CC BY
52
АНАЛИЗ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИЙ И СТРУКТУР СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Старов В.Н., профессор, д.т.н., профессор, Калач А.В., заместитель начальника института по науке, д.х.н., доцент, Хаустов С.Н., начальник кафедры, к.т.н., ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС
России, г. Воронеж
Лагунов В.С. д.т.н., Воронежский государственны технический
университет, г. Воронеж
Приведен анализ свойств, конструкций, структур специальных полимерных материалов для разных технологий их получения, включая комбинированные внешние воздействия на структуры.
Проведем анализ основных направлений изготовления узлов и деталей на основе композиционных полимерных материалов (КПМ) на примере фторопласт-4 (обозначен как Ф-4). Учтем позиции классификации КПМ на три большие группы в виде: чистого фторопласта, композиций на основе фторопласта - 4 и компонентов с покрытиями из фторопласта - 4. Особо остановимся на толсто- и тонкослойных покрытиях, основой которых является материал фторопласт-4.
Технологические процессы создания деталей из КПМ сложны, поэтому существует много технологий получения фторопластовых композиций. Структуры композиций во многом определяются способом получения переходного слоя, в зависимости от которого выбирается конструкция детали, отдельного фторопластового покрытия и композиции в целом.
Покрытия деталей машин фторопластом принято условно делить на толстослойные (размером свыше 1 мм) и тонкослойные, имеющие толщину менее 1 мм. Для получения толстослойных покрытий на подложках требуется выполнить несколько операций. Одной из них, как правило, общей для всех, является получение адгезионного переходного слоя.
На рис 1. приведена схема строения покрытия, получаемого из блочного фторопласта-4 с пористым слоем на его поверхности, соединяемой с подложкой. В этом случае переходный пористый слой 2 представляет собой систему сообщающихся пор, полученных различными способами на одной из сторон блочного фторопласта. Закрепление полимера на подложке 3 происходит при помощи связующего клея, резины, которые проникают в поры и создают с ними каркас зацепления.
Помимо пор соединяемые поверхности можно активировать, что облегчит их контактные процессы. Схема строения покрытия на основе блочного Ф-4 (1) с активированной поверхностью (2) представлена на рис. 2.
1 2 3
Рис. 1. Строение покрытия из блочного фторопласта-4 с пористым слоем: 1 -фторопласт - 4; 2 - переходный пористый слой; 3 - Подложка Структура этого покрытия схожа со структурой покрытия, описанного выше. Здесь неровности адгезионного блочного фторопласта-4 взаимодействуют с неровностями поверхности, между ними происходит механическое заклинивание, т.е. полученным адгезионным слоем 2 полимер крепятся на подложке 3. Активизация поверхности полимера происходит под воздействием коронного электрического разряда или воздействием на Ф-4 паров лития в вакууме [2].
Рис. 2. Строение покрытия на основе блочного фторопласта-4 с активированной поверхностью:1 - фторопласт-4; 2 - адгезионный слой; 3 -
подложка
Иная схема строения представлена на рис. 3. Схема этого покрытия сложная: блочный фторопласт-4 (1), на одну из поверхностей которого нанесена смесь из высокодисперсных порошков металлических частиц неправильной формы.
Рис. 3. Строения покрытия с переходным слоем из частиц металла, внедренных в полимер: 1 - фторпласт-4; 2 -опрессованные частицы металла
в полимер; 3 - адгезия; 4 - подложка В поверхностный слой полимера частицы внедряют при помощи прессования или вдавливания. Закрепляется покрытие 1 с подложкой 4 благодаря активированной поверхности 3, создаваемой на поверхности подложки при помощи наносимого слоя [3].
На рис. 4 представлена схема соединения подложки 3 с Ф-4 (поз. 1) и с переходным металлическим слоем 2. В отличие от предыдущей схемы переходный слой 2 формируется на поверхности подложки 3, а в дальнейшем на него производится напрессовка блочного фторопласта-4. По
этой схеме в переходном слое применяют частицы меди, бронзы, железа, приваренные или припаянные к металлической подложке [3].
Рис. 4. Строение покрытия с переходным металлическим слоем: 1 - блочный фторопласт-4; 2 - переходный металлический слой; 3 - подложка.
Строение переходного слоя по схеме, представленной на рис. 5, получено комбинированным способом. Вначале на подложку 4 электролитическим способом наносят частицы полимера 2, затем они закрепляются слоем 3 электролитически осажденного металла. Сверху полученного переходного слоя накладывают блочный фторопласт 1. Цельность покрытия получают совместным прессованием всех слоев, затем проводят их спеканиеу
14
Рис. 5. Строение покрытия с комбинированным переходным слоем: 1 -блочный фторопласт-4; 2 - частицы полимера; 3 - слой металла; 4 -
подложка
Как видно из анализа приведенных выше схем для получения композиций и создания покрытий со сложной структурой требуется следующее: определенная толщина пленочного фторопласта- 4; специально подготовленная подложка. Технология получения таких покрытий требует наличия подложки плоскостных или иных форм. В итоге имеем технологический цикл из трудоемких операций.
Выделим недостатки таких видов покрытий. Это материалоемкость, трудоемкость, энергоемкость, ограниченность ассортимента изделий, наличие значительного по толщине переходного слоя со связующими, неравномерность свойств покрытия по толщине и другие.
Многих указанных недостатков лишены тонкослойные покрытия. Они представляются нам наиболее перспективными для уплотнительных и триботехнических узлов. Такие покрытия более эластичны и как показывает анализ существующих способов их получения, они более технологичны.
Существует несколько основных способов получения тонкослойных покрытий. Одним из самых сложных процессов получения покрытия является процесс многократного нанесения и термической обработки полимера.
Несмотря на то, что данным способом возможно получать сложные геометрические формы покрытия, этот процесс не получил широкого распространения на практике.
Сущность другого процесса заключается в том, что на предварительно обработанную песком поверхность подложки наносят тонкий слой суспензии или фторопластового лака, затем проводят термообработку. Процесс повторяют несколько раз до получения монолитного слоя нужной толщины. Суспензия или лак проникают в микронеровности на пескоструйной поверхности подложки, а при термообработке происходит контакт между подложкой и полимером.
Этим способом можно получать тонкослойные покрытия сложной формы, однако такая технология сложна, трудоемка, а в процессе активирования поверхности полимера происходит значительное выделение токсичных веществ. В связи с недостатками, присущими данным технологическим способам, они не получили широкого применения.
По мнению многих исследователей [3] и нашему тоже, перспективными видами покрытий являются комбинированные покрытия на основе фторопластовых волокон. Технология получения таких покрытий имеет несколько вариантов, рассмотрим основные из них.
На рис. 6 представлена схема строения покрытия на основе фторопластовых волокон. На фторопластовую пленку 1 укладывают во взаимно перпендикулярных направлениях фторопластовые волокна 2. Поверх укладывают слой из скрученных волокон термопластического полимера 3.
Слои волокон пропитывают винилфенольной смолой 4. Полученный пакет закрывают сверху пленкой из фторопласта-4. Затем проводят полимеризацию связующего. После удаления полимерных пленок готовое покрытие можно применять в изделиях.
Недостаток такого типа покрытий в том, что взаимодействие между фторопластовыми волокнами и волокнами термопластичного полимера происходит через связующее. При этом у такого типа покрытий после отвердения связующего отсутствует эластичность и при приложении значительных нагрузок, а также при перепаде температур происходит расслоение материала [3].
Рис. 6. Схема покрытия на основе нескрученных фторопластовых волокон: 1 -пленка фторопласта-4; 2 - фторопластовые волокна; 3 - волокна термопластического полимера; 4 - связующее.
Таковы некоторые особенности свойств материалов изготовленных из композиционных полимеров.
Список литературы
1. Козлов Г.В. Ангармонические эффекты и физико-механические свойства полимеров. [Текст]. Г.В. Козлов, Д.С. Солдатов. - Новосибирск: Наука, 1994. - 257с.
2. Лагунов В.С. Системные исследования структурированных полимеров. Монография. [Текст]. В.С. Лагунов, В.Н. Старов, Е.А. Бойков. - Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. - 151 с.
3. Цисман В.А. Химия и технология полимеров. [Текст]. В.А. Цисман. - М.: Химия, 1984. - 121 с.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИНЖЕНЕРНОЙ ОБСТАНОВКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЯДЕРНЫХ СРЕДСТВ ПОРАЖЕНИЯ
Хаустов С.Н., начальник кафедры, к.т.н., ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
Методика оценки инженерной обстановки при воздействии ядерных средств поражения (ЯСП) зависит от вида воздействия и соответственно математических моделей прогнозирования последствий ЧС военного времени.
В основу математических моделей прогнозирования последствий ЧС военного времени положена причинно-следственная связь двух процессов: воздействия поражающих факторов на объект и сопротивления самого объекта этому воздействию. Оба эти процесса носят ярко выраженный случайный характер.
К основным факторам, влияющим на последствия ЧС относятся: интенсивность воздействия поражающих факторов; размещение города, НП относительно очага воздействия; характеристики грунтов; конструктивные решения и прочностные свойства зданий и ЗС; плотность застройки и расселения людей в пределах города, НП; размещение людей в зданиях, ЗС в течение суток и в зоне риска в течение года. Перечисленные характеристики называют пространственно-временными факторами. В качестве поражающего фактора при расчете последствий ЧС принимают фактор, вызывающий основные разрушения и поражения при воздействии ЯСП.
Воздействия, связанные с ЧС военного времени, описывают в виде аналитических, табличных или графических зависимостей. Эти зависимости позволяют определить интенсивность поражающих факторов той или иной ЧС в рассматриваемой точке. Зависимости, определяющие поля поражающих факторов при прогнозировании последствий ЧС, называют моделями воздействия, имея в виду, что они характеризуют интенсивность и масштаб воздействий.
Процесс сопротивления воздействию описывается законами разрушения и поражения. Законы разрушения характеризуют ущерб
