CC BY
74
Структурные исследования полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и серпентинита
Кириллина Ю.В.
Целью работы является изучение влияния природных слоистых силикатов на структуру и свойства политетрафторэтилена (ПТФЭ) при создании полимерных композиционных материалов триботехнического назначения.
В настоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) являются наиболее перспективными материалами, используемыми в машиностроении, и обеспечивают не только замену металлов и сплавов, но повышают надежность и долговечность деталей машин. Применение их в узлах трения техники, особенно при эксплуатации в холодном климате позволяет решить проблему повышения работоспособности и ресурса деталей. Изделия из современных ПКМ могут работать в вакууме, химически активных средах, широком интервале нагрузок и скоростей скольжения. Одним из материалов, обладающих морозостойкостью, химической инертностью, высокой термической стойкостью, низкой адгезионной стойкостью и низким коэффициентом трения является ПТФЭ. Наряду с достоинствами ПТФЭ имеет ряд недостатков, такие как низкая износостойкость, высокий коэффициент линейного термического расширения и высокая деформативность, которые устраняются введением различных модификаторов. В настоящее время промышленностью выпускается малый ассортимент композиционных материалов на основе ПТФЭ. К ним относятся высоконаполненные материалы марок Ф4К20, Ф4К15М5, Ф4Г15, содержащие в качестве модификаторов кокс, дисульфид молибдена и графит. Эти материалы характеризуются высокой износостойкостью, но низкими вязко-упругими свойствами [1-4].
Введение малого количества наполнителей нано-метрового размера на основе природного сырья, таких как механоактивированные слоистые силикаты, является эффективным методом модификации ПТФЭ для разработки материала, обладающего наряду с высокими триботехническими свойствами высокими прочностными характеристиками.
Малое содержание наполнителей обеспечивает материалу высокую прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве, но пониженное сопротивление к износу. При среднем объемном содержании наполнителей получаются материалы для эксплуатации при невысоких нагрузках и скоростях скольжения. Высокое объемное содержание наполнителей обеспечивает наибольшие износостойкость, стойкость к деформации под нагрузкой [5].
В работе проведены структурные исследования ПКМ на основе ПТФЭ, наполненного механоактиви-рованным серпентинитом различных концентраций, методом рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния. Показаны результаты исследования триботехнических испытаний, а также физикомеханические показатели ПКМ. Выявлены оптималь-
Физико-математические и технические науки
ные концентрации наполнения ПТФЭ по критериям улучшения физико-механических и триботехнических свойств.
Анализ результатов физико-механических и триботехнических исследований композитов показал преимущество механоактивации наполнителя на планетарной мельнице «Пульверизетте-5». При введении наполнителей в количестве до 2 мас. % прочностные характеристики композитов остаются на уровне показателей исходного полимера, дальнейшее повышение содержания наполнителей приводит к постепенному снижению физико-механических свойств.
Отмечается значительное повышение триботехнических характеристик композитов: снижение скорости массового изнашивания в 1000 раз у композита, содержащего 5 мас. % серпентинита. Почти у всех композитов наблюдается снижение коэффициента трения. Этот факт может быть связан с изменением структуры поверхностного слоя полимерного композита в процессе трения и изнашивания.
Для выяснения механизма усиления ПТФЭ наполнителями и установления связи между физико-механическими свойствами, износостойкостью и структурой композитов были проведены исследования их морфологии методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа. При введении наполнителей можно наблюдать образование структурных форм представляющих собой длинные фибриллярные стволы, на котором растут поперечно направленные ламели, в которых цепи находятся в складчатых конфигурациях.
Проведен рентгенографический анализ полимерных композитов на основе политетрафторэтилена, наполненного серпентинитом, в зависимости от его концентрации. Рассчитана степень кристалличности полимерных композитов. Модифицирование ПТФЭ серпентинитом приводит к некоторому снижению степени кристалличности исходной матрицы. Характер изменения степени кристалличности вероятнее всего может объясняться введением механоактиви-рованного серпентинита с наиболее выраженной аморфной структурой, которая приводит к уменьшению степени кристалличности ПТФЭ. При этом происходит изменение степени кристалличности —доля аморфной фазы в полимерном материале увеличивается. Показано, что гало аморфной фазы наиболее выражено у ПКМ с содержанием 5 мас.% серпентинита.
Из экспериментальных данных малоуглового рентгеновского рассеяния от образцов после процедур аппаратной коррекции с учетом форм —факторов были вычислены значения функций распределений наночастиц по размерам (Dv(R)) в образцах в виде исто-грамм в %, а также вычислены усредненные значения структурных и дисперсных характеристик наночастиц.
Всероссийский журнал научных публикаций, июнь 2011
7
Исследование физических и орбитальных характеристик короткопериодической кометы 16p/brooks
Снеткова Ю. А.
Список использованных источников
1. Н.П. Истомин, А.П. Семенов. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров (исследования инст. Машиноведения им. А.А. Благонравова). —М.: Машиностроение, 1976.
2. Энциклопедия полимеров. / Под ред. В.А. Каргина,
Т.1 —М.: Сов. энциклопедия, 1986.
3. А.А. Охлопкова, О.А. Адрианова, С.Н. Попов. Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями. —Якутск: ЯФ Изд-во СО РАН, 2003. —224 с.
4. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. Л.: Химия, 1972. 240 с.
5. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефи-нов. Л.: Химия, 1984.
Информация об авторе
• Кириллина Ю.В. // студент IV курса Биолого-Географическо-го факультета ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова», г. Якутск.
В работе [1] была представлена разработанная нами многокомпонентная модель сферического ядра кометы, на основе которой можно оперативно определять некоторые физические характеристики (радиус, массовая плотность и масса) ядер комет. В той же статье приведены численные значения указанных характеристик для 10 короткопериодических комет (1Р-12Р), которые близки к данным, полученным разными авторами по другим моделям. Мы также провели исследование фотометрических, физических и орбитальных характеристик комет 13Р-15Р, результаты которого представлены на сайте http://www. sworld.com.ua.
Основными задачами настоящей работы являются:
1. Расчет физических характеристик (эффективного радиуса, средней массовой плотности, массы) ядра короткопериодической кометы 16P/Brooks с использованием разработанных нами алгоритмов.
2. Исследование орбитальных характеристик указанной кометы.
3. Определение времени жизни, в течение которого комета превратится в вымершую, с использованием полученных значений физических параметров и орбитальных характеристик.
Актуальность исследований: знание физических и орбитальных характеристик ядер комет позволит более реально оценить уровень кометной опасности для нашей планеты и смоделировать надежную стратегию предотвращения катастрофических последствий на Земле от падения на нее ядра кометы.
Физические характеристики ядра кометы Радиус ядра кометы Брукса
Используя методику расчета радиуса ядра кометы [2], получаем численные результаты ^ представленные в таблице 1.
Таблица 1.Основные фотометрические характеристики и размеры ядра кометы
т„,1 13М оиг, (км) 1314, (км) Ссылка
0.04 16.5 V 1.68 1.59 1.70 [3] [4]
Ае и т—геометрическое альбедо и гелиоцентрический блеск ядра кометы, X —диапазон длин волн (фотометрическая полоса), которому соответствуют значения Ае и т. Фотометрические характеристики заимствованы из работы [3].
Для сравнения приведены значения радиуса RN ядра кометы, представленные в других работах. Очевидно, что полученные в настоящей работе результаты для радиуса ядра кометы Брукса хорошо согласуются с результатами других авторов.
Массовая плотность ядра
Используя разработанный нами алгоритм определения средней массовой плотности и области ее допустимых значений, определим значение плотности р^ш ядра кометы Брукса.
Численный анализ результатов указал на наличие сильной зависимости области допустимых значений массовой плотности ядра от сферического (бондов-
