CC BY
64
25. Шоршоров М.Х., Головин С. А., Гвоздев А.Е. Условия проявления сверхпластичности порошковых быстрорежущих сталей // Материаловедение. 1998. № 5. С. 42 - 47.
26. Гвоздев А.Е. Деформирование и структурообразование быстрорежущих сталей в условиях сверхпластичности: дис. ... д-ра техн. наук. Тула, 1997. 461 с.
27. Головин С.А. Релаксационные явления в металлах (механическая спектроскопия): учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ. 2006. 104 с.
O. V. Kusovleva, A.E. Gvozdev
ABOUT THE CONFORMITYS AND CAUSES TO CHANGES OFPLASTYCITY OF METALS AND ALLOYS IN THE CONDITION OF PRETRANSFORMA TION
Laws of change of structure and properties of metal systems at thermomechanical influence on them before phase transitions of the first and second sorts are established.
Key words: metals, plasticity, durability, a status of pretransformation, alloys, steel, structure, transformation temperature, thermomechanical processing.
Получено 16.09.11
УДК 691.175
В.П. Селяев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (834-2) 47-71-56, (Россия, Саранск, НИ МГУ имени Н.П.Огарева),
Т.А. Низина, д-р техн. наук, проф., (834-2) 32-81-90, [email protected], (Россия, Саранск, НИ МГУ имени Н.П.Огарева), Е.А. Егунова, асп., (834-2) 32-81-90, е1епае [email protected] (Россия, Саранск, НИ МГУ имени Н.П.Огарева)
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИГМЕНТИРОВАННЫХ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ КОМПОЗИТОВ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ВОЗДЕЙСТВИЮ УФ-ОБЛУЧЕНИЯ
Приведены результаты экспериментальных исследований упругопрочностных и декоративных характеристик пигментированных полиуретановых покрытий, подвергающихся воздействию УФ-облучения. Выявлены оптимальные концентрации коле-ровочных паст 5различных цветов.
Ключевые слова: защитно-декоративные покрытия, полиуретановые композиты, декоративные характеристики, цветовая насыщенность, стойкость к воздействию УФ-облучения.
Одна из важнейших характеристик защитных покрытий строительных конструкций - декоративные свойства, которые определяются внеш-
103
ним видом покрытий, цветом и блеском. Процессы деструкции, происходящие в полимерных материалах под действием УФ-облучения, оказывают негативное влияние не только на физико-механические свойства, но и на их внешний вид. Неокрашенные полиуретановые композиты являются внешне непривлекательными, поэтому для улучшения их декоративных характеристик используют разнообразные пигменты. Для оценки стойкости пигментов проводят экспериментальные исследования, заключающиеся в изучении изменения упругопрочностных характеристик и светостойкости окрашенных покрытий, подвергающихся УФ-облучению.
Известно, что вид и массовая доля пигментов оказывают значительное влияние не только на цвет готового покрытия, но и на его укрыви-стость, устойчивость к действию атмосферных факторов, химических реагентов, высоких температур и других эксплуатационных характеристик.
Наиболее приемлемыми для полиуретановых покрытий являются неорганические пигменты. Однако использование их в виде порошка неудобно, что обусловлено сложностью полного диспергирования красителя в объеме полимера. Частички красителя могут слипаться, что приводит к возникновению разводов, тусклости и неравномерности окраски.
Для предотвращения данных проблем целесообразно использовать колеровочные пасты, представляющие собой дисперсии пигментов в веществах, легко совмещающихся с окрашиваемым полимером, равномерно распределяющихся по всему объему будущего покрытия, не слипаясь и не оседая в его нижней части.
В качестве пигмента была выбрана колеровочная паста «Элакор-ПУ» (ООО «ТэоХим») на основе касторового масла пяти цветов: черная, желтая, зеленая, синяя и красная. В ходе экспериментального исследования содержание пигментов варьировалось на уровнях 1, 3 и 5 %.
В качестве базового состава для колеровки была использована разработанная на предыдущих этапах исследования [1] рецептура на основе местных для Республики Мордовия наполнителей (доломит и цеолит), обладающая более высокими упругопрочностными параметрами, чем про-мышленно выпускаемая композиция «Соверол-05» (ООО «Производственно-строительная компания «СтройПолиХим», г. Чебоксары).
Для исследования влияния стойкости разработанных пигментированных полиуретановых покрытий были проведены комплексные исследования по изменению упругопрочностных и декоративных характеристик под действием ультрафиолетового облучения. Интенсивность УФ-облучения составляла 60 Вт/м в диапазоне длин волн 250 ... 400 нм. В качестве источника света была использована ртутная лампа марки ДРТ-400, спектральное распределение энергии излучения которой наиболее близко к солнечной в УФ-области. Для выявления изменения цветовой окраски в
ходе экспериментального исследования фиксировалось изменение цветовых составляющих и яркости полиуретановых покрытий через 100, 300, 500, 700 и 1000 часов УФ-облучения.
Анализ результатов обработки экспериментальных данных показал, что пигменты оказывают неоднозначное воздействие на упруго-прочностные и декоративные характеристики полиуретановых композитов. В целом, введение пигментов приводит к снижению предела прочности ор и модуля упругости Ep при растяжении (таблица), что свидетельствует о необходимости оптимизации количества пигментов не только по декоративным параметрам, но и с учетом требуемого уровня упруго-прочностных характеристик. Повышение прочностных показателей по сравнению с контрольным составом наблюдается при использовании 5 % синего, 1 % черного и красного пигментов. Наибольшее снижение относительного удлинения при растяжении Д/р зафиксировано при введении 1 % черного и красного, а также 3 % синего и зеленого пигментов.
Воздействие УФ-облучения в течение 1000 часов приводит к снижению относительного удлинения практически для всех исследуемых составов, что свидетельствует об охрупчивании полиуретановых композитов. Наименьшие изменения деформативных характеристик наблюдаются для составов, обладающих наиболее низкими значениями относительных удлинений при растяжении контрольных образцов. Для большинства пигментированных композитов наблюдается незначительное изменение предела прочности при растяжении. Исключение составляют базовый состав и композит, содержащий 3 % синего пигмента. В числителе значений таблицы приведены для контрольных составов, в знаменателе - после 1000 часов УФ-облучения.
Для оценки изменения декоративных характеристик полиуретано-вых покрытий при действии УФ-облучения был использован программный комплекс «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» [2], анализ работы которого приведен в [3]. Данная компьютерная программа позволяет разбивать отсканированное изображение на CMYK-составляющие и определять значения цветовых составляющих в каждой точке (пикселе) исследуемой поверхности. Для оценки цветовых составляющих (голубой, пурпурной, желтой и черной) и яркости использовалась цветовая палитра с 256 цветами. Сканирование исследуемых образцов выполнялось с разрешением 2400 dpi. Размер анализируемой поверхности составлял 50х50 мм.
По полученным после использования программного комплекса результатам определялись [3] цветовые различия по насыщенности соответственно для голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости и цветовая насыщенность покрытия в целом. Количественное описание
цветового различия по насыщенности выполнялось путем сравнения исследуемого состава с абсолютно белым, имеющим максимальную (f (X)=100 %) плотность распределения при X = 255:
255
I (255 - Xpi) • /(Xpi)
Sp = -, (1)
p 255•100
где Xpi - уровень цветовой составляющей, изменяющийся от 0 до 255; f (Xip) - плотность распределения.
Упругопрочностные характеристики пигментированных полиуретановых покрытий
Вид Исследуемая Содержание пигмента, %
пигмента хар актеристика 0 1 3 5
О р., МПа 4,96 8,86 5,93 5,48 2,93 3,06 3,28 3,99
Черный Ер , МПа 26,04 47,31 32,75 31,59 17,11 18,97 13,45 23,86
л^., % 42,8 39,47 23,75 27,77 39,50 32,48 40,65 32,10
О р., МПа 4,96 8,86 3,03 3,79 4,19 4,94 2,48 2,52
Желтый Ер , МПа 26,04 47,31 16,52 22,78 24,04 28,78 15,80 16,15
л^., % 42,8 39,47 38,00 32,33 38,58 35,22 40,28 34,10
О р., МПа 4,96 8,86 3,28 3,64 4,43 5,14 3,94 3,85
Зеленый Ер , МПа 26,04 47,31 21,99 22,00 20,19 29,83 25,62 19,87
Л^., % 42,8 39,47 38,27 32,77 33,64 31,83 42,38 33,98
О р., МПа 4,96 8,86 2,28 2,25 3,51 1,91 6,03 5,94
Синий Ер , МПа 26,04 47,31 15,16 15,84 19,12 12,96 32,37 34,73
Л^., % 42,8 39,47 37,66 28,22 33,53 31,90 39,76 37,80
О р., МПа 4,96 8,86 6,17 6,91 1,91 1,66 3,39 4,09
Красный Ер , МПа 26,04 47,31 34,07 42,45 11,12 11,62 12,96 24,38
Л^., % 42,8 39,47 32,22 35,12 36,78 27,67 42,4 35,53
Цветовая насыщенность покрытия в целом по 4 цветовым составляющим и с учетом яркости определялась соответственно по формулам
-V ■V
-ШЛИ
^С
(2)
Ебжкн = д/5с + + + + '
где ^ и - цветовое различие по насыщенности для
голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости.
Как показали проведенные исследования (рис. 1), насыщенность цвета для контрольных составов наиболее интенсивно возрастает при увеличении содержания до 3 % для желтого и черного пигментов и до 1 % для синего, зеленого и красного. Дальнейшее увеличение доли пигмента (до 5 %) не приводит к существенному изменению данных характеристик.
Анализ обработки экспериментальных данных показал, что характер изменения насыщенности цвета в течение 1000 часов УФ-воздействия существенно зависит от вида и количества пигмента (рис. 2 - 4). С увеличением длительности экспонирования наблюдается снижение данной характеристики практически для всех пигментированных составов. Наиболее выраженные процессы характерны для красного и черного пигментов при степени наполнения 5 %. Наиболее устойчивыми к УФ-облучению оказались зеленый, желтый и синий пигменты. Даже после длительного воздействия облучения составы с этими пигментами практически не поменяли своих декоративных характеристик. Для контрольного состава насыщенность цвета лавинообразно повышается до 300 часов УФ-старения, стабилизируясь на последующем этапе.
и л
0 Ь
2 ё
= ^
1 £
= О
1,8 1,6 1,4 1Д 1
0,8 0,6
1— ч
/ . >—--
—I
- 1 1- " --А
2 3
Содержание пигментов, %
Рис. 1. Изменение насыщенности цвета (сучетом яркости)
в зависимости от вида и содержания пигментов: х - черный; А - зеленый; 0 - желтый; о - красный; □ - синий
Рис. 2. Изменение насыщенности цвета (сучетом яркости) под действием УФ-облучения для полиуретановых покрытий, содержащих черный пигмент
О 200 400 600 800 1000
Время воздействия УФ-облучения, ч.
Рис. 3. Изменение насыщенности цвета (сучетом яркости) под действием УФ-облучения для полиуретановых покрытий, содержащих зеленый пигмент
Время воздействия УФ-облучения ч.
Рис. 4. Изменение насыщенности цвета (с учетом яркости) под действием УФ-облучения для полиуретановых покрытий, содержащих красный пигмент
Проведенные исследования изменения упругопрочностных и декоративных характеристик окрашенных полиуретановых композитов под действие УФ-облучения свидетельствуют о необходимости комплексного подхода к выбору пигментов, так как именно от них в дальнейшем будет зависеть не только внешний вид покрытия, но и его эксплуатационные характеристики.
Список литературы
1. Селяев В.П., Низина Т.А., Егунова Е.А. Разработка полиуретановых покрытий на основе местных наполнителей Республики Мордовия // Сб. материалов. X Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии». Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 84 - 85.
2. Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий / В.П. Селяев [и др.] // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006610820 от 28.02.2006 г. в Роспатенте по заявке №2005613472 от 29.12.2005 г.
3. Низина Т.А. Защитно-декоративные покрытия на основе эпоксидных и акриловых связующих. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. 258 с.
V.P. Selyaev, T.A. Nizina, E.A. Egunova
ANALYSIS OF CHANGE OF USE FEATURES PIGMENTED POLYURETHANE COMPOSITES EXPOSED UV IRRADIATION
Results of researches of strength and decorative characteristics of polymeric coverings with pigments which were exposed to a ultra-violet irradiation are resulted. Optimum concentration of pigments of 5 various colors are received.
Key words: protectively-decorative coverings, kompozity, decorative characteristics, a color saturation, firmness to vozdej-stviju Uf-irradiations.
Получено 16.09.11
УДК 539.384.6
Г.И. Самсоненко, асп., (4872) 33-47-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А. А. Трещёв, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-54-58, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ИЗГИБ ТОНКИХ КОЛЬЦЕВЫХ ПЛАСТИН ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ РАЗНОСОПРОТИВЛЯЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО ЗАГРУЖЕНИЯ
Рассмотрен изгиб тонких кольцевых пластин из разносопротивляющихся материалов, обладающих цилиндрической анизотропией, под действием температурного и механического загружения. Приведены разрешающие уравнения изгиба и результаты исследования напряженно-деформируемого состояния пластин.
Ключевые слова: разносопротивляемость, термоупругость, анизотропия, пластина.
Рассматривается осесимметричная задача об изгибе тонкой кольцевой пластины, выполненной из анизотропного разносопротивляющегося материала. Пластина принимается радиусом г и с отверстием радиусом а, толщина пластины И назначается достаточно тонкой, чтобы можно было использовать классические гипотезы Кирхгофа - Лява. Пластина работает в условиях загружения поперечной равномерно-распределенной нагрузкой q, а также в условиях перепада температуры по ее толщине. Рассматривается несвязанная задача термоупругости.
110
