2) от времени термообработки ПВХ-пластифицированного и композиционного материала ТПУ+50% ПВХ-термообработанного в жидкости АМГ-10 при 373 К Заключение. Разработанные методы создания композиционных материалов позволяют направленно изменять их демпфирующие характеристики в зависимости от условий эксплуатации изделий в конкретной конструкции автотракторного агрегата.

Список литературы 1. Дербаремдикер, А.Д. Амортизаторы транспортных машин / А.Д. Дербаремдикер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:

Машиностроение, 1985. – 200 с.

2. Кравченко, В.И. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение. / В.И. Кравченко, Г.А. Костюкович, В.А. Струк;

под ред. В.А. Струка. – Минск: Тэхналогiя, 2006. – 523 с.

3. Коноваленко, Н.Г. Применение пластических масс в автомобильной промышленности. / Н.Г. Коноваленко, Б.Г. Федотов, Ю.А. Беспалов // Пластические массы. – 1979. – № 6. – С. 55–56.

4. Керча, Ю.Ю. Физическая химия полиуретанов. / Ю.Ю. Керча. – Киев: Наукова думка, 1979. – 233 с.

5. Новикова, Ю.А. Термоэластопласты. Химическая промышленность за рубежом. / Ю.А. Новикова. – М.:

НИИТЭХИМ, 1976. – № 9. – С. 1–22.

6. Термоэластопласты / под ред. В.В. Моисеева. – М.: Химия, 1985. – 184 с.

7. Полимерные материалы на основе поливинилхлорида. Каталог. НИИ химии и технологии полимеров имени ак. / В.А. Каргина. – Черкассы, 1983. – 38 с.

8. Авторское свидетельство СССР № 749864 Полимерная композиция. М. Кл. CO8L27/06, CO8L75/06. Бюл. изобр. № 27, 1980.

9. Способ получения компаундов на основе полиуретана. Патент 8455-7 СРР, 1984,МКИ СО8 L 25/06.

10. Полимерная композиция. Авторское свидетельство СССР № 749864 Кл. CO8L27/06, CO8L75/06 //1980.

11. Изготовление компаундов на основе отходов полиуретана. Патент ГДР№ 125889, Кл. 2(51) CO8J11/00, 1977.

12. Поливинилхлоридные композиции, перерабатываемые экструзией. Заявка Японии 2120349, МКИ CO8L27/06, СО8К5/10, 1990.

13. Термодеструкция поливинилхлорида в смеси с полиуретаном / С.В. Колесов [и др.]. // Кожано-обувная промышленность. – 1987. – № 4. – С. 32–53.

14. Реологические свойства композиции ПВХ-АБС, модифицированной термопластичным полиуретаном / Е.А. Жаворонкова [и др.] // Кожано-обувная промышленность. – 1985. – № 4. – С. 43–45.

15. Эксплуатационные характеристики смесей АБС-пластиков и ПВХ / С.И. Мороз [и др.] // Пластические массы. – № 1. – 1983. – С. 15–16.

16. Бобрышева, С.Н. Использование отходов пищевой промышленности для получения смазочных составов / С.Н. Бобрышева. // Трение и износ. – 1996. – Т. 17. – № 5. – С. 667–681.

The features of the structure and deformation-strength characteristics of composites based on thermo-mechanically combined mixtures "thermoplastic – plasticized PVC." The prospects of their use for the manufacture of automotive vehicles and products of agricultural machinery with high resistance to shock and vibration.

УДК 678.033: В.В. Андрикевич1, В.И. Кравченко2, Ж.С. Авлиекулов3, Г.Б. Юлдашева (1Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, 2 ОАО «Белкард», Ташкентский автомобильно-дорожный институт) СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОТРАКТОРНОЙ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Исследованы особенности структуры композиционных материалов на основе термомеханически совмещенных смесей «термопласт – термоэластопласт». Показана перспективность их применения в конструкциях автотракторной и сельскохозяйственной техники, эксплуатируемой при воздействии неблагоприятного сочетания эксплуатационных факторов: ударных нагрузок, вибраций, абразивных сред, солнечного излучения.

Введение. В современных конструкциях автотракторных агрегатов и сельскохозяйственной техники применяют элементы, изготовленные из полимерных композиционных материалов, обеспечивающие выполнение заданных функций и безопасность применения на протяжении заданного периода эксплуатации [1 9]. Важное значение в функциональном назначении таких элементов играет сохранение параметров их служебных характеристик в определенном диапазоне значений, которые гарантируют эффективную и безопасную эксплуатацию агрегата при соблюдении норм и правил, установленных изготовителями и действующей нормативной правовой базой в соответствующей области. Опыт эксплуатации автотракторной техники и сельскохозяйственного оборудования свидетельствует о необходимости совершенствования конструкций защитных элементов, изготовленных из полимерных и композиционных материалов различного состава, для сохранения их функциональных характеристик даже в условиях неблагоприятного сочетания факторов, включающих нарушение действующих нормативов, несоблюдение рекомендаций изготовителя по ремонту и обслуживанию, недостаточную профессиональную подготовку персонала.

Перспективным направлением решения проблемы достижения гарантированного срока функционирования защитных элементов агрегатов повышенной опасности является применение композиционных материалов на основе термопластов, термоэластопластов и вулканизованных каучуков, обеспечивающих соблюдение норм безопасной эксплуатации в условиях неэффективного применения, создающие предпосылки возникновения аварийных ситуации [2, 3].

Методика исследований. Для исследований были выбраны композиционные материалы на основе термодинамически совмещенных смесей «термопласт – термоэластопласт», которые получали переработкой в смесителях со шнековой пластификацией. Исследовали смеси термопластичных полиуретанов (ТПУ), полиэфируретанов (ТПУ), поливинилхлорида (ПВХ), сополимера формальдегида с диоксаланом (СФД), полистирола (ПС), сополимера акрилобутадиентового стирола (АБС).

Параметры служебных характеристик композитов оценивали на стандартных образцах по действующей нормативной документации.


Результаты и обсуждение. Важнейшими характеристиками разработанных композиционных материалов для изготовления защитных элементов являются деформационно-прочностные, оцениваемые по показателям остаточной деформации, стойкости к знакопеременным нагрузкам, эластичности по отскоку, твердости по Шору А и др.

Известно, что многофазные системы деформируются неоднородно, если модули составляющих из фаз существенно различаются. Перераспределение напряжений на границе раздела фаз могут привести к отслаиванию матричного полимера от частиц дисперсной фазы [10, 11]. При этом в начале процесса растяжения, когда не наблюдается расслаивание, частицы наполнителя деформируются совместно с матрицей с образованием различных геометрических форм, преимущественно волокон, причем величина деформации зависит от величины адгезионного взаимодействия частиц с матричным связующим [10].

Для композиционных материалов на основе модифицированных термоэластопластов и смесей на их основе характерны некоторые особенности процесса деформирования. Анализ поверхностей разрушения композиционных материалов, представляющих собой термомеханическую смесь типа «термоэластопласт термопласт» свидетельствует о наличии в матрице (ПВХ, ПЭУ, ТПУ) агрегатов термопластичного модификатора (СФД, ПС, АБС), которые имеют вид частиц сферической формы с размерами от 0,1 до 5 мкм (рис. 1). После одноосного деформирования сферические частицы модификатора трансформируются в волокна.

Это свидельствует о достаточно прочной адгезионной связи на границе раздела «матрица-наполнитель».

Полимерный модификатор деформируется совместно с термоэластопластичной матрицей, изменяя ее деформационно-прочностные характеристики.

В работах [10, 11] указано на возможность протекания при термомеханическом совмещении механохимических реакций, приводящих к образованию в двухкомпонентной системе третьей фазы. Третья сополимерная фаза в ряде случаев оказывает определяющее влияние на механизм деформирования композиционных материалов вследствие образования сетки межмолекулярных сшивок [11]. Формирование межмолекулярных сшивок придает композиции свойства сшитого эластомера и способствует уменьшению величины остаточной деформации после снятия внешней нагрузки (рис. 1). Эффект наиболее значим для композитов ПЭУ+АБС и ПЭУ+ПВХ, что, вероятно, обусловлено наличием в матричном полимере собственных межмолекулярных сшивок.

Вместе с тем, несмотря на достаточно интенсивное протекание механохимических процессов, обуславливающих трансформирование легирующей термопластичной фазы в сополимерную, в объеме композита остаются фрагменты модификатора, которые не вступили во взаимодействие с матрицей. Этот эффект проявляется с повышением содержания полимерной добавки свыше 3-5 мас% и приводит к формированию явно выраженных областей одного состава в композиционном материале. Это приводит к формированию поверхностей раздела фаз, которые являются дефектными зонами композита и при деформировании служат источниками зарождения и развития микротрещин, приводящих к разрушению.

Формирование однокомпонентных областей в композитах происходит в результате термодинамической несовместимости компонентов. Для повышения совместимости компонентов используют различные технологические приемы: термическую или механическую активации, обработку ионизирующим излучением, прививку функциональных групп и т.п. [10-19]. Нами использован метод повышения гомогенности композиционного материала, основанный на применении компонентов близкого химического состава и различной степенью структурирования (сшивки). Известно, что полиуретаны в зависимости от состава и технологии представляют собой или термоэластопластичные, или сшитые материалы [20-23].

а) б) в) г) Рис. 1. Характерный вид поверхности скола в жидком азоте (а, в) и поверхности разрушения после одноосного растяжения (б, г) образцов из композиционного материала ТПУ+5 мас% СФД (а, б) и ПЭУ +5 мас% АБС (в, г).

Увеличение х Сшитые полиуретаны, получаемые заливкой двухкомпонентной смеси в рабочий объем формы, после отверждения представляют собой неплавкий труднорастворимый продукт с высоким уровнем деформационно прочностных характеристик [21]. Для применения такого материала в качестве модификатора использовали технологию измельчения при одновременном воздействии напряжений сжатия и сдвига. Работами Н.С. Ениколопова и сотр. показана возможность получения порошкообразного продукта из вулканизованных эластомеров. В качестве модификаторов термоэластопластов и термопластов использовали порошкообразный продукт с дисперсностью 50-80 мкм, полученный измельчением блоков литьевого полиуретана. Модификатор вводили в состав матрицы перемешиванием с последующим переплавом при режимах, характерных для базового полимера.

Эксперименты свидетельствуют, что введение в термоэластопласт (ТПУ, ПЭУ) частиц структурированного полиуретана оказывает благоприятное влияние на служебные характеристики композиционного материала.

Наблюдается увеличение как прочностных, так и деформационных характеристик (рис. 2, 3). Учитывая близость химического строения макромолекул ТПУ, ПЭУ и структурированного ПУ, можно предположить возможность образования химических связей на границе раздела «матрица – наполнитель», приводящих к формированию структуры с армирующими блоками, подобными т.н. «жестким блокам» в термоэластопласте [21-23]. Учитывая, что размеры частиц модификатора (50-80 мкм) существенно превышают размеры молекулярных жестких блоков, то эффект упрочнения достаточно значим и позволяет применять этот метод получения композитов на практике.

, % отн.

0 2 4 6 8 10 С, мас.% Рис. 2. Зависимость остаточного удлинения при одноосном растяжении термоэластопластов от содержания в них термопластичных модификаторов ТПУ+СФД(1), ПЭУ+АБС (2), ПЭУ+ПВХ (3) Эффект упрочнения значим для различных видов полиуретановых матриц. При применении регенерированного полиэфируретана, вероятно, происходит упрочнение композита вследствие замены трехмерной структуры в результате термодеструкции аллофанатных и биуретовых групп на линейную с армирующими фрагментами из структурированного ПУ. Поэтому упрочнение проявляется в большей степени, чем для композитов с ТПУ. Подобный механизм упрочнения характерен для полиуретановых композиционных материалов, содержащих в качестве модификаторов олигомеры сшивающихся смол типа фенолформальдегидных, мочевино-формальдегидных и др. [10, 11].

Шор А,, МПа p усл.ед.

3 0 2 4 6 8 10 12 С, мас.% Рис. 3. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении (1, 2) и твердости по Шору А (3, 4) композиции ТПУ+структурированный ПУ (1, 3) и ПЭУ+структурированный ПУ (2, 5) от содержания модификатора Композиции на основе модифицированных термоэластопластов обладают специфическими особенностями деформирования под действием статических и динамических нагрузок. Так, оценка деформативности композитов при различных температурах свидетельствует о том, что композиты, содержащие функциональные добавки различного механизма действия (термопласты, структурированные полиуретаны), обладают большой устойчивостью к воздействию повышенных температур по сравнению с базовым полимером. Базовый регенерированный ТПУ имеет несколько температурных переходов. Первый – в области 223-233 К, связанный со стеклованием эластичной фазы, второй – в области 433-453 К, обусловленный плавлением жесткой фазы.

При введении в состав СФД области температурных переходов несколько сдвигаются, что может быть обусловлено образованием сополимерной фазы, препятствующей стеклованию и плавлению. Добавка структурированного полиуретана более эффективна, чем термопласта СФД, т.к. сохраняет стойкость материала к низким температурам и увеличивает теплостойкость.

Модифицирующие добавки ПВХ существенно повышают морозостойкость композиционного материала (до 213-223 К), что позволяет применять его в изделиях с пониженной температурой эксплуатации.

Использованные модификаторы оказывают различное влияние на деформационные характеристики композиций (рис. 4). Так, термопластичный модификатор при превышении некоторого содержания (10 мас%) вызывает резкое снижение показателя относительного удлинения при растяжении. Это обусловлено образованием крупных фаз модификатора с явно выраженной поверхностью раздела.

отн.

50 C, мас.% 0 10 20 30 Рис. 4. Зависимость относительного удлинения при растяжении от содержания модификатора ПВХ-пластиката (1, 3), структурированного полиуретана ПУ (2, 4), сополимера СФД (5, 6) для композиций на основе ТПУ (1, 2, 4) и ПЭУ (3, 4, 6) При модифицировании полиуретановой матрицы пластифицированным ПВХ и структурированным ПУ композит сохраняет эластичность даже при достаточно высоких содержаниях модификатора. Это свидетельствует об образовании макрогомогенного материала.

Проведенные исследования позволили разработать составы композиционных материалов для изготовления защитных элементов автотракторной техники и сельскохозяйственного оборудования – кожухов амортизаторов, защитных кожухов и воронок карданных валов.

Заключение. Термомеханическое совмещение смесей «термопласт – термоэластопласт» приводит к формированию гетерофазной структуры композиционного материала, которая образуется матричным полимером и фрагментами модификатора. В результате действия термомеханических факторов образуется фаза сополимерного продукта, которая обеспечивает адгезионное взаимодействие компонентов и особый механизм деформирования композита. Варьирование соотношения компонентов и условий их совмещения позволяет формировать структуры с параметрами служебных характеристик, удовлетворяющими условиям эксплуатации агрегата.

Список литературы 1. Кравченко, В.И. Структура и технология композиционных материалов для конструкций карданных передач серии «Белкард-2000»: дис. … канд. тех. наук. 05.02.01. / В.И. Кравченко. – Гродно, 2001. – 150 с.


2. Рыжих, Л.А. Особенности рабочих процессов пневматического тормозного привода автомобилей при низких температурах: автореф.... дис. канд. техн. наук. 05.22.02. – Автомобили и тракторы. / Л.А. Рыжий. – Харьков, 1987. – 27 с.

3. Пильгуй, В.Б. Совершенствование мембранных исполнительных механизмов пневматического тормозного привода автомобилей: автореф.... дис. канд. техн. наук. 05.22.02. – Автомобили и тракторы. / В.Б. Пильгуй.– Харьков, 1996. – 24 с.

4. Мамончик, А.И. Гидравлические двухтрубные амортизаторы: разборные или закатные. / А.И. Мамончик. // Автомобильная промышленность. – 1999. – № 9. – С. 16–17.

5. Проектирование универсальных шарниров и ведущих валов / пер с англ. Ю.В. Попова. – Л.: Машиностроение.

Ленингр. отделение, 1984. – 463 с.

6. Thomas, E. Renner. Accurate Tire Models for Vehicle Handling Using the Empirical Dynamics Method. / Thomas E. Renner, Andrew J. Barber. // International ADAMS User Conference, 2000.

7. Ledesma, R. A nonlinear viscoelastic bushing element in multibody dynamics. / R. Ledesma, Z.-D. Ma, G. Hulbert, A. Wineman. // Computational Mechanics. – 1996. – Vol. 17. – Р. 287-296.

8. Дербаремдикер, А. Д. Амортизаторы транспортных машин / А. Д. Дербаремдикер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:

Машиностроение, 1985. – 200 с.

9. Кравченко, В.И. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение. / В.И. Кравченко, Г.А. Костюкович, В.А. Струк;

под ред. В.А. Струка. – Минск: Тэхналогiя, 2006. – 523 с.

10. Струк, В.А. Трибохимическая концепция создания антифрикционных материалов на основе многотоннажно выпускаемых полимерных материалов: дис.... д-ра техн. наук. 05.02.01 – Материаловедение (машиностроение). / В.А. Струк. – Минск, 1988. – 323 с.

11. Мануленко, А.Ф. Создание абразивостойких триботехнических материалов на основе бинарных смесей «термопласт-термоэластопласт»: дис.... канд. техн. наук. 05.02.01. – Материаловедение (машиностроение). / А.Ф. Мануленко – Гомель, 1987. – 154 с.

12. Барамбойм, Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. / Н.К. Барамбойм. – М.: Химия, 1978. – 384 с.

13. Липатов, Ю.С. Физическая химия полимеров. / Ю.С. Липатов. – М.: Химия, 1977. – 304 с.

14. Кербер, М.А. Модифицирование полимерных материалов в ходе их переработки. / М.А. Кербер. // Пластические массы. – 1971. – № 5. – С. 59–66.

15. Казале, Л. Реакция полимеров под действием напряжений / Л. Казале, Р. Портер;

под ред. А.Я. Малкина. – Л.:

Химия, 1983. – 440 с.

16. Ivan, G. Reactii mecanochimice la prelucrarea elastomerilor. / G. Ivan. –Industria usoara. – 1971. – V. 18. – № 5. – P. 338– 350.

17. Струк, В.А. Структура композиционных материалов на основе механических смесей термопластов. / В.А. Струк, А.А. Война. // Пластические массы. – 1985. – № 12. – С. 37–38.

18. Симоинеску, К. Механохимия высокомолекулярных соединений / К. Симоинеску, К. Опреа;

под ред.

Н.К. Трамбойма. – М.: Мир, 1970. – 357 с.

19. Песецкий, С.С. Реакционная экструзия в технологии функционализированных полимеров и смесевых композиций / С.С. Песецкий, Б. Юрковский. // Сб. науч. трудов Междунар. науч.-техн. конф. «Полимерные композиты 98». – Гомель:

ИММС НАНБ, 1998. – С. 36–42.

20. Райт, П. Полиуретановые эластомеры / П. Райт, А. Камин;

под ред. Н.П. Апухтиной. – Л.: Химия, 1973. – 304 с.

21. Керча, Ю.Ю. Физическая химия полиуретанов. / Ю.Ю. Курча. – Киев: Наукова думка, 1979. – 233 с.

22. Новикова, Ю.А. Термоэластопласты. Химическая промышленность за рубежом. / Ю.А. Новикова. – М.:

НИИТЭХИМ, 1976. – № 9. – С. 1–22.

23. Термоэластопласты / под ред. В.В. Моисеева. – М.: Химия, 1985. – 184 с.

The features of the structure of composite materials based on thermo-mechanically combined mixtures "thermoplastic thermoplastic elastomer." The prospects of their use in the construction of tractor and agricultural machinery, operated under the influence of a combination of adverse operational factors: shock, vibration, abrasive media, the solar radiation.

УДК 614.841, 630. В.В. Богданова1, О.Н. Бурая1, М.М. Тихонов ( Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь) ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИСТЕМЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ ГОРЕНИЯ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ НАПЫЛЯЕМОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА МАРКИ «ИЗОЛАН-125»

Представлены результаты исследований влияния системы замедлителей горения на свойства композиционного материала на основе напыляемого пенополиуретана марки «Изолан-125» и возможности его применения в огнезащищенном варианте для ограничения распространения пожара по кабельным шахтам гражданских зданий.

Основными причинами пожара по вине неисправности электросети являются: перегрузка электросети, большие переходные сопротивления, короткое замыкание, искрение и возгорание изоляции. Пожары в кабельных шахтах отличаются высокой скоростью распространения горения и нарастания среднеобъемной температуры (порядка 30-40 °С/мин). В гражданских зданиях кабельные шахты в основном располагаются на лестничных клетках или в коридорах, что создает потенциальную угрозу жизни и здоровью людей, так как в условиях пожара, развивающегося в стояке, происходит блокирование эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара, имеющих предельно допустимые для людей значения, наносится огромный материальный ущерб.

На сегодняшний день в Республике Беларусь тушение пожаров такого рода осуществляется водой либо порошковым огнетушителем. Однако данный способ тушения не всегда является эффективным, так как происходит дальнейшее тление и повторное воспламенение полимерного материала изоляции электрических кабелей. В соответствии с этим разработка композиционного огнестойкого материала, способного воспринять функцию огнепреграждения, актуальна.

Для локализации развивающихся в кабельных шахтах пожаров исследована возможность применения огнепрегражадющих пробок из огнестойких теплоизоляционных вспененных материалов. Такие материалы должны принимать форму защищаемой поверхности по всему периметру, препятствуя поступлению кислорода в зону горения. В качестве объекта исследования выбран вспенивающийся пенополиуретановый (ППУ) материал марки «Изолан-125», способный заполнить пустоты и зазоры по всему периметру кабельного сооружения. Учитывая экономические аспекты и специфику применения огнезащищенного материала, в качестве замедлителей горения азот-фосфор содержащие соединения.

Предварительно установлено, что напыляемый ППУ «Изолан-125», несмотря на присутствие в его составе органического фосфорсодержащего замедлителя горения, согласно испытаниям по ГОСТ 12.1.044-89 п. 4. относится к горючему материалу, что неприемлемо для его использования в качестве огнепрегражадющего средства.

Вследствие высокой реакционной способности изоцианатного компонента (компонент Б), исследуемые огнезамедлительные системы вводили только в компонент А, что позволяло получать устойчивые в течение длительного времени смеси.

Раннее установлено, что порошковая смесь замедлителей горения при введении в компонент А в количестве 15 % позволяет получить трудногорючий ППУ материал, соответствующий п. 4.3 ГОСТ 12.1.044- [1]. Одновременно показано, что удельная вязкость (Е) компонента А в присутствии антипиренов увеличивается в восемь раз (до 2700 мм2/с), что может отрицательно сказаться на условиях подачи компонента А в реакционную зону и на физико-механических свойствах ППУ материала (для сравнения удельная вязкость компонента Б составляет 1500 мм2/с).

В результате исследования большого количества соединений, предположительно способных влиять на вязкость компонента А, установлено, что ТХЭФ обладает наилучшими буферными свойствами по отношению к текучести компонента А в присутствии порошковой антипиреновой смеси. Установлена оптимальная концентрация ТХЭФ (5 %), при которой вязкость компонента А, содержащая 15 % замедлителей горения сопоставима с вязкостью компонента Б (рис. 1).

Е, мм2/с 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Содержание ТХЭФ, % Рис. 1. Зависимость вязкости антипирированного компонента А от содержания ТХЭФ Определена система замедлителей горения из жидких и порошковых компонентов с суммарной концентрацией 15 – 20 %, которая позволяет получить теплоизоляционный материал с удовлетворительными реакционными параметрами (время старта, гелеобразования и роста пены, вязкость компонентов) огнезащищенного полимерного материала и физико-химическими свойствами (таблица).

Таблица – Реакционные параметры и физико-химические свойства ППУ композиций марки «Изолан-125»* Наименование образца Время Время Время роста Кажущаяся Влагопо плотность, кг/м старта, с гелеобразования, с пены, с глощение, % Изолан-125 исходный 15 31 22 43,8 0, Изолан-125 огнезащищенный 16 33 40 48,3 0, *система замедлителей горения введена в компонент А в количестве 15% по отношению к массе ППУ.

Исследованием микроструктуры исходного и огнезащищенного ППУ методом сканирующей электронной микроскопии установлено, что исследуемая система замедлителей горения увеличивает толщину стенки пор примерно в 1,5 раза, уменьшает величину пор и увеличивает их количество (рис. 2 (а, б)), что положительно сказывается на теплоизоляционных и прочностных свойствах огнезащищенного материала.

Методом полного факторного эксперимента (ПФЭ) получены математические модели, позволяющие установить влияние природы и концентрации компонентов огнезамедлительной композиции на их огнезащитные свойства (потеря массы пр огневом воздействии и приращение температуры газообразных продуктов горения) пенополиуретанового материала, определяемые по ГОСТ 12.1.044-89 п. 4.3. Исходя из полученных данных, проведена корректировка рецептуры антипиреновой системы в сторону увеличения ее огнезащитных свойств.

Установлено, что огнестойкость получаемого материала возрастает при увеличении в содержании антипиреновой смеси количества реагентов, содержащих хлор, фосфор и азот. Абсолютные значения коэффициентов модели ПФЭ указывают, что наибольшее влияние на огнестойкость оказывает содержание хлора и фосфора в антипиреновой смеси. Это в свою очередь позволяет предположить, что для исследуемой пенополиуретановой системы характерен комплексный механизм действия огнезамедлительной системы. Так, выход летучих галогенсодержащих продуктов в газовую фазу способствует снижению температуры отходящих газов за счет их взаимодействия с активными центрами пламени. Одновременно присутствие фосфорсодержащих продуктов в конденсированной фазе способствует образованию на поверхности горения вспененных теплоизолирующих структур, препятствующих термическому разложению пенополиуретана.

а) б) Рис. 2. Электронно-микроскопические снимки исходного (а) и огнезащищенного (б) ППУ Экспериментами, моделирующими пожар в кабельных шахтах, показана перспективность применения разработанного трудногорючего ППУ как в качестве пассивного, так и в качестве активного способа ограничения распространения пожара по кабельным шахтам гражданских зданий.

В настоящее время ведется разработка переносного оборудования для подачи исследуемого материала в кабельные шахты гражданских зданий.

Список литературы 1. Богданова, В.В. Трудногорючий напыляемый пенополиуретановый материал для локализации пожаров в инженерных коммуникациях / В.В. Богданова, М.М. Тихонов, О.Н. Бурая // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии : материалы междунар. науч.-практ. конф., Могилев, 21-22 апреля 2011 г. : в 2 ч. Белорус. Рос. ун-т ;

редкол.: И.С. Сазонов [и др.]. – Могилев, 2011. – Ч. 2. – С. 87–88.

The results of studies on the effect of flame retardants on the properties of a composite material based on polyurethane foam sprayed brand "Izolan-125" and its application in the fire-protective form to limit the spread of fire by the cable shafts civic buildings.

УДК 620.22:67. В.В. Воропаев1, В.А. Струк1, Г.Н. Горбацевич ( Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, 2 ОАО «Гродненский механический завод») ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ФТОРКОМПОЗИТОВ Рассмотрены особенности структуры, деформационно-прочностных и триботехнических характеристик заготовок из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, наполненного дисперсными фрагментами углеродных волокон, полученных при различных режимах монолитизации. Показана перспективность технологии монолитизации заготовок в условиях ограничения термического и механического деформирования, обеспечивающей увеличение показателей их прочностных характеристик не менее чем в 1,3-2 раза и износостойкости не менее чем в 1,3-2,5 раза при использовании различной технологической предыстории.

Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) широко применяют для изготовления элементов трибосистем и герметизирующих устройств с повышенными эксплуатационными характеристиками, применяемых в вакуумных устройствах, энергетических установках, технологическом оборудовании химических предприятий, при получении сжатых и сжиженных газов [1, 2]. Модифицирование матричного полимера функциональными компонентами различного состава, дисперсности, морфологии, активности позволяет существенно снизить негативные особенности структуры, обусловливающие повышенный износ, хладотекучесть изделий, при сохранении уникальных параметров химической стойкости, низкого коэффициента трения, свойственных политетрафторэтилену. Номенклатура модификаторов, применяемых при создании фторкомпозитов, достаточно широка и включает порошки металлов и оксидов, силикатов, керамик, углеродных материалов – кокса, графита, сажи, фуллеренов, шунгита и др. [1-9].

К числу распространенных модификаторов ПТФЭ относят фрагменты измельченных углеродных волокон (УВ), которые позволяют существенно изменить параметры деформационно-прочностных и триботехнических характеристик композитов благодаря стерическим затруднениям процесса передеформирования связующего под действием нормальных и тангенциальных нагрузок вследствие статистического распределения частиц наполнителя в матрице.

Применение углеродных волокон при разработке герметизирующих и триботехнических фторкомпозитов позволило еще в 70-х годах прошлого столетия разработать гамму машиностроительных материалов Флубон с параметрами служебных характеристик, существенно превосходящих известные аналоги [1]. Развитие этого перспективного направления обеспечило адаптацию материалов серии Флубон к отечественной компонентной базе и разработку аналогов, позиционируемых как композиты Флувис [5, 7-9]. Необходимо подчеркнуть, что методологическое и структурное подобие композитов Флубон и Флувис основано не только на используемых основных компонентах – ПТФЭ и углеродном волокне (УВ), но и идентичных технологиях получения и переработки в изделия, включающих операции дозирования, смешивания компонентов, холодного прессования и спекания (монолитизации) [1, 5, 7]. Следствием этого подобия являются близкие параметры деформационно прочностных и триботехнических характеристик композитов Флубон и Флувис, и их модификаций Суперфлувис и Вако-флувис [1, 5, 7-9].

Анализ многочисленных литературных источников, посвященных структуре, технологии и применению углеродсодержащих фторкомпозитов машиностроительного назначения, свидетельствует о существовании структурного парадокса, проявляющегося в снижении параметров деформационно-прочностных и триботехнических характеристик при увеличении степени наполнения [5-10].

Причиной этого парадокса, препятствующего достижению оптимальных служебных характеристик изделий из фторкомпозитов, является специфическое строение макромолекулы ПТФЭ, предопределяющее выраженную инертность в процессах взаимодействия с компонентами различного состава и строения с образованием граничного слоя с необходимой прочностью и деформативностью, и отсутствие у ПТФЭ характерного для термопластов вязкотекучего состояния, обеспечивающего растекание связующего по поверхностному слою наполнителя и его смачивание с образованием адсорбционных связей различной природы.

Вследствие особенностей молекулярного и надмолекулярного строения ПТФЭ традиционный механизм армирования, свойственный композитам на основе термопластичных матриц [1], для фторкомпозитов реализуется лишь частично и проявляется, главным образом, при небольших степенях наполнения – 0,1-5 масс.

%. При этом дисперсные частицы наполнителя играют роль не только стерического фактора, но и изменяют надмолекулярную организацию граничного слоя матрицы, увеличивая ее прочность и износостойкость благодаря образованию участков с преимущественной ориентацией макромолекул, выполняющих функцию армирующего компонента [11].

При увеличении доли наполнителя, независимо от его состава, строения и дисперсности, в матрице ПТФЭ формируются участки несовершенной структуры, в которых взаимодействие связующего и модифицирующих частиц проявляется частично или вообще отсутствует вследствие его высокой вязкости и невозможности формирования гомогенной гетерофазной структуры композита. Этот негативный процесс усугубляется образованием агломератов или кластерных структур из частиц наполнителя при смешивании вследствие протекания электрофизических процессов, увеличивающих их взаимодействие. Проявление структурного парадокса зависит от многочисленных факторов, к важнейшим из которых относится соответствие геометрических параметров и морфологии частиц ПТФЭ и модификатора, их активность в процессе формирования граничного слоя, устойчивость к длительному воздействию повышенных температур, обусловливающих монолитизацию композита.

А Б Рис. 1. Типичное соотношение размерных параметров дисперсных частиц ПТФЭ (1) и наполнителя (2) при превышении размеров частиц связующего (а), совпадении размеров (б), превышении размеров частиц наполнителя (в) – А;

характерное распределение компонентов в композиционном материале ПТФЭ + 10 масс. % УВ, полученном сухим смешиванием в лопастном смесителе – Б. Линией выделены участки с градиентом концентрации УВ Очевидно, что различие в геометрических параметрах компонентов (формы, размеров) фторкомпозита (рис. 1А) будет иметь определяющее значение при прочих равных условиях на механизм формирования участков с несовершенной структурой, играющих роль технологически обусловленных дефектов. Например, в композитах типа Флубон и Флувис, получаемых по технологии сухого смешивания в лопастном смесителе, образуются участки с положительным градиентом концентрации фрагментов УВ (рис. 1Б).

Роль размерного фактора повышается вследствие различия электрофизических параметров ПТФЭ и частиц модификатора, усиливающегося при воздействии технологических факторов – измельчении (дроблении), перемешивании, холодном прессовании и спекании, которые изменяют энергетические характеристики компонентов и могут способствовать как гомогенизации композита, так и образованию градиентных участков, на которых будут формироваться дефекты.

Для снижения неблагоприятных последствий структурного и размерного факторов в технологии фторкомпозитов машиностроительного назначения применяют различные приемы. Например, для увеличения активности процессах межфазного взаимодействия модифицируют поверхностный слой фрагментов УВ фторированием [1], обработкой разбавленными растворами фторсодержащих олигомеров [5], плазмохимической обработкой в среде фторсодержащих газов, способных к полимеризации [7].



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.