CC BY
45плотную керамику при достаточно низких для такой системы температурах спекания и давлений холодного изостатического прессования.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДИСПЕРСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
Мордасов М.Д. студент
Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, makaveli. mordasov@yandex. т
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10027
В современных экономических условиях актуальной является задача повышения эксплуатационных и технологических свойств материалов и изделий. Одним из путей решения этой задачи является применение различных модифицирующих добавок [1].
Широкое применение в промышленном производстве имеют полимерные композиционные материалы, спектр уникальных свойств которых получают за счет введения в полимерную матрицу различных наполнителей. Перспективным является использование в качестве наполнителя кремнезема в различных его структурных состояниях: гидратированный диоксид кремния (белая сажа (аморфный дисперсный кремнезем)) применяется в качестве усиливающего наполнителя полимерных материалов в машиностроении, шинной, резинотехнической, химической, легкой и других отраслях промышленности, добавка коллоидного диоксида кремния обеспечивает получение легких, прочных цветных резин для изготовления подошв обуви, прорезиненных тканей, изделий санитарии, гигиены и т.д., коллоидный диоксид кремния является активным наполнителем в производстве силиконовых эластомеров, диоксид кремния как модифицирующая добавки в клеящие составы на основе сополимеров этилена и винилацетата, повышает когезионную прочность и эластичность клеевого шва, а также его термостабильность. Кремнезем является незаменимым наполнителем полимерных и полимерминеральных материалов конструкционного назначения [2].
В настоящей работе проведены исследования структуры и свойств кремнеземсодержащих дисперсных наполнителей: трепел, карьерный и кварцевый песок.
Подготовка материалов включала следующие основные этапы:
- сушка в печи при температуре 200°С в течение 2 часов;
- измельчение с использованием щековой дробилки ЩД-6 до размера частиц не превышающего 2 мм;
- истирание частиц с использованием вибрационной конусной мельницы-дробилки ВКМД-6.
Насыпную плотность подготовленных материалов измеряли весовым методом (путем взвешивания на лабораторных весах свободно насыпанного материала в емкость известного объема) [3], форму и размер частиц материала определяли с применением металлографического микроскопа ММР-3 при увеличении 900х. Микроструктуры исследуемых материалов представлены на рис. 1, числовые значения плотности материалов и размера частиц приведены в табл. 1.
Таблица 1. Результаты экспериментальных исследований
Трепел Песок карьерный Песок кварцевый
Плотность 0,60 1,38 1,43
насыпная, г/см3
Средний диаметр 3 7 12
частиц, мкм
Фактор 1,0 - 1,1 1,2 - 1,8 1,1 - 2,1
неравноосности
Форма частиц сферическая осколочная осколочная
Средний диаметр частиц вычислялся как среднее арифметическое средних диаметров частиц в трех полях зрения микроскопа при увеличении 900 х; фактор неравноосности определялся как отношение наибольшего размера частицы к ее наименьшему размеру.
. А СП л* I ю мкм к ш> " Г
а) б) В)
Рис. 1. Микроструктуры исследуемых материалов: а - трепел, б - песок
карьерный, в - песок кварцевый.
Результаты анализа показывают, что карьерный песок, в отличие от трепела и кварцевого песка, наряду с частицами БЮ2 содержит сложные силикаты включающие оксиды железа и алюминия, цвет которых в поляризованном свете микроскопа изменяется от розового до красного (рис. 1, б).
Существенные различия плотности, размера и формы частиц трепела и песка (кварцевого и карьерного) связаны со структурой частиц этих материалов. Трепел - тонкопористая осадочная опаловая порода, частицы которой состоят из
полимеризованных нитей аморфного кремнезёма, свернутых или собранных в глобулы, размер которых не превышает 2 - 5 мкм (рис. 1, а). Пески состоят преимущественно из зерен кварца размером 0,25 - 0,50 мм (среднезернистые). В связи с этим механизм измельчения частиц трепела и песка протекает по-разному. Частицы трепела, являясь типичными фрактальными объектами [4, 5], при измельчении разделяются на подобные сферические частицы размером 2 - 5 мкм, а процесс измельчения песка сопровождается механическим раскалыванием зерен кварца. В результате измельчения песка получаются угловатые, осколочные частицы, размер которых может меняться в широком диапазоне, а в силу того, что измельчаются монолитные зерна - поры в частицах практически отсутствуют. Пористость трепела составляет порядка 50 - 60 %, что и обуславливает его активность при использовании в качестве добавки или наполнителя в матрицы различного состава.
Таким образом, в результате проведенных исследований показаны существенные отличия структуры и свойств таких материалов, как трепел и песок. Перспективным с точки зрения повышения свойств полимерминеральных композиционных материалов является применение трепела в качестве модифицирующей добавки.
Список литературы:
1. Мордасов М.Д. Исследование структуры полимерного композиционного материала / М.Д. Мордасов, Д.М. Мордасов // 71 всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием: сб. материалов конф. Ч. 2 -Ярославль: Издат. дом ЯГТУ, 2018. - С. 464-466.
2. Мордасов М.Д. Разработка многофункциональных полимер-минеральных материалов и покрытий / М.Д. Мордасов // Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития: сб. науч. ст. молодых ученых, аспирантов и студентов.
- Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2017. - Вып. IX. - С. 28-31.
3. Мордасов, Д.М. Технические измерения плотности сыпучих материалов / М.М. Мордасов, Д.М. Мордасов. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004.
- 80 с.
4. Мордасов Д.М. Влияние истинной плотности частиц порошковых систем на их фрактальную размерность / М.Д. Мордасов, А.В. Фирсова, Д.М. Мордасов // Вестник ТГТУ. 2017. Т. 23. № 2. - С. 348-355.
5. Мордасов, Д.М. Влияние физико-механических свойств и структурных характеристик сыпучих материалов на их фрактальную размерность / Д.М. Мордасов, М.Д. Мордасов, И.Г. Проценко // «Современные технологии композиционных материалов»: Материалы II научно-практической молодежной конференции с международным участием: 18-21 октября 2016. - Уфа, Изд-во: Башкирский государственный университет, 2016 - С. 98 - 102.
