CC BY
45
для 1,3-ПГДН К = 10-14'9ехр(- 19678/Т), а для 1,2-ПГДН К = 10-15'8exp(-20282/т)
Так, при низких температурах (353-433К), характерных при изучении термического распада, 1,2 ПГДН разлагается в —1,4-2 раза быстрее, чем 1,3 ПГДН, а при температурах, характерных для температур поверхности горения (573-723) - в 2,8-3,4 раза.
НГЛ при указанных пониженных температурах разлагается в —2,3-2,9 раза медленнее, чем 1,2 ПГДН, а при температурах, равных температуре поверхности горения в 5,4-7 раза.
В целом, с учетом данных по горению композиций НЦ - НГЦ, НЦ -НГЛ [2] можно сделать вывод о том, что при горении композиций НЦ - пластификатор, значительную роль играет НЦ.
Библиографические ссылки:
1. Андреев, К. К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ / К.К. Андреев - М.: 1966. - 346с.
2. Е Зо Тве. Параметры волны горения порохов на основе пластификаторов с различной температурой кипения. / Е Зо Тве, А.П. Денисюк. // Горение и взрыв. Выпуск 5: под общей ред. д.ф.-м.н. С.М. Фролова. - М.: ТОРУС ПРЕСС, 2012. - С.226-230.
3. Кондриков, Б. Н. Горение О-нитросоединений. / Б. Н. Кондриков, В. М. Райкова. // Российский химический журнал. - 1997. - Т.41, № 4. - С. 6372.
4. Афанасьев, А.Г. О влиянии химического строения некоторых нитроэфи-ров на характер их термического распада. / А.Г. Афанасьев, Б.А. Лурье, Б.С. Светлов. // Теория взрывчатых веществ: сборник статей под редакцией проф. К.К. Андреева. - М.: 1967. - С. 63-73.
УДК: 662.1
Д.Л. Русин, Н.Н. Синявский
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСНОСТИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ МОДЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ПТФЭ
Методами изучения механических и реологических свойств модифицированных алюминизированных композитов установлено, что модифицирование образцов с помощью ПТФЭ приводит одновременно к улучшению их деформационно-прочностных, реологических и технологических характеристик и обеспечивает возможность переработки методом проходного прессования.
By methods of studying mechanical and rheological properties of the modified aluminous composites it is established, that modifying of samples with help PTFE leads simultaneously to
improvement of its deformative-strength , rheological and technical characteristics and provides an opportunity of processing with a method of through passage pressing.
Модифицирование различных высоконаполненных полимерных материалов, топлив и пиротехнических композиций с помощью политетрафторэтилена (ф-4, ПТФЭ), как известно, обусловливает комплексное улучшение технологических и эксплуатационных характеристик материалов [1-9].
В настоящем сообщении рассматривается влияние дисперсности наполнителей - алюминиевых порошков и перхлората аммония (ПХА) на структурно-механические и технологические характеристики модельных композитов на основе дивинил-стирольного термоэластопласта ДСТ-30. Образцы содержали по 40 мас.% алюминия и по 30 мас. % ПХА. Использовали 5 различных фракций ПХА, отличающихся средним размером частиц: 200 мкм, 20 мкм, 4,4 мкм, 2,6 мкм, 1,2 мкм, соответственно ПХА 200, ПХА 20, ПХА 4,4, ПХА 2,6, ПХА 1,2. Средний размер частиц алюминия составлял: 500 мкм, 175 мкм, 15 мкм, 7 мкм, 2,6 мкм, 0,1 мкм, соответственно Al 500, Al 175, Al 15, Al 7, Al 2,6, Al 0,1.
Все образцы изготавливались вальцеванием с последующим проходным прессованием. Количество модификатора ф-4 в образцах варьировалось от 0 до 2,0 мас.%.
Исследовали влияние рецептурных особенностей композитов на структурно-механические характеристики:
прочность (ар) и разрывную деформацию (ер) при одноосном растяжении двухсторонних лопаток, вырезанных из вальцованных полотен при 200С и скорости 0,21 мм/с,
прочность на срез (аср), являющуюся характеристикой внутреннего трения образцов, и удельное внешнее трение (тц) композитов по стальной подложке [7].Полученные данные представлены на рис.1- 5. .
10
V
■ 8 - 2'
: Ср зднийрг 1змерча стиц А1 ,мкм
0,01 0,1 1 10 100 1000
10 0,
10 100 1000
А Б
Рис. 1 Влияние размеров частиц алюминия и модифицирования композитов с помощью ф-4 на величину их прочности при одноосном растяжении (А) и разрывной деформации (Б). Во всех образцах использован ПХА 4,4 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 - образцы без ф-4; 1', 2', 3', 4', 5', 6', 7', 8' - содержат по 2% ф-4 Вид металлического наполнителя: 1,1' - 40% А1 500; 2, 2' - 40%А1175; 3, 3' -40% А1 15; 4, 4'-40% А1 7; 5, 5' -40% А1 2,6;
6, 6' - 10% А1 0,1 + 30% А1 2,6; 7, 7' - 20% А1 0,1 + 20% А1 2,6; 8, 8' - 40% А1 0,1
1
200 160
120
СО
80
40
Средний размер частиц ПХА, мкм
1
10
100
А Б
Рис. 2. Влияние дисперсности ПХА и модифицирования композитов с помощью ф-4 на величину их разрывной прочности (А) и разрывной деформации при одноосном растяжении (Б). Во всех образцах использован алюминий Л1 2,6 Цифры у кривых - содержание модификатора ф-4 в композитах.
Видно, что варьирование степени дисперсности наполнителей приводит к экстремальному изменению деформационно-прочностных характеристик образцов. Это является отражением особенностей структуры высоко-наполненных композитов и обусловлено, с одной стороны изменением степени гетерогенности и дефектности при варьировании толщины прослойки ориентированного связующего на поверхности наполнителей разной степени дисперсности, с другой стороны, для модифицированных композитов -изменением степени совершенства сетки, взаимопроникающих структур, образованной волокнами ф-4 и пластифицированным связующим [1-9].
Алюминий и ПХА оказывают различное структурирующее влияние на связующее композитов, поэтому при варьировании в одинаковых диапазонах степени дисперсности этих наполнителей деформационно-прочностные характеристики изменяются по-разному. Эффективность модифицирования полимерных композитов с помощью ф-4 зависит от соотношения вязко-упругих характеристик модификатора и модифицируемого композита [1, 7]. Различие степени структурирования связующих при наполнении рассматриваемыми наполнителями, вероятно, обусловливает различие эффективности модифицирования образцов (рис. 3, 4).
8 7 6
& 4
§ 4
я „
& 3
и
Средний размер частиц ПХА, мкм
1
10 100
Рис. 3 Влияние дисперсности окислителя ПХА и модифицирования композитов с помощью ф-4 на величины относительной прочности при одноосном растяжении (Zq) и
разрывной деформации (Zg) Z = lili l(2%f-4) / lili l(0%f-4). Во всех образцах использован алюминий Al 2,6
2
N
0,01 0,1
100 1000
8
|7
6 5 4 3
0,01 0,1 1 10 100 1000
4 ■ 3
4:2
8 7 .....7.5........... /6 ■ \1
С )едний] >азмерч астицА 1, мкм
А Б
Рис. 4. Влияние дисперсности алюминия и модифицирования композитов с помощью ф-4 на величины относительной прочности (А) и разрывной деформации (Б) Во всех образцах использован ПХА 4,4 Вид металлического наполнителя: 1 - 40% AI 500; 2 - 40% AI 175; 3 - 40% AI 15;
4- 40% AI 7; 5 - 40% AI 2,6; 6 - 10% AI 0,1 + 30% AI 2,6;
7 - 20% AI 0,1 + 20% AI 2,6; 8- 40% AI 0,1 Прочность модифицированных композитов, содержащих различные виды ПХА, возрастает по сравнению с образцами без ф-4 в 3-7 раз, разрывная деформация - в 1,3-2 раза. Для композитов с различными видами алюминия модифицирование повышает прочность в 4-7 раз, деформацию - в 2,4-3,5 раза.
Известно, что для достижения максимальной эффективности модифицирования полимерных композитов с помощью ф-4 требуется совершение оптимальной по длительности и интенсивности работы при термо-механическом воздействии [7]. Количественно это оценивается величиной суммарной деформации модифицируемого материала при его вальцевании, прессовании и других видах переработки, равной произведению скорости сдвига на время воздействия. Из данных рис.5 следует, что при суммарной деформации 2500-3500 достигаются оптимальные технологические и эксплуатационные характеристики образцов.
12
й
110
к
& 8
н и
& 6
¡3
4 2
о Л
о2
»3
м
Сум марная дефор! лация^ j*t
1000 2000 3000 4000 5000
0
Рис. 5 Влияние величины суммарной деформации при вальцевании композитов, модифицированных с помощью ф-4, на их технологические и эксплуатационные характеристики
1 - величина разрывной деформации, Ер*10, %; 2 - прочность на одноосное растяжение стр, МПа; 3 - скорость горения и4, мм/с (р=4 МПа); 4 - удельное внешнее трение
(р=10 МПа, У=3,5 мм/с)
Таким образом, варьированием дисперсности наполнителей и использованием оптимальных условий модифицирования композитов с помощью ф-4 предоставляется возможность существенного регулирования характеристик образцов, перерабатываемых в готовые изделия методом проходного прессования.
Библиографический список:
1. Rusin D. L. Investigation of structural properties of PTFE modified propellants /D. L. Rusin, D. B. Mikhalev et al. //Proceedings of the 33rd International Annual Conference of ICT, Energetic Materials, Karlsruhe, Federal Republic of Germany. - 2002. - P. 79-1 -79-14.
2. Rusin D. L. Investigation of the Structural - Mechanical And Ballistic Properties of the Pyrotechnic Composites, produced by the through passage pressing /D. L. Rusin, D. B. Mikhalev et al. //Proceedings of the 34th International Annual Conference of ICT, Energetic Materials, Karlsruhe, Federal Republic of Germany. - 2003. - P. 049-1 -049-14.
3. Жуков Б.П. Высокоэффективное плазменное топливо для МГД-генераторов /Б.П. Жуков, А.П. Денисюк, Д.Л. Русин и др. //Двойные технологии, 2.- 1999.- С.22-24
4. Жуков Б.П. Высокоэффективное пожаротушащее топливо / Б.П. Жуков, А.П. Денисюк, Д.Л. Русин, Ю.Г. Шепелев //Труды Двадцать первого международного пиротехнического семинара. - М..- 1995. - С.1018-1032.
5. Rusin D. L. High-elastic fire-conductive cords /D.L. Rusin, D.B. Mikhalev, D.V. Vetrov //Proceedings of the 31st International Annual Conference of ICT, Karlsruhe, Federal Republic of Germany. - 2000. - P. 116-1-116-10.
6. Rusin D. L. Study and optimization of aerozol fire-extinguishing propellants based on the modified phenol formaldehyde resin /D.L. Rusin, A.P. Denisjuk et al. //Proceedings of the 32nd International Annual Conference of ICT, Energetic Materials, Karlsruhe, Federal Republic of Germany. - 2001. - P. 67-1 -67-10.
7. Русин Д.Л. Основы комплексного модифицирования полимерных композитов, перерабатываемых проходным прессованием, учебное пособие, М.- РХТУ им. Д.И. Менделеева/ - 2008. - 222 с.
8. Rusin D.L. et al. Investigation of combustion regularities of PTFE modified composites, produced by the through passage pressing. Proceedings of the 39th Intern. Annual Conf. of ICT, Energetic Materials. Processing and Product Design. Karlsruhe, FRG. - 2008. - P. 85-1-85-12.
9. Rusin D. L. Influence of PTFE on the structural-mechanical properties and laws of burning of the composites, containing aluminium powders /D.L. Rusin, N.N. Sinyavski//Proceedings of IAS PEP 2011, China, 2011,-P.469-480.
