Повышение прочностных характеристик полимерных композиционных материалов модификацией волластонитом - Автореферат

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МОДИФИКАЦИЕЙ ВОЛЛАСТОНИТОМРабота выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Бийском технологическом институте (филиале) «Алтайского государственного технического университета» им. Научный руководитель: Орлова Наталья Алексеевна кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, процессов и аппаратов химической технологии Официальные оппоненты: Ишков Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры технологии конструкционных материалов и ремонта машин (ФГБОУ ВПО «Алтайский аграрный университет», г. Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» (г. Защита состоится «28» мая 2012 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.07 в «Алтайском государственном техническом университете им.Разработка и применение композиционных материалов на основе термопластичных и реактопластичных связующих, упрочненных природным волластонитом, с высокими эксплуатационными свойствами и новыми функциональными возможностями является важным фактором в решении экономических проблем, таких как освоение природного сырья Сибири, создание новых материалов и ресурсосберегающих технологий в машиностроении. Отличительной особенностью волластонита является наличие игольчатых форм кристаллов, характеризующихся определенным отношения длины к диаметру (l/d>1) - фактором анизотропии, который и определяет эффективность применения волластонита в качестве упрочняющего компонента ПКМ. Однако, стоит отметить, что в применяемом в настоящее время волластоните, игольчатая структура не выделяется в самостоятельную фракцию, и эффект от ее введения ранее не оценивался. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - исследование свойств наполнителя - волластонита Синюхинского месторождения (гранулометрического состава и фактора анизотропии - l/d), а также их изменения при ультразвуковой обработке; Выявлено, что при частоте ультразвуковых колебаний 22,5 КГЦ, мощность 200 Вт, интенсивность 3,5 Вт/см2, времени воздействия от 30 до 90 мин в водной среде с 0,5-1,0 % ПАВ в волластоните Воксил М 100 происходит изменение фактора анизотропии l/d с 5-6 до 7-8 при времени выдержки 60 минут и 8-10 при времени выдержки 90 минут.Анализ литературных данных показывает, что перспективным минеральным наполнителем для создания ПКМ является волластонит, имеющий игольчатую форму кристаллов, но до настоящего времени не изучено влияние фактора анизотропии на физико-химические, технологические и эксплуатационные свойства ПКМ на основе данного наполнителя. Физико-механические характеристики (прочность при разрыве, модуль упругости) ПКМ на основе термопласта определяли на разрывной машине ПИРС-9М в соответствии с ГОСТ 11262-80. Выбор данных методов опирается на проведенные ранее исследования сотрудниками Томского госуниверситета, которые исследовали применимость методов весовой гравитационной седиментации и микроскопического анализа при определении гранулометрического состава волластонита. Так, у волластонита Воксил М100 преобладают частицы с микроскопическим диаметром d = 40 мкм, у Воксила М300 d = 120 мкм, у Воксила М1000 d = 400 мкм. Анализ рисунка показывает, что волластонит Воксил М100 имеет преимущественно частицы с отношением l/d = 5-6.При введении в эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 волластонита с различным отношением l/d (рисунок 2) установлено, что при увеличении l/d не происходит существенного увеличения прочности при изгибе и модуля упругости. а) б) В ходе работы, на основе эпоксидной смолы и волластонита разработано антикоррозионное защитное покрытие для металлических конструкций. Результаты экспериментов показали, что максимальная прочность при отрыве обеспечивается при соотношении эпоксидиановая смола/акриловый сополимер - 70/30. Сравнительный анализ влияния концентрации волластонита в немодифицированной и модифицированной смоле на прочность при отрыве (таблица 5) позволил определить, что в обоих случаях значения прочности при отрыве изменяется незначительно и находится в пределах погрешности измерения. Экспериментальные исследования влияния концентрации волластонита на прочность при сдвиге (таблица 6) покрытий на основе немодифицированной и модифицированной смолы свидетельствуют о том, что с увеличением концентрации волластонита прочность при сдвиге существенно увеличивается.Сталь Ст 3 Оцинкованная сталь Сталь Ст 3 Оцинкованная стальМаксимальное значение прочности при сдвиге получено при концентрации волластонита 15 %. Однако, как было отмечено выше, при концентрации волластонита свыше 10 % прочность при изгибе существенно уменьшается. В связи с этим для рассматриваемого состава рекомендуется использовать модифицированную смолу с содержанием волластонита не более 10 %.

Основное содержание работыСодержание волластонита, % Прочность при изгибе, МПА Предельная разрывная деформация, %Содержание волластонита Прочность при отрыве, МПАСодержание волластонита Прочность при сдвиге, МПА