CC BY
18
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
----------1
-□ □-
Проведено дослидження режимiв подготовки вуглецевоволокнистого наповнювача на pi3^My технологiчному устаткувант. Розглянутi технологiчнi ди на подрiбнюю-чий наповнювач in situ. Оцтена роль практично можливих способiв модифтацп наповнювача i дана iM наукова оцтка
Ключовi слова: вуглеволокно, подрiбню-вання, полтетрафторетилен, полiмерний
композитний матерiал, ятсть
□-□
Проведено исследование режимов подготовки углеволокнистого наполнителя на различном технологическом оборудовании. Рассмотрены технологические воздействия на измельчаемый наполнитель in situ. Оценена роль практически возможных способов модификации наполнителя и дана им научная оценка
Ключевые слова: углеволокно, дробление, политетрафторэтилен, полимерный композитный материал, качество
□-□
Research of the modes of preparation of carbon fibre on a different technological equipment is conducted. Technological influences on ground down ingredient of in situ are considered. A role is appraised practically possible methods of modification of ingredient and scientific estimation is given to them
Keywords: carbon fiber, crushing, polytetraf-
toretylen, polymeric composite material, quality -□ □-
И H
УДК 678.046
НАУКОВ1 ОСНОВИ ВИБОРУ ТЕХНОЛОГИ
ВУГЛЕЦЕВОВОЛОКНИСТОГО НАПОВНЮВАЧА ФТОРОПЛАСТО-МАТРИЧНОГО КОМПОЗИТУ
О. А. Буд ник
Астрант*
Контактний тел.: 8 (067) 702-02-11 E-mail: [email protected]
М.В. Бу р м i с т р
Доктор хiмiчних наук, професор, завщуючий кафедрою переробки пластмас i фото-, нано- i полiграфiчних
матерiалiв
ДВУЗ «УкраТнський державний хiмiко-технологiчний
ушверситет»
Вступ
Застосування рiзних технолопчних режимiв ви-готовлення композитних матерiалiв може у декшька разiв змшити показники 1х мехашчних властивостей i зносостшкоси [1]. При цьому велике значення мають як марка i властивост початкового порошку фторопласту - 4 (Ф-4), стутнь кристалiчностi полiмеру, так i дисперснiсть, форма i орieнтацiя частинок наповнювача. У рядi випадкiв все це може перекривати змши, одержанi за рахунок вартвання складу композитного матерiалу (КМ) [2].
Лггературний огляд друкованого матерiалу показав, що основна увага дослщниюв фторопластома-тричних вуглецевих композитiв прид^ена, в основному, 1х властивостям i лише незначна кiлькiсть публжацш пов'язуе характеристики наповнювача i композицп з видом i режимами роботи забезпечуючо-го технологiчного устаткування [3,4,5]. Науково описавши такий зв'язок можна гарантувати одержання наповнювача з необхщним розподiлом за довжинами (фракцiями), гранулометричним складом i в об'eмi
композицп та, як наслщок, композиту з необхщними службовими властивостями.
Матерiали i методи дослiдження
Об'ектом дослiджень стали композитш фторопла-стоматричнi матерiали системи фторопласт-4 (Ф-4) - вуглецеве волокно (ВВ), одержат методами сухого поеднання компоненпв композицii, подiбними методам порошково! металургii [6]. Як вихщш компоненти композицii використовувалися порошки Ф-4 i вуглеце-вi волокна рiзноi природи i технологи одержання [7].
Завдяки поеднанню багатьох цiнних хiмiчних i фiзико-механiчних властивостей Ф-4 знайшов широке застосування в технiцi (деталi вузлiв тертя, ушдльнен-ня i т.д.).
Вуглецевi волокна - продукт механiчноi ди на ву-глецевi волоконнi матерiали (ВВМ), якi виробляються в рiзнiй текстильнiй формi [8,9].
Вуглецевi волокна (ВВ) займають особливе по-ложення серед жаростiйких волокон завдяки рiзно-
маштним ц1нним, а з ряду показник1в ун1кальним, мехатчним 1 ф1зико-х1м1чним властивостям. У них вдало поеднуються висок мщтсть 1 модуль пружност1 з низькою густиною, тому за питомими показниками вони перевершують вс1 жаростшю волокна.
ВВ под1ляються на т1, що карботзуються (температура термообробки -1173-2273К, вм1ст вуглецю - 8089%) 1 графиизуються (температура термообробки - до 3273 К, вм1ст вуглецю - вище 99%).
Розпод1л волокон тсля дроблення в проведених дослщженнях оцшювався за допомогою програмного забезпечення ВщеоТЕСТ-структура.
Композицп для дослщження виготовлялися в1-домими методами одержання фторопластоматрично! шихти [3]. Зразки для дослвджень виготовляли з композицп методами компресшного пресування з подаль-шою терм1чною обробкою [6].
Дослщження службових властивостей одержува-них композит1в здшснювалося стандартизованими методами, обробка 1 узагальнення одержаних даних проведена математико-статистичними методами на ЕОМ за допомогою програмного забезпечення.
технолопчного процесу 1 форма робочих оргатв под-р1бнення. Функщями вщгуку вибрат експлуатацшт характеристики композиту - мщтсть при руйнувант 1 зносостшюсть.
Анал1зуючи одержат дат, виявили, що кращим технолопчним устаткуванням для подр1бнення ВВ е млин МРП-1М на якому 1 була проведена вся сер1я випробувань по вибору технологи.
Постановка 1 реал1защя факторного експерименту з визначення впливу режим1в технолопчного процесу отримання ВВ наповнювача для Ф-4 дозволила одержати математичну модель технолопчного процесу подр1бнення ВВ. При цьому на першому етат дослщ-жень за параметр оптим1зацп була прийнята насипна густина (р = 0,48 кг/м3 ), а на другому етат - середня довжина ВВ (1 = 120мкм).
Математичт модел1 процесу подр1бнення ВВ ана-л1зувалися за допомогою дисперсного анал1зу 1 опти-м1зувалися [12]. Оптимальний режим подр1бнення визначався методом крутого сходження (рух по градь енту). Визначалися числов1 1 масов1 розпод1ли по до-вжинах вуглецевого волокна тсля подр1бнення [13], а також питом1 енерговитрати в процес1 подр1бнення.
Вибiр технологiчного устаткування для пщготовки вуглецевоволокнистого наповнювача
Особлив1стю формування фракцшного 1 грануло-метричного складу ВВ наповнювача е те, що на виб1р конструктивних особливостей забезпечуючого процес тдготовки наповнювача устаткування впливають не т1льки деформацшно-пружт властивост волокон 1 термодинам1чт параметри роботи устаткування, але 1 можлив1сть отримання в ньому необхщного розпод1лу подр1бнених волокон за довжинами. Числент дослщ-ження довели [1,4,6] що саме такий розпод1л може га-рантувати вщповщтсть проектних [10] 1 одержуваних властивостей фторопластоматричного композиту [11].
Заздалепдь тдготовлене низькомодульне ВВ (ГЦ; LM, р = 1510 кг/м3 , ТТО = 11230С, ов = 0,54ГПА ) тд-давалося подр1бненню на забезпечуючому технолопч-ному устаткувант з р1зним характером подр1бнюючо'1 дИ. Попередньо за параметр оптим1зацп подр1бненого вуглецевого волокна була прийнята насипна густина волокна, яка вщповщае довжит волокон в подр1бненш мас1 наповнювача. Для середньо'1 довжини волокна 1 = 120мкм насипна густина р = 0,50г/см3 . Початкове вуглецеве волокно е рунопод1бними грудками пере-плутаних м1ж собою волокон з насипною густиною, що вщповщае довжит волокон 1 = 0,4 - 8мм.
Режими роботи устаткування вибиралися такими (якщо це представлялося можливим), щоб у подр1бне-ному волокт було небагато дуже др1бно'1 фракцп волокна (до 50 мкм) 1 з переважною довжиною б1льше 350 мкм. Такий гранулометричний склад не забезпечуе належного армування фторопластово! матриц [3,4].
Була поставлена мета формал1зувати методику тд-бору технолопчних параметр1в процесу отримання фторопластоматричного вуглеволокнистого композиту, як1 забезпечують оптим1защю режим1в переробки 1 вщтворюватсть проектного р1вня ф1зико-мехатчних властивостей [10].
Як варшоваш технолопчт параметри процесу под-р1бнення були вибрат швидкост1 робочих оргашв, час
Мехашчна активацiя у присутност матрицi
Науково-технологiчнi методи одержання активного вуглецевоволокнистого наповнювача фторопластоматричного композиту
Разом з подр1бненням ВВ до необхвдно'! фракцп 1 роз-под1лом за довжинами 1 в об'ем1 композицп ввдбуваеться 11 мехатко-х1м1чна активащя, передбачена 1 описана в роботах, наприклад [14-20]. Тут сл1д погодитися з [17], що «не дивлячись на значне число наукових публжацш, цей метод поки не знайшов промислового застосуван-ня». На наш погляд, такий стан питання пов'язаний з необхвдтстю шдиввдуального тдходу як до природи подр1бнюваного наповнювача так 1 до ф1зико-х1м1чних умов використання активованого продукту.
У наших дослвдженнях для посилення результату мехашчно'! активацп ВВ вивчено вплив введення в об'ем подр1бнюваного ВВ певного об'ему Ф-4. Такий науково-технолопчний прийом переслщував дв1 основш щлк перша - «зв'язати» роздр1бнет волокна м1лко'1 фракцп (до 50 мкм) в реакцшно-здатт агломерати, - друга: досягти апретування подр1бнених волокон шаром меха-тчно актив1зованого Ф-4. Обидв1 складов! тако1 технологи по науковому тдходу дали практичний результат. Одержана композищя (CFFC) перевершуе в1дом1 такого ж складу по мщност1 при розрив1, та по зносостшкост!
Термоокислююча обробка ВВ наповнювача
Цей метод тдвищення реакцшно'! здатносп поед-нання Ф-4-ВВ набув широкого поширення. Як окис-лювач1 застосовувалися речовини р1зних титв як за станом 1 складом, так 1 температурою обробки, кон-центращею реагент1в 1 шшими технолопчними осо-бливостями [21,22]. Пров1вши всеб1чне вивчення цього процесу модифжацп ВВ наповнювача 1 зробивши на-
уковий аналiз шнуючих технологiчних процесiв [23,24], ми методами електронно! мiкроскопii з'ясували, що термоокислююча обробка поверхнi вуглецевих волокон приводить до зростання питомо! поверхнi i, отже, до зб^ьшення адгезп. Крiм того, цей технолопчний про-цес пiдготовки ВВ наповнювача сприяе видаленню во-логи i забруднень з волокна. Недолiком термоокислюю-чо! обробки ВВ е те, що вона супроводжуеться корозieю поверхнi з зменшенням фiзико-механiчних характеристик [25]. Тому технолопчний процес окислення ВВ в наших дослщженнях проводився при 573-673К на протязi 15 хвилин, що дозволило зменшити корозiю поверхнi ВВ i зробити процес прийнятним для промис-лового освоення, використовуючи як термiчне устат-кування сушильну шафу. Дуже незначне зростання характеристик композиту з модифжованим ВВ (менше 5%) ви'явилося вагомою причиною для припинення по-дальших дослiджень в цьому напрямь Автори зробили висновок, що при окислювальнш обробцi поверхнi ВВ деяке тдвищення працездатностi композиту поясню-еться, в основному, зростанням мехашчного зчеплення на мiжфазовiй межi, але при цьому знижуеться мщшсть самого ВВ наповнювача, що швелюе одержаний ефект.
Вакуумна обробка ВВ наповнювача
Використання вакууму при виготовленш компози-цп з полiмеру i наповнювача вiдмiчаеться в роботi [26] як дуже устшний технологiчний прийом.
Найбшьший вплив на експлуатацiйнi характеристики вуглецевоволокнистого фторопластоматрично-го композиту мае термовакуумування. Оптимальним, по енерговитратах i одержуваному результат^ вияви-лося нагрiвання до (423±5) К. Мщшсть при руйнуван-нi композиту при цьому зросла на 18-22% ( залежно вщ якоси Ф-4), а зносостiйкiсть на 20-25%.
На наш погляд, ефектившсть тако! модифжацп пов'язана з «дегазащею» об'емно! маси волокна, тобто десорбщею газiв з шпарин, що е в структурi ВВ. А iз збiльшенням десорбцп (не без пiдстав, на наш погляд) зв'язують збiльшення питомо! поверхш волокна [27] i характеристик композиту.
Висновки
Ва приведенi в робоп данi свiдчать лише про певну ефектившсть способiв модифiкацii ВВ наповнювача композиту, осюльки великий вплив на щ характеристики мають природа i властивостi поверхнi, мiкро- i макроструктури ВВМ, а також технолопчш прийоми одержання з нього ВВ i методи оцiнки ефективносп у фторопластоматричному композитi.
Для правильного вибору найприйнятшшого методу модифжацп ВВ наповнювача необхiдно в конкретному випадку випробувати основш способи кожного методу обробки.
Лиература
1. Будник А.Ф., Руденко П.В., Будник О.А. и др. Разработка уплотнительного углефторопластового композитного материала с требуемыми служебными свойствами
технологией его получения // Труды междунар. Конф. "Hervicon 2008" - Kielce - Przevysl. - 2008.-С. 299-306.
2. Антипов Ю.В., Бабаевский П.Г., Бородай Ф.Я. и др. Машиностроение. Энциклопедия. В сорока томах. Раздел II. Материалы в машиностроении. - М.: Машиностроение, 2005. - Т.П-4.-С.61
3. Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в изделия.-Л: Химия, 1987.-168 с.
4. Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики.-Киев: Техника, 1985. - 195 с.
5. Будник А.Ф., Будник О.А., Бурмютр М.В. Вплив та мюце технолопчних процеав тдготовки наповнювачiв i ком-позицй у технологи виробництва композита на оснта фторопласту-4 // Вюник СумДУ.- 2007№1.-С.64-72
6. Будник А.Ф., Будник О.А. Технологические процессы подготовки наполнителя и композиции в производстве композиционных материалов на основе политетрафторэтилена // Восточно-европейский журнал передовых технологий.-2007. №3/4 (27). - С.9-13.
7. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы.- М.: Химия, 1974.-324с.
8. Конкин А.А. Свойства и области применения углеродных волокон // Тезисы докладов I Всесоюзной конференции по композиционным полимерным материалам.
- Ташкент.-1980.-т.1-С.18-20.
9. Углеродные волокна/ Под.ред. С.Симамуры. - М.: Мир, 1987.-304 с.
10. Дудукаленко В.В. Оптимальное использование собственной прочности волокон в композитах с пластической матрицей.-Сумы: СФХПИ,-1990.-С.1-10.
11. Фитцер Э. Углеродные волокна и углекомпозиты: Пер. с англ. Под ред. А.А, Берлина. -М.: Мир, 1988.-366 с.
12. Саутин С. Планирование эксперимента в химии и химической технологии.- Л.:Химия, 1975. - С.10-14.
13. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. - Л: Химия, 1987.-264 с.
14. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика - новая область науки. - М.: Химиздат. 1958.-64 с.
15. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. - М.: Химия. - 1978.-364с.
16. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов.-Новосибирск.-1979. -256с.
17. Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ошмян В.Г., Ениколопов Н.С. Принципы создания композиционных полимерных материалов. - М.: Химия.-1990. - 240с.
18. Оренко Г.О. Створення антифрикцшних композитних матерiалiв на основi порошгав термотривких полiмерiв та вуглецевих волокон: Дис...доктора техн.наук: 05.16.06.
- К., 1997.-431 с.
19. Новиков В.У., Кобец Л.П., Деев И.С. Исследование углеродных волокон с использованием мультифрактального формализма // Пластические массы. - 2004.№2.-С.15-20
20. Вишняков Л.Р., Мазная А.В., Тамила Т.В., Пересе-ленцева Л.Н. Влияние механической активации на процессы синтеза амоносиликатов in situ в системе BN — Al2O3 — SiO2 — Si3N4 // Порошковая металлургия. - 2008. №7/8. с. 3-9
21. Новикова О.А., Сергеев В.П. Модификация поверхности армирующих волокон в композиционных материалах. - К.: Наукова думка. - 1989.-218с.
22. Суберляк О.В., Баштанник П.1. Технолопя переробки полiмерних та композицшних матерiалiв. - Львiв.: Растр-7.-2007.-С.302-305
23. Соколов Б.Д., Смирнов Е.П., Марнов Г.П. и др. Исследование влияния окисления поверхности углеродных волокон на физико-механические свойства углепластиков // Журн. прикл.химии. - 1980.-№1.- С.103-108.
24. Pat.3816598 USA IC COIB 31/07/ Surface treatment of grafite fibers/A/L/ Cunningman.- Pube/11.06.84
25. Favre I.P., Perrin I. Carbon fibre adhesion to organic matrices // J.Mater.Sci. - 1982/-7,№10.-P.1113-1118
26. Миронов Н.А. Айзинсон И.Л., Беляев В.А. и др. Технология производства наполненных термопластов // Сборник докладов II ВНТК «Высоконаполненные композиционные полимерные материалы, развитие их производства и применение в народном хозяйстве». - М. - 1985. - 4.1- С.35-40
27. Барамбойм Н.К., Клейман А.М. Истратова Е.П. и др. Технологические аспекты трибохимических явлений // Сборник докладов II ВНТК «Высоконаполненные композиционные полимерные материалы, развитие их производства и применение в народном хозяйстве». - М.-1985.-Ч.2 - С.105-10
Наведена nopie^MbHa характеристика Memodie дослидження морфологи еритро-u^umie. Описаний принцип роботи атомно-силового мшроскопа. Наведет результати дослидження epumpoцumiв при piзнuх методах фжсацп за допомогою атомно-силового мшроскопу
Ключoвi слова: атомно-силовий мшро-
скоп (АСМ), еритроцити, сканування □-□
Приведена сравнительная характеристика методов исследования морфологии эритроцитов. Описана методика проведения исследования с помощью атомно-сило-вого микроскопа. Приведены результаты исследования эритроцитов при различных способах фиксации с помощью атомно-сило-вой микроскопии
Ключевые слова: атомно-силовой микро-
скоп(АСМ), эритроциты, сканирование □-□
This article represents comparative methods investigation surface erythrocyte and principle of operation AFM. The results of AFM investigation of erythrocyte using different immobilization methods are presented
Key words: atomic-force microscope, eryth-rocyte, scanning
■o о
УДК 577.359:57.087:576.08
АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОП КАК ИНСТРУМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ЭРИТРОЦИТОВ
Н.Ю. Гетманенко
Аспирант*
Е.Н. Галайченко
Кандидат технических наук, научный сотрудник*
Н.Н. Рожицкий
Доктор физико-математических наук, профессор* *Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, 61166 Контактный тел.: 702-13-64 Е-mail: [email protected]
1. Введение На основе тканевого дыхания, или биологического
окисления, осуществляются энергетические процессы Эритроциты составляют основную массу формен- в организме. Переносчиком кислорода является гемо-ных элементов крови. Важнейшая функция эритроци- глобин, находящийся в эритроцитах. тов состоит в переносе кислорода от органов дыхания Эритроциты участвуют в доставке питательных
к клеткам организма т.е. участие в тканевом дыхании. веществ к клеткам и тканям организма, выполняя пи-
