CC BY
0УДК 621.822.6.004.67
ПОЛИМЕР КОМПОЗИТ МАТЕРИАЛЛАР (ПКМ) КОМПОНЕНТЛАРИНИ АРАЛАШТИРИШ СИФАТИНИ БА^ОЛАШ ПАРАМЕТРИНИ ТАНЛАШНИ
АСОСЛАШ
Полвонов А.С., Магистрантлар Мухдммадов И.Ш., Валиев Б.Ф.
Аннотация: Маколада статистик маълумотларга асосланган аралаштириш
жараёнини микдорий тавсифлаш учун турли хил методлардан фойдаланган х,олда полимер
композит материалларнинг таркибий кисмларини тах,лили берилган, улар бош
дисперсияни дисперцияланган модда концентрацияларининг стандарт огишининг хдкикий
киймати билан таккосланган. Ушбу аралашишнинг сифати Фишер, Стюдент, Пирсон
2 2
мезонлари ёрдамида с ва о ни таккослашгача келтирилган. Шунингдек, унда турли аралаштиргичлар ёрдамида аралаштириш технологияси куриб чикилган ва аралаштириш сифатини бах,олаш учун асбоблар кулланилган ва бах,олаш аниклиги тах,лил килинган.
Аннотация: В статье приведен анализ полимерных композитных материалов с использованием компонентов различных методов количественного описания процесса смешения, которые основаны на статистических данных, на сравнении генеральной
дисперсии с фактическим значением среднеквадратичного отклонения концентраций
22
диспергируемого вещества. Качества данного смешения сводится к сравнению s и о с использованием критериев Фишера, Стьюдента, Пирсона. Здесь также рассматриваются технология смещения разными смесителями и данные приборов для оценки качества смещения и анализа точности оценки.
Abstract: The article provides an analysis of polymer composite materials using the components of various methods for the quantitative description of the mixing process, which is based on statistical data, on the comparison of the general variance with the actual value of the standard deviation of the concentrations of the dispersible substance. The quality of this mixing is reduced to comparing s2 and о2 using the Fisher, Styudent, Pearson criteria. It also discusses the technology of displacement by different mixers and applies instruments to assess the quality of the displacement and analyze the accuracy of the estimate.
Калит сузлар: полимер композит материал, сифат, мезон, сифатни бах,олаш, агрегат х,олат, аралаштириш, таркибий кисм, конструкция, дисперция, методлар, усуллар, дисперцияланувчи моддалар, моддалар концентрацияси, статистик тасодифий таркалиш жараёнлари, статистик тасодифий таксимот.
Ключевые слова: полимерные композитные материалы, качество, критерий, оценка качества, агрегатное состояние, смещение, составная часть, конструкция, дисперция, методы, способы, диспергирующее вещества, концентрация вещества, статистически случайные процессы распределения, статистическое случайное распределение.
Key words: polymer composite materials, quality, criterion, quality assessment, state of aggregation, displacement, old part, construction, dispersion, methods, techniques, dispersing substances, concentration of a substance, statistically random distribution processes, statistical random distribution.
Дастлабки таркибий кисмларнинг хилма-хиллиги, уларнинг агрегат х,олати, аралаштириш аппарати конструкциялари ПКМ олишда аралашманинг вазифаси, аралаштириш сифати тушунчасининг нисбийлиги тугрисида тамойилли хулоса
килишимизга имкон беради [1]. Купинча, аралаштириш жараёни бошлангич бир хил булмаган аралашмадан бир хил аралашмани олиш деб тушунилади, бу хджмдаги таркибий кисмларнинг статистик тасодифий таркалиши билан тавсифланади. Аралаштириш жараёнининг микдорий тавсифи учун ишлатиладиган усуллар статистик тах,лилга, бош дисперцияни дисперцияланувчи моддалар концентрацияси уртача квадрат огишининг хдкикий киймати билан таккослашга асосланган. 1-расмда мутлако аралашмаган бошлангич тизимдан (а) дисперсланган мух,ит (ок нукталар) хджмида (Ь, V, g) дисперс компонентнинг (кора нукта) зарраларини статистик тасодифий таксимотига утиш тасвири курсатилган.
Идеал статистик аралаштириш билан олинган намуналардаги модданинг дисперс компонентининг улуши (х) кисмининг таксимоти Р (х) биномиал конунга буйсунади [2, 3]:
бу ерда #-намунадаги икки фаза зарраларининг умумий сони; ¿-намунадаги дисперс фазанинг зарралар сони; д - дисперс фазанинг нисбий таркиби.
(1)
1-расм. Аралашмада заррачаларнинг тартибли (а, Ь, V) ва тасодифий таксимланиши: кора тур - дисперцияланадиган модданинг улчови; ок тур - намуна
улчови
Биномиал таксимот маълум таркоклик (намуналардаги дисперцияланувчи компонент таркибининг уртача квадратик огиши) ёки бош дисперция (а2) билан
тавсифланади. Бундай х,олда таксимотнинг бош (назарий) дисперцияси куйидаги формула билан аникланади [3]:
, (2)
Х,акикий аралашмалар учун аралаштириш сифатининг мезонлари учун
^ 2
дисперциянинг киймати (s ) олинади, бу дисперс компонентнинг (сг) концентрациясидан, аралаштириш жараёнида олинган намуналарда х,исобланади (камида 10...25 та намуна) [2]:
1 " , 1 ' " ^
5 =ТГ-Т2<-7777Г^ ^
М-¡¿=1 ' М(М-1)
м
Г=1
(3)
бу ерда М - намуналар сони.
Заррачалар улчамига нисбатан намуна улчами катта булиши керак, аммо аралашманинг хджмига нисбатан кичик булиши керак. Намунанинг минимал хджмини куйидаги формула билан аник;лаш тавсия этилади [1]:
, (4)
2
Аралаштириш сифатини аниклаш Фишер, Стюдент, Пирсон мезонлари ёрдамида ^ ва о ни таккослашгача келтирилади. Амалиётда идеал аралаштиришга эришиш деярли мумкин эмас. Шунинг учун аралаштириш мезонлари (I] ёки 12) буйича сифатни бах,олаш кенг кулланилади.
бу ерда -дастлабки тизимнинг дисперцияси, ^о
I нинг киймати 0 (аралашмаган тизим) дан 1 гача (идеал аралаш тизим) оралигида узгариб туради.
Аралашманинг сифатини бах,олаш учун экспериментал равишда аникланадиган ва х,исобланадиган аралашманинг бир хил эмаслиги (узгариши) коэффициенти Кс кенг
кулланилади [1]:
а:.
цс-с.ш
М -1
(6)
бу ерда С0 - аралашмадаги идеал (чекловчи) таксимланадиган компонент зарраларининг концентрацияси (бу х,олда, Кс ^ 0).
Аралаштиришда танланган сифат мезонининг киймати узгаради ва уз чегарасига етади, бу эса ушбу технологик аралаштириш параметрлари билан ушбу жих,озда берилган аралашманинг чекланган сифат даражасига эришишни тавсифлайди.
Аралаштиришнинг яхши сифатига саноат аралаштириш жих,озлари учун булган суюк-каттик компонентли, суюк-суюк тизимларнинг ламинарли аралашмаси билан кесиш деформациясининг маълум бир минимал кийматида (умин=800...3000 рад) эришилади. Шундай килиб Бенберн миксерларида аралаштиришда умин=800...300 рад, экструдерларда-1000...2100 рад, роликларда ва календрларда - 2100...2600 рад [1].
Юкори ковушокли суюкликларни (полимер эритмаларини) аралаштириш машиналарнинг ишчи органларидаги силжиш деформациялари туфайли амалга оширилади. Бунинг натижасида аралашма таркибий кисмларининг деформацияланиш жараёни содир булади. Ушбу жараён дисперс компонентни калинлиги пасайиб борувчи
чизикларга чузилиши, фазалар орасидаги сиртининг купайиши ва аралашмадаги дастлабки таркибий кисмларнинг статистик тасодифий таксимоти билан бирга келади. Бундай аралашмаларни аралаштириш сифатини бах,олаш учун кулай усуллардан бири уртача утказувчанликни аниклашдир.
Зичлиги тахминан 103 кг/м3 ва ковушоклиги 102...106 Па^с булган полимерларнинг хдкикий аралашмаси Рейнолдс мезонлари киймати 2320 дан кам булган ламинар оким режимида содир булади [1].
Аралаштиришда силжиш самараси дисперс компонентни (суюк ёки каттик) калинлиги пасайиб борувчи чизикларга тортишгача камаяди. Тизимдаги бир хил компонент катламлари орасидаги уртача масофа силжиш самаралари даражасини курсатади. Парчаланувчи компонентнинг чизикни чузиш ва юпкалаш параллел пластинкалар орасидаги тиркишда кулайрок куринади (2-расм).
Бундай х,олда, силжиш деформацияси у=Ь/И ёки у=^§ булади. Силжиш деформациясининг чизигини уртача кенглиги (г) куйидаги нисбатга боглик:
г = (го / уц) (П1 / П2) (7)
бу ерда г0 - дастлабки чизик кенглиги; ц - дисперс фазанинг хджмий таркиби; щ ва щ2 -дисперция ва дисперс мух,итнинг ковушоклиги. Чизик калинлиги пасайганда, аралаштириш сифати яхшиланади. Чизикнинг уртача калинлиги аралаштириш вактининг ошиши билан камаяди ва унинг аралашма хджми (V) ва фазанинг сиртда таксимланиши (С) билан узаро богликлиги урнатилди [1]:
Га
а>_—д*_
■■■■■
1Г///А
2 -расм. Чизиклар кенглигига силжиш деформациясининг таъсири: а - дастлабки х,олат; б - деформациядан кейинги х,олат
г=2V/С
(8)
Дастлабки таркибий кисмларнинг ковушоклигини х,исобга олган х,олда, силжиш деформациясининг минимал киймати (умиН) аралаштириш мезонини (I) белгилаш оркали х,исобланиши мумкин [1]:
(9)
Богликлик (9) оз микдордаги дисперс фазанинг улушидан бир неча фоизгача киритилишида силжиш деформацияси оптимал кийматининг усишини билдиради.
Шундай килиб, аралаштиришнинг яхши сифатига эришиш анча узок давом этади, бу иктисодий жихдтдан фойдасиздир.
Аралашмада оз микдордаги таркибий кисмларни таксимланишининг юкори бир хиллигига эришиш учун дисперс фазанинг 30% гача булган концентратни олдиндан тайёрлаш боскичи, сунгра уни асосий компонентга киритиш кулланилади. Кесиш деформацияси аралаштириш сифатининг статистик мезонларига, шунингдек дисперсли тулдирилган полимер композит материалларнинг хусусиятларига таъсир килади. Аралаштириш вакти ва минимал кийматга эга булган силжиш деформациясига эришиш миксернинг конструкцияси, аралаштириш параметрлари, бошлангич компонентларнинг хусусиятлари ва уларнинг сиртдаги узаро таъсири билан белгиланади [1].
Микроскопик усул аралаштириш сифатини бах,олаш учун х,ам кулланилади. Бундай тах,лилни утказиш учун аралашмаларга буёклар киритилади ёки аралашманинг таркибий кисмларидан бири аралаштириладиган моддалар сингари буялган, аммо ранглари бир-биридан фарк килади. Микроскопик тах,лил натижасида куйидагилар аникланади: рангли компонентнинг таркиби, унинг асосий компонент хджмида таксимланиши, таркибий кисмларнинг зарралари шакли ва хджми. Микроскопик тах,лил натижалари Таггарт усули буйича кайта ишланади. Бунинг учун тулдирувчи заррачаларнинг умумий сони х,исобланиб, бир хиллик коэффициенти Ко Грин формуласи ёрдамида аникланади [3]:
f
' - (10) бу ерда Л d-танланган заррача катталиги шкаласидаги такрорланадиган фарк; £Ni - микроскопнинг куриш сохдсидаги барча заррачалар йигиндиси;
A=B-di - i заррача di ва бутун B спектрининг уртача заррача катталиги уртасидаги фарк. B киймати куйидаги формула билан топилади:
' (11) Агар К0>0,35-0,40 булса, унда аралаштириш сифати коникарли х,исобланади. Аралаштириш сифатини бах,олашнинг бошка усуллари куйидагилардан иборат: микдорий тах,лилнинг кимёвий усули (огирликли ёки хджмли); электрокимёвий усул; электр утказувчанлигини улчашга асосланган усул; спектрал тах,лил (рентгеноскопия ёки инфракизил спектроскопия).
Статистик мезонлардан фойдаланиб, N намунадаги заррачалар сонини аниклашга алох,ида эътибор бериш керак, чунки бу киймат умумий дисперцияга кучли таъсир килади.
Аралаштириш сифатини бах,олаш учун юкоридаги усуллар катта микдордаги материал ва намуналарни, мураккаб ва куп мех,нат талаб килади ва дисперция вактида матрицада заррачаларнинг таркалишини акс эттирмайди.
Тренисова А.Л. ва Ахматова О.В. ишларида Клозит 30Б тупроги билан тулдирилган ЭД-20 эпоксидли олигомерига асосланган ПКМ компонентларини аралаштириш турли усуллар билан (кулда аралаштириш, юкори тезликда механик аралаштириш, ультратовушли майдонда аралаштириш) амалга оширилди. Бунда полимер матрицасида тулдиргичнинг таркалиши бир хиллигини ПКМ ковушоклиги билан бах,оланди (3-расм).
кч
iß-
коЖ!-25-2.Ü-ISIS-
В ' Ъ ' Ъ * ' 7(1 ' &т,мин
3-расм. ^овушоклиги lgq нинг 5 массани ташкил этувчи ЭД20 + ДАДФС ва ЭД-20 + ДАДФС тизимлари учун котиш вактига боFликлиги. Тулдирувчи
(наноолмос): 1 - тулдирилмаган; 2 - механик аралаштириш; 3 - ультратовушли
аралаштириш
Ультратовуш билан ишлов бериш жараёнида тулдиргичнинг тузилиши узгаради, тупрок зарраларининг агрегатлари шикастланади, уларнинг катталиги кичраяди, уларнинг сони купаяди ва шунга мос равишда сиртнинг узига хос майдони ошади, бу эса олигомер ва зарралар уртасидаги узаро таъсирнинг юкори даражасига ёрдам беради. Бу ультратовушли ишлов бериш билан тайёрланган аралашмаларнинг ковушоклиги юкори кийматларининг пайдо булишига ва ковушокликнинг кескин ва сезиларли даражада ошишига ёрдам беради [5]. ^овушкоклиги канча юкори булса, тулдиргич полимер матрицаси хджмига тенг равишда таксимланади.
Юкорида мух,окама килинган усуллардан фаркли уларок, вискозометрик усул содда булиб, аралаштириш сифатини бах,олаш вактида заррачаларнинг полимер матрицасида таркалишини жуда аник акс эттиради.
Юкоридаги усулларни тах,лил килгандан сунг, ушбу ишда Ф-40 эластомери асосида полимер композит материалининг таркибий кисмларини аралаштириш сифатини бах,олаш учун фойдаланиш учун вискозометрик усул танланди. Тулдирувчи зарраларини ковушоклиги буйича полимер материалининг эритмаси билан аралаштириш сифатини бах,олаш таклиф этилади. Вискозометрик усул содда, у аралашманинг сифатини бах,олаш вактида полимер матрицасидаги заррачаларнинг таркалишини аник акс эттиради. Полимер матрицаси хджмида заррачаларнинг таркалиши канчалик куп булса, эритманинг ковушоклиги шунча юкори булади.
АДАБИЁТЛАР
1. Кербер, М.Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: уч. пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Го- ловкин и др.; под ред. А.А. Берлина. - СПб: Профессия, 2008 - 560 с.
2. Богданов, В.В. Эффективные малообъемные смесители /В. В. Богданов, Е. И. Христофоров, Б. А. Клоцунг. - Ленинград : Химия, Ленинградское отделение, 1989. -224 с.
3. Богданов, В.В. Смешение полимеров / Богданов В. В., Торнер Р. В., Красовский В. Н., Регер Э. О. - Ленинград : Химия, 1979. - 193 с.
4. Дьяченко, Д.И. О возможности получения порошков сверхвысокой дисперсности в кавитирующей среде / Д.И. Дьяченко // Вестник ВолГУ. - Волгоград, 2012. - №6. - 56 с.
5. Тренисова, А.Л. Получение композиционных материалов на основе эпоксидного олигомера и нанонаполнителей : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 153 05.17.06 / Тренисова Анастасия Львовна. - М., 2006. - 18 с.
