CC BY
153
рофобной. Краевой утл смачивания зависит от шероховатости и температуры смачиваемой поверхности, содержания поверхностно-активных веществ в жидкости или на поверхности материала. При этом известно, что на гидрофильных поверхностях увеличение температуры приводит к улучшению смачиваемости (уменьшение б), а на гидрофобных — к ухудшению смачиваемости (увеличение в); увеличение шероховатости твердой поверхности увеличивает и ее смачиваемость, т. е. снижает значение б.
Для того чтобы создать условия хо-
рошего адгезионного взаимодействия, необходимо осуществлять целенаправленный подбор клея и наполнителей с требуемыми физико-химическими свойствами. Значительная роль при этом принадлежит таким показателям, как полярность, водородный* показатель и диэлектрическая проницаемость. Более высокая совместимость достигается, если данные свойства у клея и субстрата являются близкими. Наиболее стабильной является химическая связь. Согласно правилу Дебройна силы адгезии максимальны при одинаковой полярности контактирующих поверхностей.
ЬИЬЛИО)ТАФНЧНСКИЙ список
1. Берлин А. А., Васин В. Е. Ооюны а,чгезии полимеров. 2-е код. М. Химия, 1974. 39! с.
2. Ерофеев В. Т. Рациональные виды строительных материалов и изделий на основе каркасных бетонов // Вести Мораов. ун-та. 1992. № 1. С. 45 — 49.
3. Зимон А. Д. Алания жидкости и смачивание М.: Химия, 1974. 416 с.
4. Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в порно ой среде. М.: Гостехиздат, 1947. 244 с.
5. Липатов Ю. С. Межфазные явления в полимерах. Киев: Пауковв думка, 1980. 260 с.
Ч
6. Магрунов М. А-, Гафуров А^ У марсе А. В.
Расчет расстояния между частицами наполнителя в композиционном материале // Пластические массы. 1983. № 9. С. 59 — 60.
7. Симонов-Емельянов И Д., Кулеэнев В. Н„ Трофимичева Л 3. Обобщенные параметры напол-
ненных полимеров // Пластические массы. 1989. N9 I. С 19 - 22.
8. Соломатов В. И. Элементы Общей теории
композиционных строительных материалов // Изв
вузов. Сер. Строительство и архитектура. 1980 № 8. С. 61 — 70.
9. Соломатов В. И. Технология палимербетонон и армополимербегонных изделий. М.: Стройиздаг. 1984. 144 с.
10. Соломатов В. И., Бобрыгаев А. Щ Хим млер К. Г. Полимерные коотаздионные материалы в строительстве / Под ред. В. И. Соломатова М.: Стройиадат, 1988. 312 с.
11. Хгарцин А. Н. Плотность упаковки часгиц наполнителя в компоемдиях // Пластические массы.
1989. № 1. С 46 — 48.
12. Хейфсц Л И, НеАмарк А. В. Мн<м\)фаз-ные процессы в пористых средах. М.: Химия, 1982. 320 с.
ДЕМПФИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. Д. ЧЕРКАСОВ, кандидат технических наук
Полимерные композиционные материалы находят широкое применение в элементах различных конструкций, воспринимающих и рассеивающих определенную часть подводимой механической энергии. В связи с этим представляет практический интерес изучение демпфирующих свойств данных материале)», оцениваемых следую-
щими характеристиками: коэффициентом потерь п, тангенсом угла потерь у, логарифмическим декрементом колебаний д. Все эти характеристики связаны между собой следующим соотношением:
Эффективность вибропоглощения материала принято оценивать модулем потерь, представляющим собой произведение коэффициента потерь на модуль упругости.
Полимерные композиционные материалы представляют собой гетерогенные, ге~ терофазные системы, свойства которых зависят от свойств исходных компонентов и параметров образующейся структуры. В композиционных материалах различают несколько структур [3]. С практической точки зрения достаточно рассмотреть микро- и макроструктуру. Микроструктура образуется при смешивании вяжущего и дисперсного наполнителя. В качестве ее обобщенных параметров используют степень наполнения, дисперсность и активность наполнителя. Макроструктура характеризуется следующими параметрами: объемными долями связующего и заполнителя, упаковкой заполнителей.
Для установления влияния параметров структуры на демпфирующие свойства композиционного материала рассмотрим последовательно его структуры. Микроструктуру /Полимерного композиционного материала представим в виде непрерывной фазы — полимерного связующего, в котором регулярно расположены частицы наполнителя в виде сфер усредненного диаметра (1 ж Ырп 5, выраженного через дисперсность Б. Макроструктуру полимерного композиционного материала также можно представить в виде непрерывной фазы — наполненного полимерного вяжущего с регулярно расположенными в ней частицами крупного заполнителя сферической формы размером
Рассмотрим микроструктуру полимерного композиционного материала. В зависимости от содержания наполнителя композиционные материалы подразделяются на малонапалненные и высоконаполнен-ные [31. Это обстоятельство отражается на анализе демпфирующих свойств ком-позюдионных материалов. Модель малона-полненного композиционного материала (у -0 + 0,35) правильнее представить в виде изолированного упругого сферического включения, окруженного слоем матрицы и помещенного в бесконечную изотропную среду с искомыми эффективными характеристиками (1 Модуль потерь и коэффициент потерь при объемном сжатии для малонаполненного композиционного материала при использовании выше-
рассматреннои модели имеют следующий вид:
Кщ+
(Кп - Кт)У
1+(1 9
г '
1+
Вь
Пк — Пт
1УС+ (1-и)
1 +
Иь
(1)
где Кт% Кп, —* соответственно модули
потерь при объемном сжатии матрицы и наполнителя; V — объемное содержание наполнителя; п,п — коэффициент потерь полимерного вяжущего;
А
С
Кп
К 1ч
Кп
К
- 1; В = I +
4 С,
т
3 к
т
тг
т
- 1 : О = 1 +
4 От 3 Кт
снижаются с увеличением аадерж
дбл
Анализ вырикений (I) показывает, что при Кп < Кт, т. е. в случае применения
наполнителя с днссиплтивными свойствами ниже, чем у полимерного вяжущего, модуль потерь и коэффициент потерь мало-наполненного композиционного материала
жания наполнителя. Таким образом, в Области ма-лого наполнения вибропоглощающие свойства полимерны* композиционных риалов малоэффективны и определяются в основном диссипативными свойствами полимерного вяжущего. Высоконаполнен-ные композиционные материалы характеризуются содержанием наполнителя в
пределах у *= 0,3 + 0,7. У этого типа материалов с увеличением содержания наполнителя отдельные его частицы сближаются й их граничные слои начинают взаимодействовать между собой, образуя в зазорах между частицами пленочную структуру матрицы. Диссипация энергии и упругая энергия у высоконаполненных композиционных материалов будут сосредоточены в областях контакта частиц (41 Модель такого композита правильнее представить в виде двух частиц, контактирующих через пленку полимерного вяжущего.
Из рассмотрения деформирования такой модели определяются модуль потерь и
коэффициент потерь4, имеющие следующий вид:
г
Ек = Е
т
к; пк = пт,
(2)
где к — 1 +
А
1 +
1
(0,637 /V) 1/з- 1 '
а
диаметр частиц наполнителя; А
толщина полимернои пленки,
В области высокого наполнения демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов определяются в основном диссипативными свойствами полимерного вяжущего. Модуль потерь полимерного композиционного материала
в области высокого наполнения повышает-
' * 9
ся с увеличением содержания наполнителя и достигает максимального значения при концентрации, близкой к предельной, что приводит к повышению эффективности вибропоглощеиия. Таким образом, на уровне микроструктуры демпфирующие свойства полкдерных композиционных материалов определяются диссипативными свойствами полимерное вяжущего. Наиболее эффективные вибропоглощающие свойства полимерных композиционных материалов наблюдаются в области высокого наполнения. Для повышения эффективности вибропоглощения необходимо применять наполнители, способствующие увеличению модуля потерь.
Демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов на уровне макроструктуры предпочтительнее описывать Моделями композиционных материалов с концентрацией заполнителя, близкой к предельной 12). Для таких моделей модуль потерь и коэффициент потерь имеют следующий вид:
С
т
к ,
Ш
где к
Пк = Пт,
9
Зл
Г/31
; V и УтНе-
соответственно концентрация и предельна* концентрация заполнителя.
Из полученных выражений видно, что демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов на уровне макроструктуры определяются диссипативными свойствами матрицы, т. е. полимерного вяжущего. Заполнитель необходим
для повышения эффективности вибропоглощения, т. е. повышения модуля потерь.
Аналитический анализ демпфирующих свойств полимерных композиционных материалов показал, что для этого типа композиционных материалов они определяются диссипативными свойствами полимерного вяжущего. Наполнители и заполнители практически не влияют на коэффициент потерь композита, но могут существенно изменять его модуль упругости и модуль потерь. Поэтому для вибро-поглощающих полимерных композиционных материалов необходимо подбирать такие наполнители и заполнители, которые увеличивают модуль потерь. В подтверждение этих выводов проведены экспериментальны^ исследования по установлению влияния свойств исходных материалов и образующихся структур на демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов.
Нами было изучено влияние дисеипа-тивных свойств полимерного вяжущего на демпфирующие свойства композицион ных материалов. Результаты исследований показали, что демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов существенно зависят от диссипа-тивных свойств полимерного вяжущего (табл. 1).
Применение в качестве вяжу] лимерных смол, обладающих более высокими диссипативными свойствами, приводит к повышению коэффициента потерь композиционного материала на всех уровнях структур.
Потери в наполнителе и заполнителе слабо влияют"на коэффициент потерь полиме,
» • ___
Их введение в полимер увеличивает модуль упругости и соответст^ эенно модуль „потерь композиционного материала. Поэтому для увеличения эффективности вибропоглощения необходимо применять наполнители и заполнители* способные значительно повысить последний показатель. Для выявления таких наполнителей были исследованы различные минеральные порошки (табл. 2), отличающиеся формой частиц и свойствами минерала. По форме частиц они подразделяются следующим образом: зернистые (маршалит), пластинчатые (слюда, графит), игольчатые (диатомит).
[мерного композиционного материала (см. таол. 1).
Таблица 1
[/емпфирукхцие сшодсгла
на эпоксидных н
вомгаяиционных материалов пмофирных смолах
Показатели свойств композита
Вид материала
Эпоксидная смола ЭД-20 Полиэфирная смола ПН-609~21М
Эпоксидная смола, наполненная маршал итом (и « 0,6) Полиэфирная смола, наполненная
марш%яйтом (V ш 0,6 )
*
Эпоксидный полимербетон на гранит-
г
ном щебне (V = 0,55)
Полиэфирный полимербетон на гранитном щебне (V ~ 0,55 )
0,032
0,051
0,0224
0,036
0,021
0.032
124
163
146
342
307
Таблица 2
Влитие наполнителей на демпфирующие свойства эпоссодного
композиционного материала
щшт---
• ■ г
Вид нанолнитечя
Показатели свойств композита
/ '
♦ в*
о •
коэффициент яфгерь (п> при яфй центрами и* наполнителя
увеличение модуля потерь (Ек /ЁпЦ при концентрации
напблнителя
Диатомит Слюдяная мука Гр***т
Маршалит Термолит
По свойствам минерала наполнители подразделяются на имеющие свободный валентности для связи с полимером и инертные. К первым относятся пластинчатые (листоватые), игольчатые (нитевидные) минералы „ ко вторым — зернистые и легкие напрМители. Характерными представителями первого типа явлйются асбест, слюда и различные глины. Исследования демпфирующих свойств полимерных композиционных материалов с данными наполнителями (см. табл. 2) показали, что в области малого наполнения о!» снижают коэффициент потерь и слабо влияют на модуль потерь, а в области высокого наполнения увеличение количества наполнителя практически не измена-
1--0.3 1 V - 0,3 V т
0,024 " 0,024 0,88 9
0,0255 0,0255 * 0.8 »• 1,2
0,026 0,026 0,82 1,»
0.024 0,024 0,82 1,06
0,028 0,028 0.8 1,(М Г
Г"
* _
ет коэффициент потерь, но су$й&твеиио увеличивает модуль потерь к&^тдзита.
Наибольшее повышение.лослсднего показателя наблюдается при введешь* в полимер наполнителей игольчатой * пластинчатой формы.
Пористые наполнители (термолит П « 80 %) слабо влияют на модуль потерь композиционного материала, что делает его вибропоглощающие свойства малоэффективными (см. табл. 2). . Таким образом, для получения композиционных материале* с эффективными вибропоглощающими свойствами необходимо применять наполнители, имеющие свободные валентности для связи с по-
9
лимером.
Плотные заполнители в полимерных коэффициент потерь, но существенно композиционных материалах при плот- увеличивают модуль потерь материала ных упаковках практически не влияют на (табл. 3). /
Г i б л и ц а 3
■
Демпфирующие свойства эпоксидного иолимербетона на равличных заоолютежх
Вид заполнителя
Гранитный щебень Мраморный щебень Керамзитовый гравий
Показатели свойств иолимербетона
коэффициент потерь по при со держании заполнителя
V - 0,5_______
0,021 0,022 0,025
- 0,6 0.02! 0Т022 0,025
увеличение модуля потерь (Ei?/Em) при содержании за
лолнителя
v - 0,6
1.8 1,6 0,82
2,03 1,95 0,80
Пористые заполнители незначительно повышают коэффициент потерь композиционных материалов, но снижают модуль потерь. Наибольшее и\) увеличение происходит при гранитном заполнителе.
Таким образом, экспериментальные исследования полностью подтвердили выводы аналитического анализа демпфирующих свойств полимерных композиционных материалов.
киьлиографичьский список
1. Гошыман А. Я. Нрошозирокиме деформаци-онно-прочноетных свойств полимерных и композиционных материалов. Л Химия, 1988. 272 с.
2. Мристенсен Р. Введение в механику композита* М.: Мир, 1982. 334 с.
3. Полимерные композиционные материалы в
строителстве / В. И. Соломатов, А. Н. Бобры«jcb, К. Г. Химмлер. М.: Стро^адат, 1М8. 312 с.
4 Расчет мехатчоских характеристик композита на основе микросфер / М. 3. Канович. М. А. Колтунов, В. А. Попов и др. // Механика полимеров. 1977. N? 2. С. 225 — 230.
м V
дддддддддлдддддддддддддддддддддддддддддддд
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ УПРАВЛЕНИЯ
Ю. П. СОНИН, доктор технических наук
Бесконтактный асинхронизированный вентильный двигатель (БАВД) реализуется на базе бесконтактной машины двойного шпания (БМДП). БМДП представляет собой каскад из двух асинхронных машин (АМ) на общем валу с ааектрическим соединением обмоток роторов. Обмотки роторов соединяются между собой с прямым
(параллельный каскад) или с обратным (последовательный каскад) порядком чередования фаз и не имеют выводов на контактные кольца. Конструктивно БМДП могут иметь однокорпусное или совмещенное исполнение (совмещенный магнито-провод). Принципиально БАВД может быть осуществлен как на параллельном.
