CC BY
38
4.Тюрин С.Ф. Проблема сохранения функциональной полноты булевых функций при «отказах» аргументов //Автоматика и телемеханика. - 1999. - № 9. - С.176-186.
5.Тюрин С.Ф. Моделирование отказов функционально-полного толерантного элемента на основе КМОП транзисторов /С.Ф.Тюрин, О.А. Громов //Радюелетроны i комп'ютерн системи. - 2010. - №5. - С.247-250.
List of references:
1. Tyurin S.F. Functionally complete tolerant boolean functions // Science and Technology in Russia. - 1998. - № 4. - With.7-10.
2. Tyurin S.F. The synthesis of adaptive digital hardware failures with redundant basis functions // Instrument engineering. - 1999. - № 1. - With.36-39.
3. Tyurin S.F. Adapting to failures odnovyhodnyh schemes for function generator with functionally complete tolerant elements // Instrument engineering. - 1999. - № 7. - With .32-34.
4. Tyurin S.F. The problem of maintaining the functional completeness of boolean functions in the "failure" of arguments // Automatics and Teleautomatics. - 1999. - № 9. - With .176-186.
5. Tyurin S.F., O.A. Gromov Modeling functionally complete tolerant element based on CMOS transistors // Radioelectronic and computer systems. - 2010. - № 5. - With. 247-250.
УДК 678.5/6:677.4:538.12
И. В. Черемухина
канд. техн. наук, доцент, кафедра «Машины и аппараты химических производств», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина»
В.Н. Студенцов
д-р техн. наук, профессор, кафедра химической технологии, Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина»
М.О. Ибаев
магистрант, кафедра химической технологии, Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Ю.А. Гагарина»
ФИЗИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ В ТЕХНОЛОГИИ НАПОЛНЕННЫХ РЕАКТОПЛАСТОВ
Аннотация. Проанализировано влияние ультрафиолетового излучения, постоянного электрического поля и вибрации на кинетику отверждения армированной эпоксидной смолы, на свойства получаемых полимерных материалов.
Ключевые слова: армированные полимерные композиционные материалы, физическая модификация, постоянные магнитные поля, постоянные электрические поля.
I.V. Cheremouhina, Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
B.N. Stoudentsov, Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
M.O. Ibaev, Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
PHYSICAL MODIFIKASHION IN TECHNOLOGY OF REINFORCED CROSS-LINKED
POLYMERS
Abstract. Ultraviolet emission, constant electric field and vibration on kinetics of hardening of ep-oxy resign, reinforced by fibers, on properties of polymer composites influence is analyzed.
Keywords: reinforced polymeric composite materials, physical modification, constant magnetic fields, constant electric fields.
Композиционные материалы давно уже стали синонимом технического прогресса и их перспективность ни у кого не вызывает сомнений. Свойствам и строению этой группы материалов посвящено значительное количество научной, патентной и технической литературы. Между тем, многие вопросы, связанные с максимальной реализацией свойств этих материалов, всё ещё недостаточно разработаны.
Физическая модификация является технически простым, экономичным и эффективным приемом целенаправленного регулирования структуры и свойств полимерных композиционных материалов [1].
Все способы физической модификации в данной работе разделены на ориентирующие и энергетически подпитывающие воздействия.
Ориентирующие воздействия снижают подвижность молекул связующего, то есть такие воздействия эквивалентны понижению температуры, что приводит к преимущественному ускорению процесса сшивания, в результате чего увеличивается модуль упругости, разрушающие напряжения.
Воздействия второго типа - энергетически подпитывающие - повышают подвижность молекул связующего, такие воздействия эквивалентны повышению температуры. В этом случае происходит преимущественное ускорение линейного роста цепей, что сопровождается преимущественным увеличением ударной вязкости.
К первой группе физических обработок в данной работе относятся обработки при постоянных магнитных (ПМП), постоянных механических нагрузках и постоянных электрических полях (ПЭП). Во второй группе - энергетически подпитывающие воздействия имеют волновую природу, и к ним отнесены вибрационные, ультразвуковые воздействия, ультрафиолетовое излучение.
При получении образцов полимерных композиционных материалов (ПКМ) в качестве связующего использовали эпоксидиановую смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-93), от-верждаемую полиэтиленполиамином ПЭПА, (ТУ 6-02-594-85), а в качестве армирующих наполнителей - полиакрилонитрильный жгутик (ТУ 13-239-79), поликапроамидную, вискозную, базальтовую, стеклянную технические нити.
Для полученных материалов по стандартным методикам определяли следующие физико-механические характеристики:
- разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа, - а и, (ГОСТ 4648-93);
- разрушающее напряжение при растяжении, МПа - а р, (ГОСТ 11262-80 );
- модуль упругости при статическом изгибе, МПа - Е и ;
- ударная вязкость, кДж/м2 - а уд (ГОСТ 4647-80) ;
- твердость по Бринеллю, МПа - НБ (ГОСТ 4670-77);
- суточное водопоглощение, % - W (ГОСТ 4650-80);
- плотность, кг/м3 - р (ГОСТ 15139-81).
При обработке свежепропитанных связующим нитей постоянным магнитным полем наблюдается значительное упрочнение ПКМ. Хотя энергия постоянного магнитного поля невелика по сравнению с тепловой энергией (например для эпоксидной смолы при 27оС энергия ПМП напряженностью 3104 Э составляет всего несколько процентов от тепловой энергии) этого оказывается достаточным, чтобы в результате химической реакции отверждения происходила предпочтительно избирательная фиксация структуры, что сопровождается возрастанием степени ориентации в образующемся полимере. Энергия магнитного поля способствует образованию упорядоченной структуры, что проявляется в упрочнении ПКМ аи увеличивается на (34-127%), ар (26-49%), аУд (6-41%), Нб (2-33%),
Натяжение арматуры влияет на кинетику отверждения связующего и может рассматриваться как метод модификации наполнителя. Натяжение при отверждении способствует ускорению поперечной сшивки молекул связующего.
В изученных условиях величина натяжения армирующей нити практически не влияет на степень превращения связующего в сетчатый продукт. Подвижность полимерных цепей и сила натяжения армирующего наполнителя существенно влияют на характеристики пропитанных нитей. Линейная плотность обеих изученных нитей с увеличением силы натяжения понижается, так как связующее выдавливается из нитей, хотя углеродные нити остаются значительно более толстыми. Из гибкоцепных полимеров связующее выдавливается значительно сильнее и Ссв в большей степени зависит от натяжения, чем для жесткоцепных полимеров.
Исходные углеродные нити (ср = 650 МПа) прочнее исходного капрона (ср = 583 МПа), пропитка углеродной нити связующим с последующим отверждением в свободном состоянии (без натяжения) повышает их прочность на 58% (до 1030 МПа), а прочность капроновой нити в тех же условиях увеличивается на 30 % (до 760 МПа).
Удельное разрушающее напряжение пропитанных углеродных нитей под натяжением уменьшается, а пропитанных капроновых нитей проходит через максимум по мере увеличения силы натяжения. При этом все опытные значения сруд = ср/р изученных нитей значительно выше, чем у стали 45: сруд = 82. Для сравнения: сруд капрона и УКН составляют 511 и 433 соответственно.
Обработка препрега в ПЭП оказывает ориентирующее влияние на структуру связующего, эквивалентное понижению температуры отверждения. Такое воздействие способствует относительному ускорению того из двух конкурирующих процессов, который требует более низкой энергии активации. При отверждении более высокой энергии активации требует процесс линейного роста полимерных цепей, который сопровождается образованием редко сшитой сетчатой структуры. Следовательно, обработка в ПЭП должна приводить к преимущественному увеличению разрушающих напряжений при снижении удельной ударной вязкости. Такое заключение полностью справедливо для не наполненных реактопластов.
Анализ свойств армированных реактопластов показал, что обработка в ПЭП
приводит не только к повышению разрушающих напряжений при статическом изгибе, но и к улучшению других прочностных характеристик ПКМ: ауд, ар, Нв,. Наблюдаемые эффекты свидетельствуют о том, что ПЭП влияет не только на структуру матрицы, но и способствуют усилению адгезии между связующим и наполнителями.
Использование вибрационной техники позволяет при сравнительно небольшой мощности привода сообщать вибрирующим частицам получаемого материала весьма значительные знакопеременные скорости и ускорения, в результате чего в полимерах протекает целый ряд специфических физических и химических явлений, приводящих к интенсификации процессов переработки, повышению качества готовых изделий.
В принципе, ВО может оказывать двойственное влияние на свойства получаемых материалов: с одной стороны, она ускоряет проникновение связующего в пропитываемые нити, что положительно сказывается на свойствах ПКМ, с другой стороны, она нарушает компактность нити и этим может отрицательно влиять на характеристики получаемых материалов. Суммарный эффект зависит от преобладания того или иного влияния.
При увеличении прочностных характеристик с ростом частоты вибрационной обработки кратность увеличения относительного упрочнения отстает от кратности увеличения интенсивности (табл. 1). Кратность увеличения ауд выше, чем кратность увеличения ст и.
Таблица 1 - Взаимосвязь между увеличением интенсивности колебаний и увеличением прочностных характеристик ПКМ
Способ получения Защитный полимер Наполнитель Кратность относительного увеличения Си Кратность относительного увеличения ауд Изменение частоты Кратность увеличения интенсивности
СНК БУСТ Нитрон 5,0 4,5 33^60 9,2
СНК БУСТ Нитрон 2,0 1,6 66^100 5,4
СНК КМЦ Нитрон 5,0 7,1 33^66 9,2
СНК КМЦ Нитрон 2,0 1,3 66^100 5,4
СНК КМЦ ВН 2,0 2,0 33^60 9,2
СНК КМЦ ВН 1,4 1,8 66^100 5,4
СНК БУСТ ВН 1,4 1,8 33^66 9,2
СНК БУСТ ВН 1,4 1,2 66^100 5,4
*СНК - слоевое нанесение компонентов
Применение вибрационной обработки наиболее эффективно при использовании сравнительно толстых нитей, проникновение связующего в которые обычно за-
труднено (нитрон). В этом случае положительное влияние вибрационной обработки преобладает над отрицательным эффектом нарушения компактности.
Предварительная обработка препрегов УФИ влияет на скорость последующего отверждения более сложным образом, чем обработка в ПЭП. Во-первых, для достижения заметного влияния на скорость отверждения требуется более длительная обработка, чем обработка в ПЭП. Во-вторых, характер влияния УФИ на скорость последующего отверждения зависит от природы используемого волокнистого наполнителя [2]. При использовании для армирования эпоксидной смолы технического полиакрилонитрильного жгутика (ТПАНЖ) предварительно облучённый УФИ препрег всегда отверждается быстрее независимо от продолжительности облучения, чем необлучённый препрег. При армировании вискозной технической нитью (ВН) кратковременные обработки УФИ приводят к замедлению последующего отверждения, а более длительное облучение - к ускорению отверждения по сравнению с отверждением необлучённого препрега. Замедление отверждения свидетельствует об ускорении процесса линейного роста полимерных цепей и об увеличении средней массы межузловых цепей получаемого сетчатого полимера, а ускорение отверждения - соответственно об ускорении процесса ветвления полимерных цепей и об уменьшении средней массы межузловых цепей в сетчатом продукте. Необходимо учесть, что всё это происходит после точки гелеобразования.
Максимальное увеличение Дси наблюдается, как правило, при минимальном увеличении Дауд, что подтверждает противоположный характер влияния структуры на рассматриваемые механические характеристики материала в целом.
Под действием ультрафиолетового излучения увеличивается вероятность образования линейных продуктов на начальной стадии отверждения, а при глубоком отверждении из линейных блоков формируется сетчатая структура, в результате чего во всех случаях наблюдается увеличение предельной достигаемой степени превращения, которая составляет 90-99 % при температуре 30-70°С, при этом относительное увеличение ауд выше, чем увеличение си.
Таким образом, впервые проведена классификация физических методов модификации полимерных связующих на ориентирующие и энергетически подпитывающие. Полученные данные показали, что энергетически подпитывающие обработки оказывают пластифицирующее влияние, а ориентирующие приводят к преимущественному увеличению разрушающих напряжений.
Список литературы:
1. Патент РФ № 2280655. Способ получения армированных полимерных композиционных материалов / И.В.Черёмухина, В.Н. Студенцов.
2. Патент РФ № 2324709. Способ получения армированного полимерного композиционного материала / А.Б. Мурадов, И.В.Черёмухина, В.Н.Студенцов, В.А. Кузнецов.
List of references:
1. No. 2280655 patent Russian Federation Way of receiving reinforced polymeric composite materials / I.V. Cheryomukhina, V. N. Studentsov.
2. No. 2324709 patent Russian Federation Way of receiving reinforced polymeric composite material / A.B. Muradov, I.V. Cheryomukhina, V.N. Studentsov, V.A. Kuznetsov.
