CC BY
92
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПОЛИМЕРНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ.
ВИДЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ К
МОДИФИКАЦИИ 1 2 Беккер А.Т. , Уманский А.М. Email: [email protected]
1Беккер Александр Тевьевич - доктор технических наук, профессор, директор; 2Уманский Андрей Михайлович - кандидат технических наук, научный сотрудник,
Инженерная школа Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
Аннотация: в настоящее время все большее применение в строительстве находит композитная неметаллическая арматура. Более активные темпы внедрения композитной арматуры ограничены ее деформационными свойствами. Перспективным направлением улучшения свойств композитной арматуры является модификация ее свойств за счет связующей матрицы. В статье рассмотрены общие способы модификации полимерного связующего композитной арматуры. Приведены некоторые результаты влияния такой модификации на конечные свойства композита.
Ключевые слова: композитная арматура, полимерная матрица, модификация, углеродные нанотрубки.
POLYMER BINDER OF COMPOSITE REINFORCEMENT. TYPES, CHARACTERISTICS AND PROSPECTS OF MODIFICATION Bekker A.T.1, Umanskii A.M.2
1Bekker Alexander Tevievich - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Director; 2Umanskii Andrei Mikhailovich - Candidate of Engineering Sciences, Research Assistant, SCHOOL OF ENGINEERING FAR EASTERN FEDERAL UNIVERSITY, VLADIVOSTOK
Abstract: аt present, composite nonmetallic reinforcement finds increasing use in the construction industry. But the active use of composite reinforcement is limited by the physico-mechanical and deformative properties of this reinforcement. A promising direction in improving the properties of composite reinforcement is the modification of the properties of its bond matrix. In the article, general methods for modifying the polymer binder composite reinforcement are considered. Some results of the modification effect on the final properties of the composite are given.
Keywords: composite reinforcement, polymer matrix, modification, carbon nanotubes.
УДК 691
Введение.
Композитная неметаллическая арматура (АНК) (рис. 1) представляет собой композитный материал (рис.1), состоящий из матрицы (смолы) и армирующего волокна (ровинга). Основой такой арматуры служит пучок непрерывных волокон, объединенных в арматурный элемент синтетическими связующими, которые обеспечивают совместную работу волокон, защищают их от механических повреждений в процессе изготовления конструкций и ослабляют воздействие на волокна внешней среды, в том числе среды бетона.
б
Рис. 1. Арматура неметаллическая композитная:а - базальтопластиковая арматура; б -
стеклопластиковая арматура
Механические свойства неметаллической композитной арматуры зависят от следующих факторов:
• тип волокна;
• тип полимерного связующего;
• ориентация волокон относительно стрежня;
• форма образцов;
• объемное соотношение компонентов, входящих в состав арматуры;
• адгезия волокон с матрицей;
• применяемая технология процесса производства.
Полимерное связующие.
Очень важным вопросом при изготовлении АНК является выбор правильного полимерного связующего, так как оно оказывает большое влияние на конечные физико-механические свойства получаемой арматуры. Полимерная матрица в составе композитной арматуры является той средой, которая скрепляет и объединяет отдельные высокопрочные волокна в цельный арматурный стержень. Матрица отвечает за совместную работу волокон в составе арматуры. Полимерное связующее не только склеивает и обволакивает волокна, защищая их от механических повреждений, но также позволяет равномерно распределять напряжения между волокнами. Помимо этого, связующее выполняет важнейшую роль в формировании итоговой коррозионной стойкости арматуры. Существует два типа полимерных матриц, широко используемых для соединений волокон композитной арматуры, а именно: термореактивные и термопластичные. При производстве АНК термореактивные полимеры используются чаще, чем термопластичные. Механические свойства некоторых термореактивных смол приведены в таблице 1 [1].
Таблица 1. Физико-механические характеристики матрицы
Тип Удельный вес, т/м3 Модуль упругости, ГПа Прочность при растяжении, МПа Отно сительное удлинение при разрыве ,%
Эпоксидная 1.20-1.30 2.75-4.10 55.00-130.00 1.00-5.00
Полиэфирная 1.10-1.40 2.10-3.45 34.50-103.50 5.00-12.00
Винилэфирная 1.12-1.32 3.00-3.35 73.00-81.00 5.40-10.30
На рисунке 2 приведены зависимости напряжений от относительных деформаций, отдельно: для волокон, матрицы и композитной арматуры. Анализ этих зависимостей
показывает, что волокна, входящие в состав неметаллической арматуры, имеют более высокие значения прочности при растяжении. Эпоксидная матрица разрушается при значительно меньших усилиях и обладает большей деформативностью. Зависимость напряжений в арматуре, состоящей из волокон и матрицы, от относительных удлинений ближе к аналогичной зависимости у волокон, но все-таки, меньше последней. Связующая матрица композитной арматуры более деформативна.
Рис. 2. Зависимость удлинения от усилий, возникающих в материалах, входящих в состав
композитной арматуры
Проведенные еще в 1989 [2] году исследования показывают, что для полного использования прочности волокон композитной арматуры, матрица должна развивать более высокие предельные деформации, чем волокна. Это значит, что целесообразно повышать не только прочность волокон, но и полимерной матрицы, входящей в состав композитной арматуры. Для получения лучших итоговых физико -механических свойств композитной арматуры эпоксидная матрица должна соответствовать по прочностным характеристикам волокнам. Свод правил Американского Института ACI [3] предъявляет повышенные требования к полимерной матрице композитной арматуры, и указывает на то, что вследствие недостаточных физико-механический свойств полимерной матрицы, композитная арматура не может эффективно работать на срез, из-за разрушения матрицы от срезающих усилий.
Модификация полимерного связующего.
На практике эпоксидная смола, в основном, применяется с использованием различных методов модификации. В первую очередь это связанно с тем, что модификация позволяет влиять и изменять достаточно широкий спектр итоговых свойств получаемого эпоксида, что в итоге сказывается на конечных свойствах композитной арматуры. При этом за счет улучшения свойств эпоксидного связующего можно менять достаточно широкий спектр свойств композитной арматуры. С помощью модификации свойств эпоксидного связующего АНК можно существенно влиять на итоговую огнестойкость арматуры, ее адгезию с бетоном, прочность арматуры на срез, сжатие и растяжение, а также на значение соответствующих модулей упругости.
Существует много способов модификации эпоксидного связующего композитной арматуры. В общем виде, методы модификации можно разделить на физические, основанные на адсорбционной модификации поверхности, и химические. В основе физической модификации заложены представления о том, что физико-технические свойства макрокомпозитов можно регулировать путем изменения фильности поверхности заполнителей и устройства эластичных слоев по их поверхности.
Сущность химической модификации заключается в обработке поверхностей наполнителей веществами, способными к химическому взаимодействию реакционноспособными группами, расположенными на поверхности наполнителей [4].
Работы по улучшению свойств материалов при помощи введения в их состав углеродных нанотрубок (УНТ) впервые проводились для бетонов (рис. 3). После стремительного развития нанотехнологий в мире, наноматериалы нашли широкое применение в качестве модификации различных композитов, в том числе и на основе эпоксидов. Данный метод показал себя достаточно эффективным, как с практической, так и с экономической точки зрения. За счет своих свойств наноматериал позволяет влиять на итоговые характеристики получаемого композита, изменяя его работу на молекулярном уровне. Согласно исследованиям Тринеевой В.В. и других [5] стабилизация системы «полимер-нанокомпозит» при внесении в нее энергетически насыщенных нанокомпозитов происходит за счет возникновения новых химических связей. Данные исследования показали, что использование модифицированного связующего при производстве композитной арматуры позволяет повысить предел прочности арматуры на разрыв не менее чем на 30%.
УНТ обладают высокими механическими характеристиками, и рассматриваются в настоящее время, как эффективное средство повышения физико-механических свойств композитных материалов [6]. Они имеют свободные химические связи, поэтому могут обеспечивать лучшее сцепление бетонной смеси и заполнителя и, как следствие, повышать прочность материала. Использование УНТ в качестве модификатора позволяет в среднем повысить прочностные характеристики строительных материалов на 10-20%.
Так, проведенные исследования [6] позволили получить следующие результаты: модификация эпоксидного композита углеродными нанотрубками (рис. 3) приводит к повышению механических свойств материала, что должно способствовать улучшению эксплуатационных характеристик композитной арматуры.
При увеличении величины прилагаемого напряжения, введение углеродных нанотрубок в эпоксидный композит способствует значительному (75 - 97%) увеличению модуля ползучести при растяжении и повышению (7-15%) модуля упругости при сжатии (рис. 4).
Рис. 3. Морфология аморфной модификации углерода из сфагнового мха
Рис. 4. Изменение модуля ползучести при растяжении Е^ (/) в зависимости от времени испытания. Прилагаемое напряжение, МПа: а - 0,75; б - 1,00; в - 1,25
Заключение.
Очевидно, что эпоксидное связующее оказывает существенное влияние на конечные физико-механические свойства получаемой композитной арматуры. От эпоксидного связующего зависит огнестойкость арматуры, ее адгезия с бетоном, прочность арматуры на срез, сжатие и растяжение, а также значение соответствующих модулей упругости. Существует большое количество типов модификации эпоксидного связующего АНК, но наиболее многообещающим является улучшение свойств за счет введения в состав УНТ. Данный метод не требует изменения существующих процессов производства композитной арматуры и является наиболее перспективным, как с практической, так и с экономической точки зрения.
Список литературы /References
1. Fico R. Limit states design of concrete structures reinforced with frp bars. PHD Thesis. University of Naples Federico II.
2. Philips Leslie N. Ed. by. Design with Advanced Composite Materials, Springer-Verlag Publication. UK.
3. ACI 440. 1R-06.Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars.
4. Чеботарева Е.Г., Огрель Л.Ю. Современные тенденции модификации эпоксидных полимеров.// Фундаментальные исследования. № 4, 2008. C. 102-104. ISSN 18127339.
5. Тринеева В.В., Вахрушина М.А., Грозина Л.А., Кодолов В.И., Модификация полимерных композитных материалов сверхмалыми количествами металл/углеродных наноструктур.// Химическая физика и мезоскопия. Том 15. № 1, 2013. C110-115. ISSN 1727-0227.
6. Онищенко Д.В., Рева В.П., Уманский А.М., Беккер А.Т., Модификация эпоксидной смолы углеродными нанотрубками, сформированными в условиях механоактивации из растительного сырья // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2013. № 8. С. 45-47. ISSN 0023-1126.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АКУСТООПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
НА БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ 1 2
Панкова К.В. , Стегнеев С.В. Email: [email protected]
1Панкова Ксения Викторовна - инженер-конструктор 3 категории, конструкторский отдел; 2Стегнеев Сергей Вячеславович - начальник сектора, отдел оптических и лазерных систем, Акционерное общество «Военно-промышленная корпорация «Научно-производственное
объединение машиностроения», г. Реутов
Аннотация: в статье рассмотрена возможность применения акустооптических систем для обнаружения и осуществления сканирования исследуемых объектов. Принцип работы системы осуществляется посредством отклонения светового луча в системах лазерного сканирования. Немаловажным является соответствие требованиям стабилизированных приемо-передающих устройств и вычислительных средств. В настоящее время не все эти свойства используются в полной мере, а некоторые еще до конца не изучены. Вследствие этого сохраняется высокий потенциал дальнейшего развития данного направления.
Ключевые слова: акустооптические системы, акустоооптический дефлектор, беспилотные летательные аппараты, лазерные системы.
PROSPECTS OF THE DEVELOPMENT OF ACOUSTICAL SYSTEMS IN THE UNBEILED FLYING APPARATUS Pankova K.V.1, Stegneev S.V.2
1Pankova Ksenia Viktorovna - Design Engineer 3 categories, DESIGN DEPARTMENT; 2Stegneev Sergey Vyacheslavovich - Chief of the sector, DEPARTMENT OF OPTICAL AND LASER SYSTEMS, JOINT STOCK COMPANY «MILITARY-INDUSTRIAL CORPORATION «RESEARCH AND INDUSTRIAL ASSOCIATION OF MACHINE BUILDING», REUTOV
Abstract: in the article the possibility of using acousto-optical systems for detecting and performing scanning of the investigated objects is considered. The principle of the system is carried out by deflecting the light beam in laser scanning systems. Equally important is the compliance with the requirements of stabilized receiving and transmitting devices and
