Реферат: Композиционные триботехнические материалы на основе олигомеров сшивающихся смол

Дипломная работа на тему:Композиционные триботехнические материалы наоснове олигомеров сшивающихся смолВыполнил Будько Юрий АнатольевичРуководитель Овчинников Е.В.Зав.кафедрой Струк В.А.Адрес: BudzkoYuri@mail.ruг. ГродноСодержание

Введение                                                                                                                       5

Глава I. Литературный обзор потеме: ’’Композиционные триботехнические материалы на основе сшивающихся смол ’’                                               6

1.1. Типы композиционныхматериалов                                                           6

1.2. Самосмазывающие материалына основе сшивающихся связующих          8

1.3. Выбор типа сшивающегосясвязующего для изготовления материала.       11

1.4. Уникальность кремня                                                                                   16

1.4.1. Непознанный кремень                                                                                  16

1.4.2. Взаимодействие кремня сводой и обнаруженные при этом эффекты   17

1.4.3. Физико-химические и иныесвойства кремня                                           18

1.4.4. Исследование термическойстабильности кремня методами термогравиметрии и ДТА-анализа                                                                                                                                 19

1.4.5. Применениеактивированной кремнем воды в медицинской практике 21

Глава II. Методы исследования                                                         23

2.1. Метод термического анализа                                                                     23

2.2.Определение коэффициентатрения и удельного износа                   26

2.3. Атомно-силовая микроскопия(АСМ)                                                     27

2.4. Определение ударнойвязкости                                                                  30

2.5. Рентгеноструктурный анализ                                                                     31

Глава III. Исследованиеструктуры и свойств полимерных материалов, модифицированных кремнийсодержащимидобавками                          33

3.1. Результатырентгеноструктурного анализа                                          33

3.1.1.Рентгеноструктурныйанализ кремня                                                          33

3.1.2. Рентгеноструктурныйанализ ПЭНД, модифицированного кремнием 35

3.2. Стойкость полимера ктермоокислению (по ДТА и ТG анализу)  40

3.3. Ударная вязкость полимера                                                                        44

3.4. Триботехническиехарактеристики                                                          44

Глава IY. Технологияизготовления триботехнических материалов на основе полимеров                                                                                                      45

4.1. Принципы созданиякомпозиционных материалов на основе полимеров  46

4.2. Изготовление изделийметодом контактного формования              49

4.3. Изготовление изделийметодами свободного и центробежного литья         52

4.4. Технологический регламентизготовления композиционных материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол                                                               55

4.5. Механическая обработкаполиэфирных материалов                        57

Глава Y. Требования техникибезопасности при работе с полиэфирными смолами и инициирующими добавками                                                    62

5.1. Хранение полиэфирных смоли инициирующих добавок                 62

5.2. Переработка полиэфирныхсмол                                                               64

Литература                                                                                         68

 Введение

Развитие современногомашиностроения невозможно без решения многих проблем в области полимерногоматериаловедения, играющих роль в обеспечении надежности и долговечности машини механизмов, приборов и различных устройств.

Существенное снижениематериалоемкости производства можно обеспечить за счет массового примененияэффективных видов металлопродукции, пластических и других прогрессивныхматериалов.

Наиболее широкое применение вмашиностроении нашли такие крупнотоннажные полимеры, как полиамиды,полиолефины, фенолформальдегидные и эпоксидные смолы. Потенциальные возможностикрупнотоннажных полимеров изучены достаточно хорошо, однако реализованы неполностью. Особенно перспективно в качестве связующих композиционных материалов(КМ) конструкционного назначения применение олигомеров низкотемпературного отверждения.При этом наиболее важным является применение ненасыщенных полиэфирных смол(НПЭС), используемых в качестве связующих для стеклопластиков в судостроении,строительстве, машиностроении, в качестве пленкообразующих и компонентовпропиточных и заливочных составов, клеев, замазок, для изготовления товаровнародного потребления.

Целью  работы являлось изучениеструктуры и свойств полимеров, модифицированных кремнием. Кремний являетсядешевым материалом. Кроме того, установлено его уникальное воздействие на воду(происходит активация воды). А активированная кремнием вода оказываетположительное влияние на организм человека, животных[16]. Вот мы ипопытались исследовать влияние кремния на структуру и физико-механическиесвойства материалов. Исследования проводились на полиэтилене низкого давления.Этот материал выбран потому, что он является более технологичным и дешевым, посравнению с эпоксидными и фенолформальдегидными смолами.

/>/>Глава I. Литературный обзор потеме: ’’Композиционные триботехнические материалы на основе сшивающихся смол ’’/>/>1.1. Типы композиционных материалов

Композиционныематериалы—это материалы, состоящие из двух или более компонентов (отдельныхволокон или других армирующих составляющих и связующей их матрицы) и обладающиеспецифическими свойствами, отличными от суммарных свойств их составляющихкомпонентов. Компоненты композитов не должны растворяться или иным способомпоглощать друг друга. Они должны быть хорошо совместимы. Свойствакомпозиционных материалов нельзя определить только по свойствам компонентов,без учета их взаимодействия[24].

Композиционные материалы классифицируются обычно по виду армирующегонаполнителя: волокнистые (армирующим компонентом служат волокнистые структуры);слоистые; наполненные пластики (армирующим компонентом являются различныечастицы). В свою очередь наполненные пластики могут быть разделены на насыпные(гомогенные) и скелетные (начальные структуры, заполненные связующим).Армирующие компоненты могут представлять собой различные волокна, порошки, микросферы,кристаллы и “усы” из органических, неорганических, металлических материалов иликерамики. Наиболее распространены следующие связующие, используемые вармированных пластиках: полиэфиры, фенолы, эпоксидные компаунды, силиконы,алкиды, меламины, полиамиды, фторуглеродные соединения, ацетали, полипропилен,полиэтилен и полистирол. Связующие могут быть разделены на термопласты(способные размягчаться и затвердевать при изменении температуры) иреактопласты, или термореактивные смолы (связующие, в которых при нагреваниипроисходят необратимые структурные и химические превращения). В настоящее времянаибольшее распространение получили термореактивные связующие.

При разработке и изготовлении новых композиционных материалов, а такжепри создании конструкций из них приходится учитывать влияние внешних условий(температура, высокая влажность) на эти материалы. Необходимо учитывать и рядспецифических свойств композиционных материалов. Так, учет ползучести, котораяявляется характерным свойством многих композиционных материалов, заставляетпроектировщиков отказываться от целого ряда традиционных решений.

Целью создания композиционного материала является объединение схожих илиразличных компонентов для получения материала с новыми заданными свойствами ихарактеристиками, отличными от свойств и характеристик исходных компонентов. Споявлением такого рода материалов возникла возможность селективного выборасвойств композитов, необходимых для нужд каждой конкретной области применения.Композиционные материалы, оказавшиеся и экономичными, и удобными впроектировании, сегодня используются везде – от производства игрушек итеннисных ракеток до применения в космических аппаратах (теплоизоляция,микросхемы и др.).

Армирующиекомпоненты могут быть включены в состав армированных пластиков для изменениясвойств термо-  или реактопластов. Современнаяпромышленность композиционных материалов широко варьирует различные сочетанияармирующих компонентов и связующих, выбор которыхопределяется как техническими параметрами, так и ценой. Армированные пластикинаиболее часто используются в двух видах: листовой материал (типичный примертакого материала – это бумага, пропитанная меламинофенольным связующим, илистекловолоконные маты, пропитанные полиэфирным связующим) и прессованные пластики(чаще всего используются пропитанные фенольным или другим связующимминеральные, хлопковые и другие волокна). Большинство свойств полученныхкомпозиционных материалов оказывается более высокими, нежели свойства исходныхкомпонентов. К композитам следует также отнести и различные материалы,конструкционное назначение которых то же, что и одного из компонентов. Такогорода материалами являются, например, покрытые поливиниловой пленкой изделия,используемые в летальных аппаратах; металлопластиковые облицовки и т.д.

В настоящее времянаиболее распространенными компонентами при создании материалов являютсястеклянные, полиамидные, асбестовые волокна, бумага (целлюлозные волокна),хлопок, сизаль, джут и другие натуральные волокна. Все большее место втехнологии производства композитов занимают такие материалы, как углеродные,графитовые, борные, стальные волокна и “усы” (очень короткие армирующиеволокна, обычно кристаллические). Выбор того или иного армирующего наполнителяопределяется ценой, составом и технологическими требованиями, предъявляемыми ксвойствам армированных пластиков[2,4].

/>/>1.2. Самосмазывающие материалы на основе сшивающихсясвязующих

Для изготовленияподшипников скольжения тяжелонагруженных и высокоскоростных узлов трениянаиболее используемыми являются сшивающие полимерные связующие –фенолформальдегидные, эпоксидные и другие смолы. Среди них особо интересныфенолформальдегидные смолы, имеющие развитую сырьевую базу, обладающие высокимиудельными физико-механическими характеристиками. На основе этого связующегосоздана группа композиционных материалов и покрытий антифрикционногоназначения, нашедших широкое применение в машиностроении[9].

В качествефункциональных добавок, улучшающих износостойкость и снижающих коэффициенттрения, в фенолформальдегидные смолы вводят графит, дисульфид молибдена,фторопласт-4, порошки металлов и оксидов, образующие на поверхностях тренияустойчивую пленку переноса. Эффективным методом повышения фрикционныххарактеристик для композиций такого типа является реализация термоактивационногоэффекта. Суть эффекта заключается в образовании в зоне трения многокомпонентнойпленки, состоящей из сухой смазки и металлополимера, который генерируетсянепосредственно в процессе трения, благодаря разложению под действием локальныхтемператур введенной в состав композиции металлосодержащей соли. Расширениянагрузочно-скоростного диапазона реализации термоактивационного эффекта удаетсядостичь при использовании специальных методов обработки рабочей поверхностиметаллического вала. Так, фосфатирование вала из стали 45 в течение 3-15 минпозволяет снизить нагрузочно-скоростные режимы трения, обуславливающиеобразование металлополимерной антифрикционной пленки, при одновременномснижении коэффициента трения. Образование фосфатного слоя на поверхности валаспособствует закреплению частиц смазочных компонентов, содержащихся в материалеподшипника, увеличивает время нахождения их в зоне трения и тем самымобеспечивает стабильную работу узла трения.

Все большеераспространение в машиностроении получают композиционные материалы на базесшивающихся связующих холодного отверждения. Преимущества таких материалов:высокая технологичность изготовления и переработки, возможность использования вполевых и ремонтных условиях способствует их широкому применению. Среди такихкомпозитов в настоящее время наиболее известны материалы на основе эпоксидныхсмол и их различных модификаций.

В последние годывнимание привлекают ненасыщенные полиэфирные смолы. Данные связующие имеютболее низкую стоимость по сравнению с эпоксидными, высокие эксплуатационныепоказатели. Существенным недостатками полиэфирных смол являются низкая ударнаявязкость, высокие усадка и коэффициент трения. Традиционные сухие смазки необеспечивают значительного улучшения фрикционных характеристик полиэфирныхсмол. Наибольший эффект снижения коэффициента трения достигнут при введениикомпонентов, формирующих в зоне трения разделительные слои, например,легкоплавких полиолефинов. Под действием температур в зоне фрикционногоконтакта на поверхности полимерного подшипника формируется пленка расплаваполиолефина, которая снижает адгезионное взаимодействие полиэфирного связующегос металлической поверхностью.

Одним из главныхдостоинств полиэфирных связующих по сравнению с материалами аналогичного классаявляется возможность регулирования времени нахождения в частично сшитом(резиноподобном) состоянии. Композиционный материал, находящийся врезиноподобном состоянии, может быть легко трансформирован в изделия сложнойконфигурации без использования сложной технологической оснастки. Достаточнаядлительность резиноподобного состояния – от десятков минут до нескольких часов– позволяет формировать крупногабаритные изделия с большой массой. Используяэтот эффект, можно формировать многослойные изделия, каждый слой которыхобладает специфическими свойствами. Особый интерес это качество разработанныхкомпозиций приобретает при изготовлении крупногабаритных подшипниковскольжения.

Разработанытехнологическая оснастка и технологический регламент, позволяющие применятькомпозиционные материалы на основе ненасыщенных полиэфирных смол при ремонте ивосстановлении техники в полевых условиях.

Для узлов тренияс повышенными требованиями по надежности и долговечности разработан материалХтиболон. Композиция включает термореактивное связующее (эпоксидное,фенолформальдегидное, фурановое или их смеси) и армирующий наполнитель в видеоднонаправленных или хаотически расположенных углеродных волокон или углеродныхтканей. Дополнительно в состав введены твердые смазки, порошки полимеров,металлов, базальтовые, стеклянные, металлические волокна или ткани[3,8].

/>/>1.3. Выбор типа сшивающегося связующего для изготовленияматериала.

При разработкесостава сшивающегося связующего на основе полиэфирных смол необходимо исходитьиз следующих критериев:

1. Связующее должно иметь высокую жизнеспособность при введеннойотверждающей системе;

2. Связующее должно обладать оптимальной вязкостью для обеспеченияхорошего заполнения литьевой формы.

3. Реакционная способность смолы не должна превышать оптимальногозначения, с целью минимизации температуры саморазогрева в процессе отверждения.

Для управлениятехнологическими характеристиками связующего на основе полиэфирных смолиспользуют различные приемы. В состав связующего вводят добавки, позволяющиеизменять вязкость системы в зависимости от механического воздействия. Вкачестве таких добавок применяют оксид кремния, бентонит, замещенные мочевины,сополимеры винилхлорида, винилацетата и т.п.

Кроме такихдобавок в состав связующего вводят загущающие добавки-оксиды, гидроксиды и солидвухвалентных металлов. Процесс загущения имеет три стадии: стадию низкогозагущающего эффекта, стадию резкого возрастания вязкости и стадию стабильнойвязкости.

По скоростинарастания вязкости при загущении можно выделить ряд: MgO>Ca(OH)>CaO>Mg(OH), а по предельной вязкости ряд:MgO>CaO>Ca(OH)>Mg(OH).Положение загустителей в ряду определяется маркой смолы.

На процессхимического загущения сшивающегося на основе полиэфирных смол оказываетсущественное влияние ряд факторов: количество загущающей добавки, дисперсность,присутствие активаторов, ингибиторов или регуляторов структурирования, строенияненасыщенного полиэфира, содержание карбоксильных групп, равномерностьраспределения добавки в объеме.

Одним из основныхкритериев выбора связующего является его жизнеспособность, т.е.продолжительность пребывания смолы в вязкотекучем состоянии после введенияинициирующей системы. Момент перехода композиций в текучее (желеобразное)состояние называется желатинизацией илигелеобразованием. Периодс момента введения инициирующей системы до гелеобразования называется временемгелеобразования.

Времягелеобразования зависит от природы и концентрации компонентов отверждающейсистемы, объема (массы) приготовленного связующего, природы и концентрацииингибиторов, природы и количества наполнителя, воздействия тепловых иэлектрических полей, излучений, вибраций и т.п. После гелеобразованияначинается стадия структурирования, в течение которой композиция имеет частичносшитую структуру, обеспечивающую высокую деформативность. Такое состояниекомпозиции называют резиноподобным, а время его достижения – временемрезиноподобного состояния.

Управляяпараметрами желатинезации и резиноподобного состояния, удается регулироватьтехнологические и прочностные характеристики композиций.

Скорость сшивкисмолы зависит от оптимального состава перекиси, ее количества и температуры.

Для отверждениясмолы используют 0,5-3% инициатора или смеси инициаторов.

Наибольшееприменение в практике получили инициирующие системы отверждения, содержащиеперекисный инициатор и ускоритель, в качестве которого используют стирольныерастворы нафтената кобальта, растворы диметиланилина в стироле и т.п.

Длядвухкомпонентных отверждающих систем существует область температур переработки,при которых возможно достижение оптимальных характеристик сшитых связующих.Например, для системы перекись бензола + диметиланилин она составляет 15-30 с,для системы перекись метилэтилкетона + нафтенат кобальта – 20-40 с,гидроперекись трет-бутила + нафтенат кобальта – 60-70 с.

Повышениесодержания ионов металла (кобальта) в нафтенате приводит к увеличению егоактивности.

В составотверждающей системы и композиции вводят соускорители, которые обеспечиваютвысокую скорость отверждения даже при отрицательных температурах.

Увеличениескорости отверждения можно достичь при введении в состав связующего солейаммония органических кислот, ацетилацетонов металлов V,Al, Mo, Mn,Fe, Cr, галогенных солей меди ит.п.

При переработкесшивающихся смол необходимо регулировать скорость отверждения, снижая ее как настадии гелеобразования с целью повышения технологической жизнеспособности, таки на стадии резиноподобного состояния с целью снижения экзотермического эффектаотверждения. Поэтому в состав отверждающей системы вводят замедлителиотверждения. В качестве ингибиторов используют воду, спирты и т.п.

В идеальномслучае ингибитор обеспечивает длительное хранение растворов полиэфиров вмономерах и необходимую скорость их гелеобразования, но не должен замедлятьотверждение и отрицательно влиять на свойства отвержденных продуктов.

Эффективнойинициирующей системой, увеличивающей время резиноподобного состояния до 60мин., является комбинация перекисного и гидроперекисного инициатора, ускорителяс гидрохиноном и дифенилпропаном. Композиции с длительным резиноподобнымсостоянием (в течение нескольких суток) получают, используя в составеинициирующей системы производные ферроценов.

Существеннойпроблемой является повышение физико-механических и эксплуатационных свойствполиэфирных связующих. В чистом виде связующие на основе полиэфирных смолприменяются крайне редко. В состав связующих для повышения служебныххарактеристик вводят функциональные ингредиенты, которые снижают коэффициенттрения, уменьшают износ, повышают прочность, теплостойкость, ударную вязкость ит.п.

Спецификакомпозиций на основе полиэфирных смол состоит в необходимости путем введениянаполнителей и модификаторов одновременного управления технологическими иэксплуатационными характеристиками, например, технологической живучестью,временем резиноподобного состояния, прочностью, теплостойкостью.

Важнейшимнедостатком связующего на основе полиэфирных смол является нестабильностьтехнологических характеристик и, прежде всего, усадки, которая достигает 6-9%.Усадка связующего главным образом связана с количеством прореагировавшихдвойных связей насыщенного полиэфира и мономера.

Вклад стирола вусадку достигает 17%, ненасыщенного полиэфира – 3%. В общую усадку большойвклад вносит и термоусадка в процессе охлаждения. Традиционное регулированиеусадки путем введения наполнителей для композиций на основе полиэфирных смолмалоэффективно.

Для сниженияусадки большой эффект дают дисперсные полимеры: полиэтилен, полистирол,полиметилметакрилат. Все наполнители в малоусадочных композициях делят на 4класса:

n   нерастворимые при комнатной температуре в стироле, но набухающиев нем в условиях формования;

n   образующие диспергированную фазу в виде эмульсии;

n   содержащие кроме термопласта и олигомера ненасыщенный полиэфир;

n   полностью растворяющиеся в смоле.

Для сниженияусадки в состав связующих на основе полиэфирных смол вводят эластомеры,полиэтилен, полипропилен, стеарат цинка, перманганат калия и окись алюминия,мел в сочетании с полистиролом и поливинилацетатом.

Эффективным методом снижения усадкиявляется одновременное введение дисперсного полиэтилена и кремнийорганическихжидкостей. Для повышения износостойкости композиции на основе полиэфирных смолприменяют различные наполнители и модификаторы: графит, дисульфид молибдена,фторопласт-4, порошки металлов и их оксидов. Однако традиционные наполнителиснижают коэффициент трения и повышают износостойкость материала только прибольших степенях наполнения (20-40 масс%), что существенно снижает ихтехнологические и прочностные характеристики. Более эффективным приемомоказывается введение в состав композиций легкоплавкого полимера в сочетании ссухой смазкой и смазочным маслом.

Хороший эффект достигается привведении в сшивающее на основе полиэфирных смол марки ПН-1 стеклоткани ижелезного порошка. Для повышения износостойкости в сшивающее рекомендовановводить полипропиленовые и полиамидные волокна. Материал с хорошейизносостойкостью получают при модифицировании смолы карбонатом кальция,стекловолокном и политетрафторэтиленом. Износостойкость связующих повышаетволокно из поливинилового спирта.

Абразивостойкие материалы получаютпри наполнении связующего на основе полиэфирных смол порошкообразнымполиэтиленом и стекловолокнистым наполнителем [1,21,22].

Выводы:

1.                  Наиболее эффективным связующим для разработки абразивосодержащегоматериала являются ненасыщенные полиэфирные смолы.

2.                  Технологические преимущества ненасыщенных полиэфирных смол по сравнениюс другими видами сшивающихся связующих заключаются в следующем:

n   возможность регулирования технологической живучести:

n   возможность формования изделий методом свободной заливки;

n   возможность создания композиций с малой регулируемой усадкой.

3.                    Эксплуатационные преимущества ненасыщенных полиэфирных смолзаключается в следующем:

n   возможность управления прочностными и триботехническимисвойствами в широких пределах;

n   возможность изготовления изделий сложной геометрической формы ибольших размеров.

4.                  При создании композиционного материала для обработки металлическихповерхностей необходимо:

n   подобрать отверждающую систему для регулирования временигелеобразования и резиноподобного состояния;

n   подобрать абразивный наполнитель с максимальной способностьюабразивного действия по отношению к металлам;

n   разработать состав со стабильным и низким значением усадки.

/>1.4. Уникальностькремня/>1.4.1. Непознанныйкремень

Много лет и немало совместныхусилий понадобится ученым разных направлений науки для познания кремня – камня,который своими уникальными свойствами положил начало человеческой цивилизации.Не одно тысячелетие длился каменный век, на всем протяжении его кременьоставался непревзойденным материалом для изготовления орудий труда,наконечников для копий и стрел и т.п. Более поздние цивилизации продолжалииспользовать кремень для производства глазурей, силикатных эмалей, шлифовальныхпорошков и др. Более четырех столетий кремень исправно служил для поджигапороховых зарядов в пушках и ружьях. Кремневые жернова для помола зернапозволяли получать муку с отменными выпечными и вкусовыми свойствами[16].

В конце 70-х годов XX столетия А.Д.Малярчиков обнаружил, что при естественномвоздухообмене, температуре окружающей среды выше +40С, вода приконтакте с кремнем приобретает неожиданные свойства и может сохранять ихнеопределенно долгое время (с кремнем или без него) в закрытом сосуде. Крометого, при тех же условиях в течение нескольких суток биологически заселеннаявода восстанавливает свои питьевые свойства.

/>1.4.2. Взаимодействиекремня с водой и обнаруженные при этом эффекты

11 Июня 1984 года в сосуд со свежейводопроводной водой был помещен кусочек кремня. Одновременно другой сосуднаполнялся такой же водопроводной водой (контрольной). Сосуды хранились в однойи той же комнате, но были оптически изолированы друг от друга.

Спустя 9 лет после началаэксперимента проведено сравнение качества активированной кремнем воды (АКВ)и контрольной. АКВ продолжает оставаться исключительно прозрачной, не цветет,не имеет запаха, сосуд чистый. Контрольная вода зацвела, протухла, а стенкисосуда покрылись большим количеством водорослей. С помощью универсальнойиндикаторной бумаги определена кислотность АКВ и контрольной воды. Разницыобнаружено не было, в обоих случаях рН=7.

Научный и практический интереспредставляет исследование поведения АКВ в капиллярных системах, в качествекоторых выбирались образцы в форме цилиндра высотой 20 мм, изготовленные изодного и того же корня дерева и высушенные в комнатных условиях в течениие8лет. Пропитывающими жидкостями служили дистиллированная вода, активированнаякремнем вода в течение 5 месяцев, и контрольная вода (дистиллированнаянеактивированная).

Установлено значительное (в 1,5 –2,5 раза) увеличение скорости подъема АКВ по сравнению с неактивированнойводой. Первый стример на поверхности образца появился через 4 мин после началапропитки кремневой водой и только через 10 мин после начала пропиткиконтрольной водой. Массовое появление стримеров наблюдалось через 7 мин посленачала пропитки АКВ и только через 17 мин после начала пропитки контрольнойводой, при этом величина электрического сигнала АКВ после его стабилизации в1,2 раза превышала аналогичный сигнал контрольной воды.

Проведено сравнение величинкоэффициента поверхностного натяжения и косинуса угла смачивания АКВ иконтрольной воды.

Найдено, что произведение величиныкоэффициента поверхностного натяжения на косинус угла смачивания для АКВ иконтрольной воды соответственно составляет 0,11 и 0,05 Н/м, т.е. измеренныевеличины отличаются тоже примерно в два раза. Следовательно, эффект подъемаактивированной кремнем воды можно объяснить влиянием кремня накапиллярно-поверхностные свойства воды.

/>1.4.3.Физико-химические и иные свойства кремня

В составе кремней обнаруженосодержание около 20 химических элементов (магния, кальция, фосфора, стронция,железа, марганца, меди, цинка, кобальта, никеля, хрома, свинца, алюминия, бора,кадмия, молибдена, титана, кремния, олова, бария) в концентратах экстрактовкремней черного серого и красного, в их настоях на дистиллированной иводопроводной воде.

Кремень красный отличается отдругих исследованных минеральных образований тем, что в его составе в заметномколичестве присутствуют органические ненасыщенные соединения, имеющиехарактерное флюорисцентное свечение.

Концентрации практически всехосновных примесей в кремнях различного возраста и окраски весьма близки, вместес тем, в зависимости от возраста различаются по содержанию кальция, калия,алюминия и железа. Примесей тяжелых элементов в кремниях различного возраста,цвета, из различных месторождений обнаружено не было.

Зарегистрирован эффект уменьшенияисходного количества бария и кальция в водопроводной воде при ее активированиикремнями отмеченных разновидностей в ряде случаев более чем на 200%.

Исследованы возможностистабилизации (продления сроков годности) широко применяемых в медицинскойпрактике препаратов группы биогенных стимуляторов путем их приготовления наактивированной кремнями воде. Обнаружено заметное стабилизирующее действиеактивированной кремнями воды на состав препарата “Экстракт алоэ”.

/>1.4.4. Исследованиетермической стабильности кремня методами термогравиметрии и ДТА-анализа

Метод термического анализа основанна регистрации изменения массы образца в зависимости от температуры.Экспериментально полученная кривая зависимости изменения массы от температурыхарактеризует термостабильность и состав исследуемого образца[23,27].

Для определения температурнойстабильности кремня были приготовлены три пробы образцов с размерами частиц3,0-3,5 мм; 1,0-2,0 мм и <1,0 ммсоответственно. Нагрев образцов производился по программе со скоростью 50С/минв интервале температур 20 – 800 0С. В процессе экспериментарегистрировались три кривые: изменения температуры (Т), массы (ТG) и теплового потока. По экспериментальным данным рассчитывались скорость изменения массы и изменения энтальпии.

ДТА-исследования кремня показали,что физических превращений или химических реакций, связанных с изменениемэнтальпии, которые сопровождаются заметным поглощением или выделением тепла, висследуемом интервале температур не наблюдается. Впрочем, это можно объяснить исильным размытием процесса разложения фракций в кремне.

Результаты термического анализаприведены в таблице №1.

Таблица№1

Температура, 0С

Потери массы (TG), % 3,0 – 3,5 мм 1,2 – 2,0 мм <1,0 мм 140 0,000 -0,174 -0,050 190 0,000 -0,141 -0,012 234 0,000 -0,113 0,000 280 0,000 -0,113 0,000 322 -0,019 -0,084 0,000 365 -0,060 -0,100 0,034 407 -0,171 -0,194 0,166 450 -0,284 -0,340 0,316 490 -0,382 -0,460 0,446 534 -0,483 -0,562 0,562 574 -0,502 -0,645 0,624 616 -0,537 -0,641 0,647 660 -0,521 -0,694 0,660 700 -0,531 -0,709 0,744 741 -0,548 0,710 0,745 800 -0,607 -0,720 0,746

Анализ данных потерь массыисследуемых проб показывает, что потери массы лежат в пределах 0,6 – 0,8 %, приэтом, чем меньше размеры частиц, тем больше для заданной температуры потерямассы, что связано с большей поверхностью частиц.

Заметная потеря массы в образценаблюдается, начиная от 3000С. Интервал разложения составляет около300 0С. Это связано не с широким диапазоном разложения каких-тофракций, находящихся в кремне, а, скорее всего с медленными диффузионнымипроцессами, которые определяют выход летучих фракций из глубины частичеккремня.

/>1.4.5. Применениеактивированной кремнем воды в медицинской практике

О неожиданных свойствах кремня,судя по всему, в Беларуси знали с древнейших времен. Быть может, стихийнопользовались люди и водой, соприкасавшейся с кремнем. М.М.Синявский послеприменения АКВ в качестве мочегонного средства, стал применять ее для лечениягипертонической болезни. Использовал новогрудский кремень черного цвета:настаивал при нормальных условиях в течение трех суток в стеклянной банке,прикрытой марлей. Для каждого конкретного человека прием АКВ зависит отпотребности в питье. В среднем Синявский рекомендует четверть стакана послееды. Применение АКВ позволило ему излечить сотни больных, страдавшихгипертонической болезнью. В последние годы АКВ применялась М.М.Синявским длялечения трофических язв, ожогов, желче- и мочекаменной болезни, воспалительныхпроцессов мочеполовой системы и т.д.

Гнойное отделяемое из трофическихязв обычно содержит обильную кокковую флору. Многолетние трофические язвы созловонием содержат палочку сине-зеленого гноя. При перевязке (утром и вечером)такая язвенная поверхность покрывается стерильной марлевой салфеткой, обильносмоченной АКВ. При подсыхании (между перевязками) салфетка дополнительносмачивается АКВ. Наблюдения показали, что через 2-3 суток зловоние исчезает, иязвенная поверхность очищается от некротических тканей, палочка сине-зеленогогноя также исчезает. При этом резко уменьшается кокковая флора, и быстропоявляются розовые грануляции, которые постепенно заполняют раневой дефект споследующим заживлением язвы.

Синявским установлено, что напятый-шестой день после приема АКВ (6-8 раз в сутки) у больных с многолетнимитрофическими язвами нижних конечностей увеличивается количество Т-   иВ-лимфоцитов. А это говорит о способности АКВ восстанавливать утраченный илиослабленный иммунитет. Кроме этого, АКВ снижает холестерин крови, особенно приожирении.

Можно рекомендовать активированнуюкремнем воду как средство после бритья, для предотвращения морщин, заживленияран и т.п. Мытье головы АКВ укрепляет волосяные сумки, а также способствуетотрастанию волос.

По глубокому убеждениюМ.М.Синявского, АКВ препятствует развитию аденомы и импотенции у мужчин, атакже предупреждает бесплодие у женщин.

При наружных воспалительныхпроцессах АКВ рекомендуется в виде примочек, компрессов, смоченных тампонов(наружный слуховой проход, прямая кишка, влагалище).

Рекомендуется также АКВ дляполоскания полости рта, слизистой носа, орошения гортани. Она снимаетвоспалительные процессы, укрепляет ткани и кровеносные сосуды.

Поскольку АКВ удовлетворяет всемтребованиям ГОСТа на питьевую воду, а также обладает разностороннимилечебно-оздоровительными действиями, целесообразно ее применение в лечебныхучреждениях.

/>Глава II. Методы исследования/>2.1. Метод термическогоанализа

Термоаналитическиеметоды служат для исследования физических и химических превращений в веществахили системах, протекающих под действием тепла.

Химические илифизические процессы, изменение состояния вещества или фазы (плавление,кристаллизация, испарение, горение и т.д.) сопровождается изменениемвнутреннего теплосодержания системы. Процессы, протекающие с выделением тепла,называются экзотермическими, а с поглощением тепла- эндотермическими. Физико-химическиепроцессы часто сопровождаются изменением массы, которое может быть определено спомощью термогравиметрического метода.[13]

Сущность методадифференциально-термического анализа (ДТА) заключается в измерении микротоковтермопары, помещенной в пробирку, которая нагревает с определенной скоростью.

Термогравиметрия(TG) основана на методе непрерывного взвешиванияисследуемого вещества в процессе изменения температуры.

Методдифференциальной термогравиметрии (ДТG) основан наизмерении скорости изменения массы навески исследуемого вещества при даннойтемпературе.

Совмещениеметодов ДТА, ТG, ДТG позволяетопределить направление и величину изменения теплового эффекта реакции(энтальпии), протекающей в веществе под действием температуры, определить характерструктурных и фазовых превращений в веществе, определить изменение массывещества в зависимости от температуры, а также температуры превращений ввеществе. Все перечисленные методы совмещены в дериватографе Q-1500.

Принципдействия дериватографа Q-1500:

Дериватограф- комплексное термоаналитическое устройство. Дериватограф  Q-1500 позволяетпроизводить измерение температуры (Т), изменение веса (ТG), скорости изменениявеса (ДТG) и изменение содержания теплоты (ДТА) исследуемого вещества взависимости от времени в диапазоне температур от 20 до 1500 С в обычном режимеэксплуатации и до 1000 С для квазиизометрических и изобарных исследований.

В некоторыхслучаях состав окружающей среды оказывает решающее влияние на кинетикуразложения вещества. Поэтому важно установить, какое влияние на процессразложения оказывает собственная газовая атмосфера, образующаяся при распаде.Для этого процесс разложения вещества проводят в специальном лабиринтном тигле,который препятствует удалению газообразных продуктов, однако сохраняетпрактически 100% среду продуктов распада. такой режим проведения экспериментаназывается квазиизобарныим.

Приквазиизотермическом режиме работы в начальной стадии эксперимента температураобразца растет с большой скоростью (2-5 С/мин), а затем, начиная с моментараспада вещества, поддерживается такая температура, при которой разложениепроисходит с постоянной, очень малой скоростью.

Прибор Q-1500 состоит из пяти основных блоков:

-блок термовесов;

-сдвоенная печь с рамой;

-шестиканальный регистр с рамой;

-тиристорный блок управлениярегулировки программ;

-тиристорного блока питаниярегулирования программ.

    Одной из сложных задач кинетикихимических процессов является расчет энергии активации, то есть определениеизбыточного количества энергии, которым должна обладать молекула в моментстолкновения, чтобы началась химическая реакция.

Для расчетаэнергии активации реакции используют методы ДТА, ТG, ДТG.

Энергияактивации по кривой ДТА может быть рассчитана из уравнения:

LnΔt = c – E/(RT) ;                         (1)

где Δt — изменение температуры, соответствующее глубине пикаДТА при заданной температуре выраженного в мм;

Е — энергия активации кДж/моль, то есть энергия которую нужно сообщитьмолекуле, чтобы она вступила в реакцию;

R — универсальная газовая постоянная Дж/мольК;

с — константа.

По кривой ТG-анализа энергию активации расчитывают:

Lnm-2LnT=А-Е/RT;                         (2)

где m — уменьшение массы вещества, определяется по ТG-кривой, в% или мг;

А-постоянная величина.

Исходя из кривойДТG-анализа энергию можно вычислить из уравнения:

cV=B-E/RT;                                      (3)

где V — скорость уменьшения массы вещества, мг/мин или мг/ С;

В — константа;

/> <td/> />
Т — абсолютная температура, К.

  Рис.1. Принципиальная схема дериватографа Q-1500

1-   керамическаятрубка;

2-   держательпроб;

3-   печь;

4-   включатель;

5,10,12-усилители;

6-   электромагнит;

7-   катушка;

8-   весы;

9-   дифференциальныйпреобразователь сигнала;

11-  регестрирующееустройство.

/>2.2.Определениекоэффициента трения и удельного износа

Опыты проводились на трибометреПД-1А.

Он предназначен для испытанияразличных материалов (металлов, сплавов, жестких полимеров и керамики) натрение и износ.

Принцип действия устройствазаключается в истирании пары трения, состоящей из неподвижного цилиндрическогообразца – пальца, прижимаемого торцевой поверхностью к плоскости вращающегосядиска.

Устройство трибометра.

Структурная схема трибометрасодержит испытательный блок и пульт управления, обеспечивающие возможностьоценки фрикционных свойств блочных образцов и покрытий в широком диапазоненагрузок и скоростей.

Испытательный блок включает в себяследующие функциональные узлы:

1. Держатели образцов;

2. Блок датчиков измерения характеристик и параметров трения;

3. Привод вращения нижнего образца;

4. Механизм нагружения образцов.

Указанные узлы монтируются на общейстанине. Конструкция испытательного блока обеспечивает надежную виброизоляциюмашины при работе в условиях интенсивных динамических нагрузок.

Испытательный блок электрическисвязан с пультом управления, содержащим :

1. Блок управления скоростью вращения двигателя.

2. Измеритель числа оборотов и скорости вращения вала.

3. Систему измерения силы трения.

4. Систему измерения линейного износа.

5. Аналого-цифровой преобразователь.

6. Блок защиты от перегрузок.

/>2.3. Атомно-силоваямикроскопия (АСМ)

Метод АСМ применяется для измерения топографииповерхности твердых тел в нанометровом диапазоне и анализа особенностей еестроения.

Изображениеповерхности в АСМ получают при помощи сканирования образца в горизонтальнойплоскости с использованием иглы с радиусом кривизны острия порядкадесятков-сотен нанометров, укрепленной на консоли (колеблющейся) с известнойжесткостью. При сканировании измеряется отклонение (сдвиг резонансной частотыколебаний) консоли под действием сил между иглой и поверхностью. Таким образом,при регистрации сил взаимодействия (градиента сил) проводят картографированиеповерхности.[15]

Аналитическийузел сканирования АСМ представляет собой открытую конструкцию для работы навоздухе с хорошим доступом при установке образца и смене сканирующего зонда.Обзор места подвода острия зонда к исследуемой поверхности может обеспечиватьсяиспользованием длиннофокусного оптического микроскопа.

Аналитическийзонд АСМ представляет собой ‘Г’-образную консольно закрепленную балку с острием(радиус закругления –0,1мкм) на свободном конце, изготовленную из вольфрамовойпроволоки методом электро-химического травления и полирования. Вторым, болеедлинным концом, бапка связана с биморфным пьезокерамическим элементом (БД),который при подаче осциллирующих напряжений от генератора частот (ГЧ) приводитее в колебания  с собственной частотой (30-100кГц). При приближении зонда кповерхности образца (О) на расстояние порядка нескольких нанометров, амплитудаколебаний балки изменяется под влиянием молекулярных сил (отталкивания)возникающих между острием и поверхностью образца.

/>
Рис.2.  Принципиальная схема АСМ

З- зонд;

БМ- биморфный элемент;

ГЧ- генератор частот;

О- образец;

ЛИ- люминисцентный источник;

ОВ- оптическое волокно;

БЭ- блок электроники;

ПК- персональный компьютер;

ПД1,2,3,4- пьезоэлементы двигателя.

Изменениеамплитуды колебаний зонда детектируется оптической системой, в которой пучоксвета от ЛИ проходя по ОВ, отражается, во-первых, от его скола на краю волокнаподведенном с помощью регулируемого кронштейна на расстояние 10мкм к ΄пятке’ зонда и, во-вторых, от полированного участка наповерхности балки. Разность отраженных оптических сигналов регистрируется иобрабатывается блоком электроники (БЭ). По изменениям разницы сигналов судят обизменении амплитуды колебаний зонда и, следовательно, об изменении расстояниямежду сканирующим острием и исследуемой поверхностью. С помощью системыобратной связи на базе управляющего компьютера (ПК) и блока электроники (БЭ)подаются соответствующие управляющие напряжения на Z-участок,пьезоэлементы двигателя (ПД). ПД, удлиняясь или укорачиваясь, совершаютперемещение острия (или образца) вдоль оси Z и темсамым поддерживают постоянным расстояние между острием зонда и поверхностьюобразца во время сканирования.

Системы детектированияи перемещений обеспечивают чувствительность по оси Z0,1-0,2 нм, в плоскости ХОУ- разрешение до 5-10 нм.

Сканированиеострия зонда над измеряемой поверхностью осуществляется пьезодержателем ПД1.Для этого соответствующие квантовые напряжения на ХУ-участки трубчатогоэлемента подают, что приводит к их изгибу относительно осей ОХ и ОУ и,следовательно, к сканированию в плоскости ХОУ. В зависимости от состояниясистемы цифровой процессор управляет положением зонда. Компьютер реализуетрастровую разветку пьезодвигателя. В заданных узлах растровой сеткипроизводятся измерения положений. Данные накапливаются в ОЗУ компьтера. 

Сканирование.

Подготовленныйдля исследований на САМ образец закрепляют на платформе держателя ваналитическом узле таким образом, что предполагаемый участок сканированиярасполагается под острием зонда. Платформа устанавливается на направляющие.После чего, осуществляется подвод образца, выбор режима и производитсясканирование.

Обработка данных.

В результатеэкспериментальных исследований были получены САМ-изображения, обработкапроизводится на компьютере с использованием оригинальных программ.

Первичнаяобработка включает вычисление общей плоскости наклона изображения и фильтрациюшумовых компонентов. Затем методом многократной повторной фильтрации находятдлинноволновые составляющие рельефа.

Для полученныхизображений производится статистический анализ высот топографии, углов наклонарельефа и ориентационных углов. Кроме того, выполняются профильные сочетанияизображений, которые затем обрабатываются по специальной программе дляопределения параметров шероховатости.

/>2.4. Определениеударной вязкости

Ударная вязкость в данной работеопределялась на маятниковом копре RM-201.Маятниковыйкопер предназначен для испытания пластмасс на сопротивление изгибу при ударе,на  их долговечность и вязкость.

Маятниковый копер работает попринципу Шарпи. Маятник качается на оси, вращающийся в подшипниках,закрепленных на вилкообразной чугунной стойке. В нижней части стойки имеютсяопоры для закрепления образца. Расстояние между опорами можно регулироватьсоответственно размерам образца. На полукруглой шкале, расположенной центричнос осью маятника, имеются два деления в соответствии с работой удара разныхмаятников. В поднятом положении маятник фиксируют собачкой. Вытянув собачку иосвободив этим маятник, накопившаяся в нем кинетическая энергия освобождается имаятник в своем самом нижнем положении ударяет на установленный на опорахобразец и ломает его. Часть энергии израсходуется на разрушение образца;оставшаяся в маятнике кинетическая энергия заставляет маятник взлетать впротивоположную сторону. Выходящий за пределы самого нижнего положения маятник,сломав образец при помощи ручки, насаженной на его ось, перемещает из своегоисходного положения фрикционную стрелку, которая показывает величину взлетамаятника. Шкала отградуирована с таким расчетом, что позволяет непосредственныйотсчет энергии, израсходованной на излом.

/>2.5.Рентгеноструктурный анализ

Рентгеновскиедифрактометры- приборы, использующие ионизационные или инсциляторные методырегистрации дифракционных максимумов.[14]

Современныйдифрактометр является сложной установкой, в которой осуществляется фокусировкарентгеновских лучей, отраженных от образца, и измеряется интенсивность дифракционныхмаксимумов с помощью счетчиков. Установка снабжена электронной и интегрирующейсхемами и автоматической записью кривых интенсивностей.

В СНГ серийновыпускаются дифрактометры семейства ДРОН (дифрактометр рентгеновский общегоназначения) в основе которых используется одна и та же схема фокусировкирентгеновских лучей, названная в честь авторов — фокусировка поБрэггу-Брентано.

Дифракционнаякартина регистрируется последовательно по мере вращения образца и счетчика.Поэтому необходимо, чтобы интенсивность излучения рентгеновской трубки былапостоянной, а геометрическая съемка должна быть фокусирующей при сравнительнобольших размерах образца.

Дифрактометрысемейства ДРОН состоят из источника высокого напряжения, на котором обычнорасполагается оперативный стол с реализацией той или иной схемы фокусировки,которая включает рентгеновскую трубку, счетчик рентгеновских квантов. Вотдельных стойках (или стойке, в зависимости от модели) размещаются блокилинейного усилителя, дифференциального дискриминатора, пересчетного устройства,его секундомера, устройство вывода информации, дифропечатающего устройства,самопишущего прибора, которые обеспечивают функционирование и возможностьреализации той или иной задачи.

РТ-рентгеновская трубка,

Д- детектор,

РГ- регестрирующееустройство,

БФИ- блокформирования импульса,

ПС- пересчетнаясхема,

ИСПИ- измерительскорости подачи импульсов,

ЭПП- электронныйпишущий потенциометр,

ВУ-высоковольтное устройство,

/> <td/> />
О- образец.

 

     Рис.3Принципиальная схема дифрактометра   

 />/>Глава III. Исследованиеструктуры и свойств полимерных материалов, модифицированных кремнийсодержащимидобавками/>3.1. Результатырентгеноструктурного анализа/>3.1.1.Рентгеноструктурныйанализ кремня

Анализу подвергался кремний дотермообработки, после термообработки при 1000С, 2000С,3000С в течении одного часа.

Результаты расчета рентгенограммприведены в таблице №2. За основу составления этих таблиц приняты значениямежплоскостных расстояний, которые рассчитывались по формуле

d/n=l/2sinq         (4)

где     l -длинаволны рентгеновскогоизлучения, Å;

          q-угол скольжения,0.

Таблица№2   Результаты расчета рентгенограмм кремния

Реф-лекс

№

Кремень до

Термообработ-ки

После термо-обработки при 1000С

После термо-обработки при 2000С

После термо-обработки при 2000С

Θ0

d/n

ΔI

Θ 0

d/n

ΔI

Θ 0

d/n

ΔI

Θ 0

d/n

ΔI

1 10,5 4,23 0,20 10,4 4,27 0,21 10,4 4,27 0,22 10,4 4,27 0,23 2 12,0 3,71 0,05 3 13,4 3,32 1,00 13,3 3,35 1,00 13,4 3,32 1,00 13,4 3,32 1,00 4 13,8 3,23 0,11 5 16,7 2,68 0,03 6 18,3 2,45 0,22 18,3 2,45 0,19 18,2 2,47 0,14 18,3 2,45 0,13 7 19,8 2,27 0,34 19,7 2,29 0,26 19,7 2,29 0,24 19,8 2,27 0,25 8 20,2 2,23 0,12 20,1 2,24 0,10 20,1 2,24 0,07 20,2 2,23 0,10 9 21,3 2,12 0,26 21,3 2,12 0,16 21,2 2,13 0,15 21,3 2,12 0,17 10 22,9 1,98 0,13 22,9 1,99 0,13 22,9 1,98 0,12 23,0 1,97 0,16 11 23,7 1,92 0,03 12 24,3 1,87 0,04 13 25,1 1,82 0,46 25,1 1,82 0,42 25,1 1,82 0,41 25,1 1,82 0,48 14 27,5 1,67 0,16 27,4 1,67 0,14 27,4 1,67 0,13 27,5 1,67 0,13 15 28,8 1,60 0,03 16 30,1 1,54 0,36 30,0 1,54 0,27 30,0 1,54 0,24 30,0 1,54 0,24 17 32,1 1,45 0,10 32,0 1,45 0,08 32,1 1,45 0,07 32,0 1,45 0,06 18 32,8 1,42 0,04 19 34,1 1,37 0,47 34,1 1,37 0,42 34,1 1,37 0,33 34,0 1,38 0,43 20 36,9 1,28 0,13 36,8 1,29 0,08 36,8 1,29 0,09 36,8 1,29 0,08 21 37,9 1,25 0,15 37,8 1,26 0,12 37,9 1,25 0,08 37,9 1,25 0,10 22 38,9 1,23 0,07 38,8 1,23 0,05 38,8 1,23 0,04 38,8 1,23 0,06 23 38,9 1,23 0,07 24 39,7 1,21 0,06 25 40,0 1,20 0,15 40,0 1,20 0,12 40,0 1,20 0,10 40,0 1,20 0,11 26 40,7 1,18 0,20 40,6 1,18 0,13 40,7 1,18 0,13 40,8 1,18 0,13 27 41,9 1,15 0,08 41,8 1,16 0,10 42,0 1,15 0,04 42,0 1,15 0,05 28 45,5 1,08 0,08 45,5 1,08 0,10 45,4 1,08 0,06 45,5 1,08 0,06 29 47,5 1,05 0,08 47,4 1,05 0,10 47,4 1,05 0,04 47,5 1,05 0,05 30 48,2 1,03 0,08 48,3 1,03 0,04 48,2 1,03 0,04 48,1 1,04 0,04 31 49,4 1,01 0,05 49,4 1,01 0,03 49,3 1,02 0,03 49,3 1,02 0,02 32 51,3 0,99 0,06 51,2 0,99 0,05 51,3 0,99 0,04 51,3 0,99 0,04 33 52,1 0,98 0,04 0,04 34 53,3 0,96 0,06 53,2 0,96 0,04 53,3 0,96 0,06 53,3 0,96 0,04 35 57,3 0,92 0,08 57,3 0,92 0,07 57,2 0,92 57,4 0,91 0,06 36 59,2 0,90 0,06 59,2 0,90 0,04

Из таблицы видно, что имеютсянекоторые изменения в структуре кремния после термообработки (ТО).

ТО при 1000С вызываетпоявление рефлекса при Q=120,Q=38,90, Q=39,70; исчезновение рефлексапри Q=16,70, Q=52,10, Q=59,20.

ТО при 2000С вызываетпоявление рефлекса при Q=13,80;исчезновение рефлекса при Q=16,70,Q=52,10, Q=59,20.

ТО при 3000С вызываетпоявление рефлекса при Q=23,70,Q=24,30, Q=28,80; исчезновение рефлексапри Q=16,70, Q=52,10.

/>3.1.2.Рентгеноструктурный анализ ПЭНД, модифицированного кремнием

Исследование процессовструктурообразования, происходящих в полиэтилене при введении модификатора(кремния) проводили также методом рентгеноструктурного анализа.

Результаты расчета рентгенограммприведены в таблице №3, рентгенограммы покаазаны на рис.№4

По таблице видно, что имеются изменения в структуреПЭ с различными концентрациями кремния. С увеличением процентного содержаниякремния увеличивается количество рефлексов.

Определение размеровкристаллических блоков в модифицированных полимерах проводились по формуле:

L=l/2DcosQ           (5)

гдеL– размер кристаллитов (Е);

      l-- длина волны (Е);

      D--полуширина пика (рад);

      Q--угол пика (0).

Для определения степеникристалличности использовалась формула:

w=Ic/(Ic+kIa)·100%            (6)

где w— степень кристалличности(%);

      Ic<sub/> --максимальнаяинтенсивность пика на рентгенограмме (мм);

      k –коэффициент, равный1,124[13,14].

Графики зависимостей степеникристалличности и размера кристаллитов от концентрации модификатора показаны нарисунках №5, №6.

/>

Рис.5.

Рис.6.

/>

Анализируя диаграммы, можносказать, что в области концентраций 0,1-1% имеются точки перегиба функции L(C%) и w(C%).По всей видимости, возможно в данной области происходят изменения в структуреполиэтилена, что должно отразится на механических свойствах исследуемыхполимеров

/>3.2. Стойкость полимерак термоокислению (по ДТА и ТG анализу)

Введение кремния в полиэтилен такжеоказывает влияние на термоокислительные и термостойкие свойства материала [15].

Это видно из таблицы №4 и рис.№7,№8.

Таблица №4

Зависимость температур термических процессов от концентрации кремния

 

ПЭ (чистый)

ПЭ +1%

кремния

ПЭ +5%

кремния

ПЭ +10%

кремния

ПЭ +20%

кремния

Температура начала плавления

900С

850С

950С

900С

900С

Температура max плавления

1300С

1200С

1300С

1200С

1200С

Температура окончания плавления

1600С

1600С

1500С

1550С

1700С

Температура начала окисления

1800С

1850С

1900С

1900С

2000С

Температура max окисления

2100С

2050С

2200С

2100С

2200С

Температура окончания окисления

2600С

2400С

2700С

2600С

2550С

Температура начала деструкции

2900С

3400С

3050С

3000С

3250С

Температура конца деструкции

4600С

4600С

4700С

4600С

4600С

/>Рис.7.

 3.3. Ударная вязкость полимера

Ударная вязкость образцовопределялась на маятниковом копре. Наибольшей ударной вязкостью, каквыяснилось, обладает полиэтилен с добавкой 1% кремния. Образцы для опытовприменялись прямоугольного профиля площадью 7´5мм2. Результаты опыта приведены на рис.№9

/>Рис.№9

/>3.4. Триботехническиехарактеристики

Триботехнические испытанияпроводились на трибометре ПД-! А. Как выяснилось из результатов исследования,наибольшим коэффициентом трения обладает образец с содержанием 3% кремния,наименьшим – с содержанием 0,1% и 0,5%[18,19,20].

Установлено также, что сувеличением скорости скольжения образцов увеличивается коэффициент трения иудельный износ.

Результаты исследований приведенына рис№10, №11.

Рис.10.

/>

Рис.11

/>

/>Глава IY. Технология изготовления триботехнических материалов наоснове полимеров/>/>4.1. Принципы создания композиционных материалов на основеполимеров

Эксплуатационная долговечностьмашин и механизмов в ряде случаев определяется надежностью работы узлов трения.Применение фрикционных деталей из цветных и специальных подшипниковых сплавовтребует выполнения ряда условий для их надежной работы – смазки, специальныхустройств, защищающих узлы трения от воздействия абразивных частиц,загрязнений, агрессивных сред, механических повреждений. Для малонагруженных инизкоскоростных узлов трения техники различного назначения использованиеподшипников скольжения из металлических сплавов конструктивно не обосновано иэкономически нецелесообразно. Современные композиционные материалы на основеполимеров позволяют решить задачу повышения эксплуатационного ресурса инадежности машин, обеспечив при этом значительные материальные выгоды иэкономический эффект.

Полимерные материалы в чистом виденашли ограниченное применение при изготовлении деталей узлов трения вследствиеих относительно невысоких эксплуатационных характеристик – высокогокоэффициента трения, недостаточной термо- и теплостойкости, низкой износостойкости.Для повышения служебных характеристик полимера используют различныенаправления: разработку новых связующих с требуемыми характеристиками,модифицирование многотоннажно выпускаемых материалов функциональными добавками,обработку специальными методами.

Выбор направления созданияполимерного композита обусловлен конкретными требованиями: экономическими,конструктивными, технологическими, эксплуатационными и др. Например, применениеполимерных подшипников скольжения в автомобилях, сельскохозяйственных машинах,выпускаемых большими сериями, выдвигают на первый план экономические(стоимость, доступность сырья) и технологические (методы переработки в изделия,возможность регенерации технологического брака) аспекты. При использованииполимерных конструкций в единичных образцах техники, особенно эксплуатирующейсяв экстремальных условиях, естественно, более важное значение имеютэксплуатационные и конструктивные требования – заданные физико-механическиесвойства, термо- и теплостойкость и т.п. Очевидно, что и эти методымодифицирования полимерных материалов выбираются, исходя из анализатехнико-экономических требований к конструкции.

Обобщение отечественного изарубежного опыта создания металлополимерных узлов трения позволило выявитьосновные тенденции в этой области: разработку методов создания материалов сзаданными фрикционными свойствами и разработку методов управленияповерхностными свойствами материалов непосредственно в процессе фрикционноговзаимодействия.

Исследование механизма трения иизнашивания полимеров по металлам позволяет утверждать, что наиболеесущественное влияние на фрикционные характеристики оказывают: природаконтактирующих материалов, нагрузочно-скоростные и тепловые режимы трения,условия смазки, топография поверхностей трения. Работа узла трения, вчастности, во многом зависит от температуры и состава окружающей среды, наличияабразива, воздействия агрессивных и коррозионно-активных сред.

Для снижения коэффициента трения иповышения износостойкости материала в состав связующего обычно вводят от 0,1 до40% мас. сухих смазок – графита, сульфидов металлов, солей высших кислот,талька, слюды и др. Такие вещества обладают способностью образовывать наповерхностях трения легкоподвижные слои. Данный метод модифицирования нашелнаибольшее применение для сшивающихся связующих – фенолформальдегидных,эпоксидных, полиэфирных смол.

В последние годы широкоераспространение получил метод повышения фрикционных свойств полимерныхматериалов путем введения в их состав жидкофазных смазок и смазочных масел. Привведении жидких компонентов в пределах, превышающих их совместимость сполимерным связующим, создается возможность выделения избытка жидкости изматрицы. Наличие в зоне трения градиента температур способствует  миграциисмазочной жидкости с повышенной температурой. Таким образом, на поверхностяхтрения непрерывно генерируется смазочная пленка. При снижении температуры взоне трения скорость миграции смазки замедляется, что способствует обеспечениюэффекта самосмазывания в течение длительного времени.

Недостатком антифрикционныхматериалов, содержащих жидкие смазки, является ограниченность ресурса работыузла трения. Это связано с относительно небольшим количеством жидкой смазки,которую можно ввести в полимерный материал без существенного усложнения технологииизготовления и переработки, а также без снижения и сходных физико-механическиххарактеристик полимерного связующего. Частично данные недостатки устраняютсяпри использовании специальных поглотителей жидкой смазки, которые могутадсорбировать значительные объемы жидкости при небольших собственных объемах.Таким образом, появляется возможность перерабатывать композиции, содержащие до40-50% об. жидкой смазки, на стандартном технологическом оборудовании. Вкачестве поглотителей (адсорбентов) смазки используют порошки металлов,оксидов, графита, полимеров, силикатов и др. веществ.

Эксплуатационный диапазонприменения полимерных антифрикционных материалов часто определяетсятеплостойкостью полимерного связующего, теплопроводностью композиции. Так, прискачкообразном изменении нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации, вызванномэкстремальными ситуациями, основной причиной отказа металлополимерного узлатрения является тепловое разрушение подшипника.

Интересен метод повышенияизносостойкости узлов трения, заключающийся во введении в полимерное связующеедобавок, способных к полимеризации,-- трибополимеров. Образованиетрибополимерной пленки в зоне трения обеспечивает снижение износа узла.Дефицитность трибополимеризующих присадок и ограниченный диапазон проявленияэтого эффекта сдерживают развитие этого направления.

Перспективным направлениемповышения износостойкости полимерных материалов и композитов на их основеявляется диффузионное насыщение поверхностных слоев деталей трения целевымидобавками. Это позволяет достичь значительного эксплуатационного эффекта приотносительно небольших экономических затратах на модификацию изделий.

В последние годы активное  развитиеполучил трибохимический принцип создания металлополимерных узлов трения. Сутьразвиваемого принципа состоит в направленном использовании физико-химическихпроцессов в зоне трения с целью обеспечения  благоприятного режима эксплуатацииузла.

Продукты трибохимических реакций внекоторых случаях могут выполнять роль противоизносных добавок, так называемыхингибиторов изнашивания. Поэтому важнейшей задачей триботехническогоматериаловедения является создание трибосистем, в которых развиваютсяфизико-химические процессы образования ингибиторов изнашивания. В связи с этимеще на стадии проектирования узла трения необходимо учесть трибохимическиеаспекты его эксплуатации. Это будет способствовать повышению надежности идолговечности, обеспечению требуемого ресурса работы техники. Реализациятрибохимического принципа создания металлополимерных узлов трения позволиларазработать группу самосмазывающихся материалов и методов повышенияизносостойкости узлов трения.

/>/>4.2. Изготовление изделий методом контактного формования

Метод контактного формования нетребует сложного оборудования, и поэтому он широко применяется при изготовленииобъемных и плоских деталей из стеклопластиков в строительстве, машино-,приборо-, автомобиле- и судостроении. При контактном формовании отверждениематериала происходит, как правило, при комнатной температуре, однако дляускорения процесса можно применять обогреваемые формы или проводить отверждениепри повышенных температурах (60-1000С).

Контактное формование изделий изстеклопластика осуществляют в формах, изготавливаемых из дерева, гипса,стеклопластика, металла и т.д. Рабочую поверхность шаблона или формыобезжиривают обычно бензином или ацетоном, контролируя чистоту, гладкость,отсутствие задиров и других дефектов поверхности.

На подготовленную оснастку (форму,шаблон) наносится плоской кистью, тампоном или распылителем разделительный слой-- адгезионная смазка, которую необходимо просушить при температуре 18 — 20 0Сдо исчезновения липкости.

К антиадгезионному средствупредъявляется ряд специфических требований: обеспечение легкого съемаотвержденного изделия с формы, быстрое высыхание, нетоксичность, неприлипание кизделию, а также возможность получения изделий с глянцевой или матовойповерхностью.

В качестве антиадгезионных средствиспользуют полимерные пленкообразующие материалы, в том числе водные иводно-спиртовые растворы поливинилового спирта, раствор ацетата целлюлозы вацетоне, каучуке. Их наносят на поверхность форм плоскими кистями илираспылением.

Наиболее широко применяютводно-спиртовые растворы поливинилового спирта, скорость высыхания которыхрегулируется изменением соотношения воды и этилового спирта.

Для повышения стабильности раствораполивинилового спирта в состав раствора вводится мыло[5,6].

В промышленности при переработкеполиэфирных стеклопластиков с использованием деревянных шаблонов и формприменяют смазку следующего состава.

Таблица№5

Состав смазки при переработке полиэфирных стеклопластиковУайт-спирит 100 мас. ч. Церезин М-80 17,1 мас. ч. Воск буроугольный 17,1 мас. ч. Полиэтиленовый воск ПВ-300 4,29 мас. ч. Полиэтиленовый воск окисленный 4,29 мас. ч.

Смазка обеспечивает до 15-25 съемовизделий. Ее готовят путем растворения смеси сухих компонентов в уайт-спирите втечении 3-4 часов при 80-90 0С на водяной бане. Для повышенияэффективности смазки рекомендуется в состав ее вводить ускорители отверждения.

После высыхания разделительногослоя рабочую поверхность оснастки покрывают равномерным слоем формовочногосостава, включающего полиэфирную смолу, красители, загустители, добавки,снижающие ингибирующее действие кислорода воздуха, и т.д. Затем укладываютстеклоткань по длине (ширине) стола, шаблона. Стыки полотнищ стеклотканишириной не менее 20 мм, необходимо равномерно смещать по длине (ширине)формовочной оснастки во избежание утолщений готовых изделий.

 Выклейку заготовки из слоевстеклоткани можно производить различными способами, при этом ткань иногдапропитывают заранее в пропиточных машинах или кистью вручную на специальныхрамках, которые могут быть смонтированы в установке кассетного типа.

При изготовлении деталей сосложными контурами применять заранее пропитанную стеклоткань неудобно. Поэтомусухую стеклоткань прикрепляют к столу, первый слой пропитывают формовочнымсоставом, после чего покрывают стеклоткань следующим слоем сухой стеклоткани иприглаживают кистью без связующего до его появления на поверхности ткани.Уплотнение слоев производят валиками. Затем на стеклоткань дополнительнонаносят связующее до полной ее пропитки, после чего укладывают последующий слойткани. Процесс повторяют до получения нужной толщины изделия. Как правило, приизготовлении изделий из стеклопластиков используют несколько видов стеклотканидля повышения прочностных характеристик.

Для получения определенногоколичества связующего в стеклопластике необходимо контролировать его расход припропитке. Он зависит от типа стеклоткани.

Пропитаннаястеклоткань отверждается непосредственно на оснастке при температуре не ниже 180С и влажности не более 65% в течении 30-60 мин с последующим доотверждением при60-700. С в течение 2-3 часов. Готовые стеклопластиковые изделияснимают с оснастки через 72-96 часов и обрезают до необходимого размераалмазными кругами. Такой метод широко используется при изготовлении корпусовсудов, лодок, кузовных частей автомобилей, резервуаров и других крупногабаритныхдеталей[10].

/>/>4.3. Изготовление изделий методами свободного ицентробежного литья

Широкоеприменение метод свободного литья нашел при переработке ненасыщенныхполиэфирных смол в производстве деталей радиотехнического назначения,электрического оборудования кабельных муфт, наливных полов, листовых истержневых заготовок для получения пуговиц, пряжек и бижутерии и т.д.

К заливочнымкомпозициям предъявляется следующие требования: они должны иметь невысокуювязкость, умеренную усадку, небольшой экзотермический эффект при отверждении, ав отвержденном состоянии повышенную ударную прочность и в ряде случаев высокиепоказатели электроизоляционных свойств, улучшенную прозрачность,теплопроводность, износостойкость и химическую стойкость.

Заливку воткрытые и закрытые формы осуществляют, как правило, после введенияотверждающей системы без применения внешнего давления, но иногда используютпростейшие приспособления для заливки под давлением сжатого воздуха 0,02-0,2МПа[10].

Необходимоевремя гелеобразования и отверждения обеспечивается соотношением и количествомкомпонентов отверждающей системы. Для ускорения отверждения изделий формынагревают, причем температура нагрева зависит от применяемой системыотверждения.

Ускорениепроцесса отверждения может быть достигнуто путем обработки смолы токами высокойчастоты. При этом достигается повышение твердости на 10-22% и снижениеабразивного износа на 11-18%. Свободную отливку можно производить в формах изполиэтилена, пропилена, применение которых не требует нанесения антиадгезионнойсмазки на рабочую поверхность форм.

Кроме того,применяют также формы из силиконовой резины, особенно при изготовлениидекоративных изделий: деталей мебели, багетов, для обрамления картин,статуэток, украшений, пуговиц, пряжек и др.

Изготовлениеэластичных форм включает следующие процессы: изготовление модели, формы дляотливки силиконовой матрицы, крепление модели в форме, приготовлениесиликонового компаунда и заливка в форму, вулканизация, извлечение матрицы изформы, термообработка матрицы, изготовление копий модели в матрице, размножениесиликоновых матриц. Модель-оригинал разрабатывается и изготавливается из любогоматериала: пластика, дерева, металла, воска, пластилина и т.д. Силиконовыйкомпаунд воспроизводит мельчайшие детали рисунка модели, поэтому не допускаютсякакие-либо дефекты, в том числе отпечатки пальцев.

Послеподготовки модели изделие обезжиривают и закрепляют в форму. Форма для отливкисиликоновых матриц изготавливается в виде цилиндра или рамки со съемным дном.Для лучшего извлечения силиконовой матрицы из формы, стенки обрабатываютантиадгезионным составом на основе воска, парафина. Допускается применениевазелина и минерального масла. Закрепление модели в форме производитсяпосредством липкой ленты, клея и любым другим способом, но с учетом того, чтомодель должна плотно прилегать ко дну формы во избежания подтекания силиконапод модель.

Послесмешения компонентов силиконовую композицию дегазируют в вакууме для удаленияпузырьков воздуха, захваченного в процессе смешения. Приэтом объем смеси увеличивается в 2-3 раза, поэтому емкость должна бытьзаполнена не более чем на 1/3 объема. Когда вспученная композиция возвращаетсяк первоначальному объему, дегазацию прекращают. Если на поверхности моделиимеется сложный рисунок, то перед заливкой ее покрывают тонким слоемсиликоновой композиции, в которую введен катализатор вулканизации.

Вулканизациясиликоновой формы длится 6-24ч при 20-250С. Когда композиция впроцессе вулканизации потеряет липкость и наберет твердость, силиконовую матрицуизвлекают из формы и отделяют от модели. Для повышения ее долговечноститребуется термообработка при температуре 140-1600С. В процессетермообработки происходит довулканизация, удаляются летучие продукты реакции,стабилизируются свойства. Чтобы не произошла деформация матрицы из-за быстрогонагрева, температуру необходимо повышать, начиная с 800С соскоростью 10-200С/час.

Послетермообработки в матрице из полиэфирной смолы отливается необходимое количествокопий модели, по которым производится размножение силиконовых матриц. Дляизготовления изделий свободной заливкой используются композиции на основе смолПН-1 и ПН-12.

Количествокомпонентов отверждающей системы (ускорителя и инициатора) подбираетсяэкспериментально, чтобы обеспечить время гелеобразования 13-16 мин (в течениикоторого смола сохраняет текучесть). Этого времени достаточно для заливки 20-25форм. Стирол или 3% раствор парафина в стироле вводится в композицию приотливке изделий в эластичных силиконовых формах с целью снижения поверхностнойлипкости.

Полиэфирнаякомпозиция заливается тонкой струей в силиконовые формы, нагретые дотемпературы 100-1200С. После заливки рекомендуется поместить их всушильный термошкаф с температурой 110±100С,через 10-20 мин из форм извлекаются заготовки изделий и матрица без промывкиготова к последующей заливке.

В условияхмелкосерийного производства для изготовления изделий из ненасыщенныхполиэфирных смол методом свободной заливки могут быть использованы установкитипа УОС-2-1 с производительностью переработки полиэфирной композиции 50-70кг/час. Принцип работы установок состоит в следующем: композиция с ускорителемзаливается в одну емкость, а с инициатором в другую, затем композиции шнековыминасосами подаются в смеситель проточного типа, где перемешиваются. Из смесителякомпозиция, способная к быстрому отверждению, подается к форме. На установкевозможна одновременная заливка двух форм.

/>/>4.4. Технологический регламент изготовления композиционныхматериалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол

Технологический регламентизготовления композиционных материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смолразработан на основе результатов научно-исследовательских работ ипредусматривает использование композиционных материалов при производствеабразивного инструмента.

Технологический процессизготовления шлифовальных кругов на гибкой связке состоит из следующих стадий:

¨ подготовка сырья и форм;

¨ приготовление формообразующей смеси;

¨ изготовление и хранение кругов;

¨ разборка форм и выемка кругов.

1.Подготовкасырья и форм.

1.1. Сырье проверить на соответствие ГОСТам, ОСТам, ТУ.

1.2. Приготовление смазки для форм.

1.3. Подготовка форм.

   Формы осмотреть. Раковины, царапины, грязь на формообразующих поверхностях формне допускаются.

  Формы установить на рабочем столе. Старую смазку удалить и кистью нанеститонкий и равномерный слой смазки на формообразующую поверхности форм.

  Для получения равномерного слоя необходимо смазку предварительно размешать дооднородной массы.

  Температура воздуха рабочего помещения должна быть не ниже +200С.

2.Приготовлениеформообразующей массы.

Приготовление массы производить в металлической емкости при перемешиваниина лопастном смесителе.

2.1. Подготовка сыпучих компонентов.

2.2. Подготовка связующего.

2.3. Смешение сыпучих компонентов со связующим.

3.Изготавлениеи хранение кругов.

3.1. После перемешивания, массу из рабочей емкости перелить в разливочныйковш.

3.2. Из ковша смесь заливать в формы, совершая круговые движения попериметру форм и укладывая один слой последовательно на другой до полногозаполнения форм массой.

3.3. Освободившиеся рабочую емкость и ковш разливочной машины очистить отостатков формообразующей массы, используя салфетки обтирочные, смоченныеацетоном.

3.4. Сразу же после заливки форм начинается полимеризация кругов, котораяпроисходит с выделением тепла.

3.5. Через 15-20 мин ножом удалить с формы излишки формообразующей массы.

3.6. Круги хранить в сухом помещении при температуре выше +100С.Круги складировать рядами или в подвешенном состоянии на штырях.

4.Контролькачества.

4.1. Каждое изделие осматривается визуально. Не допускается наличиетрещин и сколов.

/>/>4.5. Механическая обработка полиэфирных материалов

Материалы на основе полиэфирныхсмол могут подвергаться всем видам механической обработки, хотя это сопряжено сопределенными трудностями. Механический перенос закономерностей процессарезания металлов и рекомендаций по отдельным видам их обработки на процессрезания пластмасс, как показала практика, невозможен, поскольку пластмассы –особая по сравнению с металлами группа материалов, имеющая специфическиесвойства, обуславливающие особенности процесса их резания. Детали изполиэфирных материалов при изготовлении прессованием, литьем, формованиемизменяют свои размеры и формы вследствие усадки при отверждении и остывании,поэтому обработка резанием является необходимой, широко распространенной иважной операцией в общем технологическом процессе изготовления изделий из этихматериалов[11,12,17].

Полиэфирные материалы, как правило,содержат пигменты, наполнители дисперсные и волокнистые, в том числестекловолокно, что вызывает быстрый износ инструмента. Этому способствуетнизкая теплопроводность полиэфирной смолы.

При механической обработкеполиэфирных материалов предпочтительнее применять резцы из твердых сплавовгруппы ВК по сравнению со сплавами групп ТК и ТТК.

Для твердых сплавов группы ВК сразличным содержанием кобальта (ВК-3, ВК-4, ВК-6, ВК-8, ВК-10) наибольшаястойкость отмечена при использовании резцов, оснащенных пластинками из ВК-6,что более чем в 4 раза превышает срок службы твердосплавных резцов из ВК-8.Стойкость резцов, оснащенных пластинками из мелкозернистых твердых сплавов ВК6Ми ВК60М, в 7-9 раз превосходит стойкость инструмента из ВК-8. Стойкость резцовиз быстрорежущей стали Р18 в 2-3 раза меньше, чем из ВК-8 и вольфрамовыхсплавов КНТ-20 и ТН-20.

Стойкость резцов из быстрорежущейстали можно повысить нитроцементацией, нанесением тонкого поверхностного слоякарбонитридов на установках ‘Булат’.

При разрезании листов, труб истержней из стеклопластиков толщиной до 30 мм наибольшая производительностьобработки отмечена при использовании алмазных кругов, оснащенных синтетическимиалмазами АСВ и АСК зернистостью 400/315 или 250/200. Рекомендуемая скоростьрезания V=60-65 м/с, подача S=6000-7 000 мм/мин.

Стойкость алмазных круговсоставляет около 50 ч, а с применением охлаждающей среды она увеличиваетсяпримерно в 2 раза.

Для шлифования пластмасс наиболее пригодныкарборундовые круги средней твердости на керамической или бакелитовой связке сразмером зерна абразива 0,8-0,5 мм для черновой обработки и 0,25-0,16 мм длячистовой. Часто применяют также шлифовальную шкурку с теми же размерами зеренабразива. Окончательную обработку поверхности перед полированием производятшкурками с самыми мелкими абразивными зернами № М-20, М-40.

Разработаны специальные абразивныекруги, которые позволяют повысить производительность шлифования пластмасс. Вкачестве абразивного материала в них использовано раздробленное (оконное,тарное) стекло, а в качестве связки – бакелитовая смола. Абразивные круги изстеклянных зерен способны самозатачиваться в процессе шлифования. Объясняетсяэто тем, что зерна из стекла имеют худшие механические характеристики, чемэлектрокорунд и карбид кремния, и легко разрушаются вследствие откалывания отзерен небольших частиц и выкрашивания затупившихся зерен. Вместо них в работувступают новые обнажившиеся зерна, и режущие свойства круга поддерживаются напротяжении всего периода стойкости.

Внедрение стеклянных абразивныхкругов в производство показало, что они по стойкости превосходятметаллообрабатывающие в 10-20 раз и дают более низкую шероховатостьповерхности. Для получения поверхностей особо высокого качества или придания имстойкости к окружающей среде, применяют полирование, которое придает изделиютоварный вид. Полирование производят на полировальных кругах или в барабанахдиаметром 500-700 мм, причем используют  мягкие и твердые круги. При работе ствердыми кругами из войлока и фетра исправляют глубокие дефекты — риски,царапины, штрихи и т.п. Составляются эти круги из двух прокладочных дисков накаждые три рабочих диска, а их толщина равна 60-100 мм.

При работе с мягкими полировальнымикругами, детали подвергают окончательному полированию.

Рабочие поверхности круговпокрывают полировальными композициями, основной частью которых являютсяабразивные материалы – пемза, наждак, карборунд, мел, глина, оксид хрома и др.Полировальные пасты выпускают с абразивами четырех градаций по дисперсности(четырех цветов). Самое грубое полирование получено при использовании пасты сабразивом дисперсностью 60-65 мкм (паста красного цвета), желтая паста содержитабразив размером 40-45 мкм, зеленая – 30-35мкм и серая паста, самая тонкая, — 20-25 мкм. В таблице №6 приведен состав, мас %, наиболее часто применяемойшлифовально-полировальной пасты (пасты ГОИ).

Таблица№6 Состав шлифовально-полировальной пасты ГОИ

Грубая

Средняя

Тонкая

Окись хрома 81 76 74 Стеарин 10 10 10 Расщепленный жир 5 10 10 Силикагель 2 2 1,8 Керосин 2 2 2 Сода двууглекислая -- -- 0,2

  Если после полирования наповерхности изделий остается жирная пленка, то необходимо применять составы дляудаления полировальных паст. Составы содержат водные растворы и эмульсии смягким абразивом, растворители, поверхностно-активные вещества и др.

При составлении рецептурполировальных паст необходимо учитывать, что при полировании светлоокрашенныхизделий в пасту вводят только светлые компоненты, не оставляющие следов наобрабатываемой поверхности, а для восстановления первоначального цвета в местахобработки можно применять цветные пасты. Минимальный припуск на полирование0,12-0,30 мм.

Выводы

Так, технология изготовленияматериалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол и изделий из них включаетследующие операции:  подготовку сыпучих исходных компонентов; подготовкусвязующего; смешение сыпучих компонентов со связующим; дегазациюкомпозиционного материала; заливку композиционного материала в формы;формирование изделия.

Изделия можно получать методомпрямого или литьевого прессования при минимальном давлении прессования, так каккомпозиции обладают высокой текучестью. Используя композицию, можноизготавливать армированные изделия путем пропитки полиамидных,хлопчатобумажных, стеклянных и других тканей, что позволяет получить особопрочные конструкции при сохранении высоких антифрикционных свойств. Изделия антифрикционногоназначения, имеющие цилиндрическую форму, особенно крупногабаритные,целесообразно изготавливать методом центробежного литья при скорости вращенияформы 120 — 400 мин -1.

Для ускорения процесса формированияизделий форму рекомендуется подогреть до 40 — 800С, для чего можноиспользовать горячую воду или термошкаф. Время отверждения композиционныхматериалов можно изменять в широких пределах. Процесс отверждения идет свыделением тепла, что следует учитывать при изготовлении крупногабаритных изделийво избежания их коробления и растрескивания.

Композиционные материалы на основененасыщенных полиэфирных смол допускают обработку любыми видами режущегоинструмента, что позволяет изготавливать изделия с высокой точностьюоформляющих размеров. Достоинством композиционных материалов такого типаявляется возможность использования отходов в технологическом цикле. Разработанметод регенерации отходов композиций на основе ненасыщенных полиэфирных смолпутем увеличения длительности резиноподобного состояния с последующимизмельчением их на вальцах. Измельченные активированные отходы могут бытьиспользованы в качестве наполнителя композиционных материалов, что позволяет в3 — 5 раз снизить расход связующего и в значительной мере решает проблемуутилизации промышленных полимерных отходов.

/>/>Глава Y. Требования техникибезопасности при работе с полиэфирными смолами и инициирующими добавками/>/>5.1. Хранение полиэфирных смол и инициирующих добавок

Полиэфирные смолы хранят в бочкахили бидонах из стали, алюминия или оцинкованной стали в закрытых помещениях притемпературе не выше 200С, защищая от действия солнечных лучей ивлаги. Гарантийный срок хранения составляет обычно 4-6 месяцев, однако если поистечении данного срока смола удовлетворяет требованиям НТД, ее можно считатьпригодной к переработке.

Пожарная опасность полиэфирных смолопределяется природой мономера, входящего в их состав. Стирол, являющийсякомпонентом многих смол, легко воспламеняется (температура вспышки 310С,температура самовоспламенения 4900С)[29].

Для предотвращения пожаранеобходимо хранить смолы в плотно закупоренной таре; освещение иэлектрооборудование складских помещений должно быть сделано во взрывоопасномисполнении. Не допускаются наличие источников открытого огня и искрообразование.Помещения должны быть снабжены средствами пожаротушения – пенными иуглекислотными огнетушителями, песком и т.п.

Перекисные и гидроперекисныеинициаторы, являющиеся взрыв- и огнеопасными веществами, хранят в изолированныхпроветриваемых помещениях при температуре не выше 250С. В сухомсостоянии они могут разлагаться со взрывом при ударах, растирании, нагревании,соприкосновении с сильными кислотами и восстановителями. Гипериз, перекисиметилэтилкетона, циклогексанона необходимо хранить в таре из полиэтилена илитемного стекла. При этом запрещается использовать резиновые и притертыестеклянные пробки, вместо них применяют завинчивающиеся крышки из полиэтиленаили корковые пробки с прокладкой из полиэтиленовой пленки[7].

Перекись бензоила поставляют ихранят в увлажненном состоянии (влажность не менее 25%) в стеклянных икерамических емкостях (банки, бутылки) с деревянными или полиэтиленовымипробками и крышками. Замороженная увлажненная перекись бензоила такжевзрывоопасна, как и сухая, поэтому в зимнее время необходимо увлажнять ее неводой, а этиловым спиртом.

Не допускается хранение перекисей игидроперекисей рядом с источниками тепла, а также на солнечном свету. Складскоепомещение должно отвечать требованиям, предъявляемым к помещениям для храненияогне- и взрывоопасных веществ. Источники электрического освещения располагаютсявне помещения. Помещение должно быть чистым, при возникновении пожара следуетприменять воду и песок.

В лабораториях и производственныхпомещениях разрешается хранить лишь небольшое количество инициатора. Тара,освобождающаяся из-под перекисей и гидроперекисей, должна тщательно промыватьсяацетоном, водой, содовым раствором или 3%-ным раствором щелочи, после этоготару можно использовать повторно. Категорически запрещается хранить непромытуютару.

Применяемый в качестве ускорителядиметиланилин поставляется в стеклянных бутылках, ускоритель НК- в алюминиевыхбидонах и стеклянных бутылях. Ускорители ввиду  их горючести и токсичностихранят в отдельных помещениях в условиях, аналогичных условиям храненияполиэфирных смол.

/> 5.2. Переработка полиэфирных смол

Ненасыщенные полиэфирные смолы –пожароопасные и токсичные материалы. Токсичность стиролсодержащих полиэфирныхсмол обусловлена содержанием в них стирола (25-40 мас %), пары которого оказываютнаркотическое и сильно раздражающее действие, а также  воздействуют на нервнуюсистему, кровь и кроветворные органы. Попадание стирола или стиролсодержащихсмол на кожу может вызвать раздражение и дерматиты. Предельно допустимаяконцентрация в рабочей зоне 30 мг/м3, в производственных помещениях–5, в приземном слое промышленной площадки – 1,5, а в жилой зоне – 0,003 мг/м3,в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытовоговодоиспользования –0,1 мг/л. В состав полиэфирных композиций входит рядкомпонентов, которые имеют высокую токсичность[25,26,28].

Работы с полиэфирными смоламиследует проводить  в помещениях с приточно-вытяжной вентиляцией. Для достиженияв воздухе ПДК стирола 5 мг/м3 при работе со стиролсодержащимисмолами необходимо подавать воздуха 2 000 м3/ч на 1 м2поверхности формуемого материала, однако создать такой воздухообмен в реальныхусловиях сложно. Кроме того, при увеличении скорости потока воздуха сильноповышается скорость испарения стирола.

Для расчета вентиляции воздухообменL (м3/ч) при выделении органическихрастворителей из раствора полимеров определяют по формуле

L=G(K2 – K1)             (7)

где G– количество выделяющихся растворителей,г/ч;

      К2 – предельное содержание растворителей вудаляемом воздухе, г/м3;

      К1 – содержание растворителей в приточномвоздухе, г/м3.

Кроме общей необходимоустанавливать местную вентиляцию в местах наибольшей концентрации токсичныхлетучих веществ (прессы, сушильные шкафы, участки для контактного формования,свободной заливки и т.д.). При этом рекомендуется отсасывать стирол в нижнейчасти рабочего помещения, так как его пары тяжелее воздуха.

При работе с полиэфирными смоламиследует пользоваться спецодеждой (халаты, комбинезоны, фартуки и др.),резиновыми, полиэтиленовыми или поливинилхлоридными перчатками или специальнымизащитными смазками на основе поливинилового спирта или казеина. Рекомендуетсяприменять для защиты кожных покровов пасты, мази, кремы (типа мази Селинского иИЭР-1).

Пасту наносят на руки, выдерживаютнесколько минут до высыхания, после чего на коже образуется защитная пленка.После окончания работы ее смывают водой. При попадании смолы на незащищенныеучастки кожи необходимо удалить ее тампоном, а затем промыть этот участок кожитеплой водой с мылом или 5%-ным раствором соды и смазать кремом. Перекисиоказывают резкое раздражающее действие на кожу и слизистую оболочку и могутвызвать ожоги, поэтому пораженное место следует обрабатывать спиртом илисильной струей воды. При попадании перекиси в глаза, их промывают водой и5%-ным раствором соды и обращаться к врачу.

Цех по переработке полиэфирных смолдолжен отвечать  требованиям, предъявляемым к взрыво- и пожароопаснымпомещениям: они снабжаются средствами пожаротушения, взрывобезопаснымиэлектрооборудованием и осветительной аппаратурой. Запрещается работа синструментом, который может вызвать искрение при ударе, нельзя предварительносмешивать инициатор и ускоритель во избежание возгорания и взрыва. Помещения, вкоторых приготавливаются и обрабатываются полиэфирные композиции, имеют классПУЭ В-1а, а механическая обработка производится в помещениях класса П-2а.

При механической обработкепредельно допустимая концентрация пыли в производственном помещении не должнапревышать 2 мг/м3. После работы необходимо мыть лицо и руки толькогорячей водой, сначала без мыла, чтобы пыль не втиралась в кожу, а затем смылом. Входное устройство пневмоотсоса необходимо устанавливать таким образом,чтобы в него попадали пыль и стружка. В противном случае они рассеиваются ввоздухе и загрязняют его. Иногда при механической обработке пластмасс стружку ипыль удаляют с помощью смазочно-охлаждающей жидкости. 

  Литература

1. Отчет по теме ‘Разработатьсостав и технологии изготовления абразивного материала для обработки деталейсложной геометрической формы’. Науч. рук.: Струк В.А., — Гродно, 1996.

2. Справочник по композиционнымматериалам. Под ред. Дж. Любика т1, т2. — М.: Машиностроение, 1988.

3. Струк В.А. Антифрикционныематериалы на основе полимерных связующих. — Гродно, 1996.

4. Композиционные материалы.Справочник под общей ред. В.В.Васильева, Ю.М. Тарнопольского. -  М.:Машиностроение, 1990.

5. Седов Л.Н. Состав и свойстваполиэфирных связующих для пресскомпозиций. — М.,1975.

6. Моисеева И.П., Верин С.П.,Семенова Н.И. Тиксотропные антикоррозионные грунтовки для защиты надводныхповерхностей судов. -1975.

7. Сырье и полупродукты длялакокрасочных материалов. Справочное пособие. Под ред. М.М. Гольдберга.-  М.,1978.

8. Седов Л.Н., Михайлова З.В. Ненасыщенныеполиэфиры.- М.,1977.

9. Справочник по пластмассам. Подред. В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И.Сажина. — М., 1975.

10. Азаров В.И., Цветков В.Е.Технология связующих и полимерных материалов. — М.: Лесная промышленность,1985.

11. Новые материалы в технике инауке.- М., Наука, 1976.

12. Коляго Г.Г., Струк В.А.Материалы на основе ненасыщенных полиэфиров. — Минск: Навука i тэхнiка, 1990.

13. Костин П.П. Физико-механическиеиспытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. — М.: Машиностроение,1990, — 256 с.

14. Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Г.,Федорченко И.Н. Кристаллография, минералогия и рентгенография. — М.:Металлургия, 1990, — 262с.

15. Струк В.А., Минюк Г.Е.Лабораторный практикум по курсу”Физика и химия полимеров”. — Гродно: ГрГУ,1995,- 64с.

16. Феномен кремня: реальность иперспективы. Сборник трудов первого Республиканского научно-практическогосеминара. — Минск, 1993.-126с.

17. Гуль В.Е., Акутин М.С. Основыпереработки пластмасс.- М.: Химия, 1985.- 400 с.

18. Охлопкова А.А. Триботехническиеи механические характеристики модифицированного политетрафторэтилена // Трениеи износ.-№4. — Т.17. — 1996. — С. 550-553.

19. Миронов В.С. Технологическоеуправление триботехническими характеристиками слоистых полимерных композиций //Трение и износ. — №3.- Т.16. -1995. -С.527-536.

20. Ольшевский О.З. Исследованиетриботехнических характеристик композиционных материалов на базе ПЭНД // Физикаконденсированных сред: Тезисы докладов YIРеспубликанской научной конференции студентов и аспирантов /Под ред. Лиопо В.А.-Гродно: ГрГУ, 1998. — С.147.

21. Кузнецов В.М. Смеси полимеров.-М.: Химия, 1979. — 304с.

22.Менсон Дж., Сперлинг Л.Полимерные смеси и композиты / Под ред. Ю.К.Годовского. — М.: Химия, 1979.-440с.

23. Тупов И.И., Кострикина Г.И.Химия и физика полимеров.- М.: Химия, 1989.- 432 с.

24. Портной К.И., Солибенов С.Е.,Светлов И.Л., Чубаков В.М. Структура и свойства композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1979. — 255с.

25. Полимерные смеси / Подред.Д.Пола, С.Ньюмака. — М.: Мир, 1981.-455с.

26. Гольдадэ В.А., Струк В.А.,Песецкий С.С. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем.- М.: Химия, 1993.- 240с.

27. Струк В.А. Лабораторныйпрактикум по курсу «Материаловедение» для инженерных специальностей.- Гродно: ГрГУ, 1991. — 66с.

28. Бортников В.Г. Основытехнологии переработки пластических масс.- Л.: Химия, 1985.-304 с.

29. Гуль В.Е., Кузнецов В.Н.Структура и механические свойства полимера. — М.: Высшая школа, 1979. — 352с.