CC BY
40
УДК 621.7.043
ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТВЕРДОФАЗНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДА С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ ЗАГОТОВКИ
© П.В. Комбарова, Г.С. Баронин, С.Н. Хабаров
Ключевые слова: обработка давлением в твердой фазе; полиамид; нанокомпозит; пластическое деформирование; твердая фаза; релаксационные свойства.
На основе изучения релаксационных свойств ПА-нанокомпозитов, полученных твердофазной экструзией, выявлены закономерности формирования эксплуатационных свойств нанокомпозитов.
Снижение затрат электроэнергии и материальных ресурсов при производстве изделий становится на сегодняшний день самой актуальной задачей отечественной промышленности. Выполнение этой задачи возможно с помощью разработки и внедрения новых технологий получения и обработки изделий из полимеров [1]. В частности, замена металлических деталей и узлов машин и оборудования полимерными весьма актуальна в связи со снижением общей массы и стоимости машин, а также повышением экологической чистоты производства.
В настоящее время широко используются способы изготовления полимерных изделий методами литья под давлением и экструзии [2]. При этом способам твердофазной обработки полимеров уделяется недостаточное внимание. Технологии обработки давлением в твердой фазе позволяют повысить прочность и износостойкость материала изделий, существенно сократить технологический цикл формования, повысить производительность и частично решить проблему отходов [3]. К недостаткам технологии можно отнести необходимость использования высокого давления, применяемого для оформления заготовки в изделия, и связанное с этим формирование повышенных ориентационных остаточных напряжений, которые, в свою очередь, снижают размерную стабильность изделий. В данной работе предложен метод устранения указанных недостатков с помощью технологической операции предварительной пластификации заготовок до обработки давлением в твердой фазе [4].
В качестве матрицы объекта исследования был использован полиамид (ПА-6), ГОСТ 10589-87 с изм. 1, 2. Для изготовления композитов применялся углеродный наноматериал (УНМ) «Таунит» производства ООО «Нанотехцентр» г. Тамбов [1].
Для предварительной пластификации (набухания) образцов полимерного нанокомпозита применялся ацетон (ГОСТ 2768-84).
Для определения внутренних ориентационных напряжений в образцах из нанокомпозитов на основе ПА-6, полученных обработкой давлением в твердой фазе, использовали метод построения диаграмм изометрического нагрева (ДИН). Исследования проводили
на специально разработанной экспериментальной установке [5].
Опыты по обработке давлением в твердой фазе проводили при комнатной температуре (295 К), с предварительным нагревом образцов в термошкафе на воздухе (323 К) и с предварительной выдержкой в нагретом до 323 К пластификаторе (от 1 до 40 мин.).
Из полученных экспериментальных данных (табл. 1) следует, что обработка давлением в твердой фазе полимерного нанокомпозита при температуре окружающей среды нецелесообразна, т. к. образцы получаются с низкой теплостойкостью (335 К) и высокими ориентационными напряжениями (1,53 МПа). Предварительный нагрев заготовки до 323 К не повышает теплостойкость, но снижает внутренние ориентационные напряжения. Результаты исследования с постепенным увеличением времени предварительной пластификации показывают, что в этом случае происходит постепенный рост теплостойкости и снижение ориентационных напряжений, так как выбранные технологические режимы пластического течения и скольжения материала
Таблица 1
Теплостойкость и величина внутренних остаточных напряжений образцов полимерной системы ПА-6 + 0,05 мас. част. УНМ, прошедших обработку давлением в твердой фазе
Технологические режимы обработки давлением в твердой фазе ПА-6 + 0,05 УНМ Время процесса, мин. Тепло- стой- кость, К Внутренние напряже- ния, МПа
Без нагрева 0 335 1,53
Нагрев 323 К 30 332 0,85
1 330 0,87
Предварительная пластификация при 323 К 5 350 0,77
10 330 0,54
20 351 0,32
30 328 0,25
40 312 0,33
2369
во время обработки давлением в твердой фазе формируют структуру с низким уровнем внутренних напряжений. Установлено, что при выдержке в течение 3040 мин. теплостойкость падает. Таким образом, оптимальными технологическими параметрами обработки являются пластификация при 323 К в течение 20 мин. (рис. 1).
Применение дополнительной стадии пластификации материала и наличие углеродного наномодификатора позволяет устранить недостаток обработки давлением в твердой фазе, связанный с образованием высоких ориентационных напряжений и существенно (до 16о) повысить теплостойкость образцов полимерной системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Промышленные технологии и инновации. Оборудование для наноиндустрии и технология его изготовления: учеб. пособие / А.Г. Ткачев, И.Н. Шубин, А.И. Попов. Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. С. 3.
2. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров / пер. с англ. Ю.В. Зеле-нева, Б.П. Пашинина. М.: Химия, 1965. С. 11.
3. Баронин Г.С. Физико-химические и технологические основы переработки полимерных сплавов в твердой фазе: дис. ... д-ра техн. наук / Баронин Геннадий Сергеевич. Тамбов, 2003. 413 с.
4. Патент РФ № 2446188 Баронин Г.С., Дмитриев В.М., Ткачев А.Г., Комбарова П.В., Завражин Д.О., Кобзев Д.Е. Способ подготовки
заготовок из полимерных композиционных материалов для обработки давлением в твердой фазе. Заявка № 2010108492 от 09.03.2010.
5. Установка для определения остаточных напряжений в ориентированных термопластах / Ю.М. Радько, Е.В. Минкин, М.Л. Кербер, М.С. Акутин // Завод. лаб. 1980. № 7. С. 669-670.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Госзадания ФГБОУ ВПО «ТГТУ» на 2012-2014 гг., код проекта 3.4037.2011.
Поступила в редакцию 15 мая 2013 г.
Kombarova P.V., Baronin G.S., Khabarov S.N. ENERGY-SAVING TECHNOLOGY OF SOLID-STATE PRODUCTION OF NANOCOMPOSITES BASED ON POLYAMIDE WITH PRE-PROCESSING OF BLANKS
Based on the study of the relaxation the properties of PA-nanocomposites obtained solid extrusion, the regularities of the formation of operational properties of nanocomposites are revealed.
Key words: pressure treatment in solid phase; polyamide; nanocomposite; plastic deformation; solid phase relaxation properties.
2370
