CC BY
21
УДК 678.743.41/45:678.019.31
Дослиджено вплив технологи отримання вуглеволокнистих фто-ропластових композиций на воло-говбирання i службовi властивостi композитiв з них. Ощнку впливу середовища на вуглецевоволокни-стий фторопластовий композит проводили по видноснш змн маси дослиджуваного зразка в середови-щ^. Встановлено часову залежтсть вологовбирання вуглецевоволокни-стих фторопластових композитiв рiзного складу. Дослиджено вплив технологiчних факторiв на дифу-зшт характеристики композиту, визначена порiвняльна зносо-стштсть рiзних композитiв тсля експозици у середовищах
ТЕХНОЛОГ1Я ОТРИМАННЯ ВУГЛЕЦЕВО-ВОЛОКНИСТОГО ФТОРОПЛАСТОВОГО КОМПОЗИТУ ТА ЙОГО ВОЛОГОВБИРАННЯ I ВЛАСТИВОСТ1
А.Ф.Будник
Кандидат техычних наук, доцент* А. А Томас Студентка* П.В. Руденко
Завщуючий лабораторп* *Сумський державний уыверситет О. А.Буд ник
Аспирант
Днтропетровський Державний вищий навчальний заклад «УкраТнський державний хiмiко-технологiчний ушверситет»
А. А I л ь V н и х
Завщуючий лабораторп Сумський державний уыверситет
Вступ
Суттевою складовою розвитку сучасно! промис-ловосп е використання нових матерiалiв, що мають високий рiвень физико-мехашчних i експлуатацшних властивостей при роботi в умовах штенсивного зношу-вання i врахування впливу на щ властивостi корозш-но-активних середовищ. Вимоги, що пред'являються до нових матерiалiв, постiйно зростають, !х створення нерозривно зв'язане iз використанням нетрадицiйних технологiчних рiшень.
Практично у вах галузях сучасно! промислово-стi внаслiдок поеднання високого рiвня механiчних властивостей з малою питомою масою широке засто-сування знайшли полiмернi композитш матерiали на основi полiтетрафторетiлену (Ф-4) i вуглецевих волокон (ВВ), як основного наповнювача.
Найважливiшою перевагою полiмерних композит-них матерiалiв е потенцшно широкий дiапазон досяж-них властивостей, обумовлений застосуванням рiзних технолопчних прийомiв отримання наповнювача i
композицп (дизайном технологи). Особливе мiсце, в цьому плаш, належить технологiчнiй стадп поеднання (змiшення) пiдготовленого наповнювача (ВВ) з рецеп-турною кiлькiстю матриц (Ф-4) композита.
Особливiстю вуглецевофторопластового композиту е його вологовбирання, причому, як показали дослщження, при дифузп вологи в ньому можуть ввдбуватися рiзнi процеси, що супроводжуються пере-будовами структури, змшою фазового i елементного складу. Метод, який найчастше вживаеться в ба-гаточисельних дослiдженнях, присвячених даному питанню - кiнетичний ваговий метод дослщження дифузiйних характеристик, прийнятий i в наших до-слiдженнях.
Метою дано! роботи стало вивчення дифузп вологи (вологовбирання) у вуглецевоволокнистому фторопластовому композит (CFFC) i процеав, що вщбу-ваються при цьому, при рiзнiй технологii отримання композиту.
Постановка задач^ матерiали, методика i результа-ти експерименту
Об'ектом дослщжень е вуглецевофторопластовi композити на основi Ф-4, наповненi вуглецевим волокном.
Матриця дослщжуваних композитiв - полиетраф-торетилен (фторопласт-4) - це продукт суспензшно! полiмеризацii тетрафторетилену.
Довгострокова практика розробки i теоретичних дослщжень технологii i властивостей вуглецевофторо-пластових волоконних композиив показала, що най-прийнятнiшим для потреб загального машинобуду-вання е фторопласт-4 марки ПН [1].
Основним наповнювачем для фторопластового композиту е вуглецеве волокно, одержуване з вуглеце-воi тканини методом механiчного подрiбнення [2].
Смужки тканини заздалегiдь подрiбнювали, змь шували з порошком фторопласту-4 i готували компо-зицiю проектного (що вимагаеться) об'емного (матового) розподшу волокон по довжинах [2, 3].
Зразки виробляли з одержаноi композицп пресу-ванням за технолопею переробки фторопластiв [4].
Наповнювач в ролi вуглецевого волокна виконуе роль армування матрищ. Вiн додае ш вищi показники твердостi композиту, знижуе коефвдент лiнiйного теплового розширення, повзучiсть пiд навантаженням, пiдвищуе зносостшюсть, а також володiе iнертнiстю по вщношенню до дii агресивних середовищ. Але ву-глеволокно мае суттевий недолж у виглядi гщрофоб-носи, внаслiдок наявностi в структурi мжро - i ма-крооб'емних дефекпв. До мiкродефектiв вiдносяться вакансii i чужорiднi включення.Макродефекти - ча-стинки графггу i iншi домiшки, пори i пустоти.
Вся ця недосконалкть виливаеться в здатнiсть ВВ накопичувати в собi вiдносно великi об'еми вологи. Причому дефекти наповнювача закладаються ще на стадп його виготовлення.
Проте, багатограншсть властивостей ВВ дозволила виршити цiлий ряд складних матерiалознавчих проблем пов'язаних iз створенням вуглецевоволокнистих фторопластових композипв i виробiв багатофункщо-нального призначення, з них.
Вiдомо [5], що властивостi композитних полiмер-них систем визначаються не пльки кiлькiстю напо-внювача, але i часткою полiмеру, що знаходиться у прикордонному шарi "матриця-наповнювач". При цьо-му характер змiни властивостей композиту залежить вщ iнтенсивностi взаемодп макромолекул полiмеру з поверхнею наповнювача, гнучкостi молекулярних ланцюгiв, що визначають структурнi особливостi композитного матерiалу.
Добитися посилення взаемодii полiмеру (Ф-4) з поверхнею наповнювача (ВВ) представляеться мож-ливим активiзацiею процесу формування кластера майбутнього композиту технолопею сумщення його компонентiв [6].
У нашш роботi це досягалося попереднiм змь шенням рецептурноi частини наповнювача з певним об'емом матрищ, забезпечуючим максимальний адге-зiйний зв'язок на поверхш роздiлу Ф-4 - ВВ.
У ходi проведених дослiджень вивчалася можли-вiсть впливу технологiчних прийомiв отримання ком-позицii(змiни параметрiв поеднання матрищ (Ф-4) i наповнювача (ВВ)) на вологовбирання i експлуатацш-нi властивосп (зносостiйкiсть) вуглецевоволокнисто-го фторопластового композиту (СFFC).
Проникаючи до композиту за рахунок дифузп i молекулярного перенесення по дефектах структури, зовнiшня волога сприяе тдвищенню рухливостi його структурних елеменпв.
При цьому iснуе межа деякоi зони, в якiй можна вважати справедливим закон Фжа. За межами цiеi зони спостерiгаеться вщхилення кiнетичноi кривоi вiд положення, що передвщаеться законом Фiка. При цьому i нами i iншими авторами [7] спостерiгалося зниження механiчних властивостей рiзних полiмер-них матерiалiв в рiзних середовищах. Процес дифузii хiмiчно активних середовищ до матерiалу, в загаль-ному виглядi, описуеться системою рiвнянь Фiка до того часу, поки не ввдбудуться змiни в дифузшних характеристиках матерiалу [8]. Стльне протiкання фiзико-хiмiчних i механiчних процеав (у нашiй роботi тертя i зношування) призводить до так званих механо-хiмiчних явищ i зниження мехашчних властивостей композиту.
Пiдвищити цi властивоси можна, полiпшивши ад-гезiйний зв'язок мiж наповнювачем (УВ) i матрицею (Ф-4) i створивши умови, якi перешкоджають пдроль зу створених адгезшних зв'язкiв.
Результатом такого технологiчного прийому е шдльне прилягання прикордонних шарiв матрицi (Ф-4) i наповнювача (ВВ). Наступна термiчна дiя при термообробщ сформованого композиту в результат теплового впливу забезпечуе хороший контакт по-лiтетрафторетилену (Ф-4) з поверхнею наповнювача (ВВ) i вiдсутнiсть в прикордонних шарах композиту пор i пусток, що е "воротами" для проникнення вологи i погiршуючих, внаслщок цього, фiзико-механiчнi властивостi вуглецевоволокнистого фторопластового композиту.
Теоретичш передумови наших дослiджень тдтвер-дженi експериментально.
У ходi проведених дослщжень встановлено також, що зниження вологовбирання композиту СFFC сут-тевою тдвищуе його зносостiйкiсть, що е найважли-вiшим фактором i суттевим доказом його конкуренто-спроможностi.
В табл.1 подаш результати дослiджень вологовбирання композиту Ф4УВ20 з 20% ВВ при традицшнш технологи отримання, i при авторськш (CFFC).
Таблиця 1
Вологовбирання дослщжуваних композитiв
Час експо-зицй, д1б
*
т т
а а и
б
т
10
15
29
20
19
40
30
20
45
40
24
50
50
27
58
60
30
60
70
32
65
80
35
66
90
36
70
100
37
75
110
38
76
120
39
77
Таблиця 2 тдтверджуе тдвищення зносостiйкостi композиту CFFC в порiвняннi з композитом Ф4УВ20.
Таблиця 2
Вщ технологи отримання композиту - Залежжсть штенсивносп зношування i зразмв пiсля експонування у водi дистильованiй
Час експо-
зицй, д1б 5 10 15 20 25 30 35
S 39 50 58 59 60 60 60
К
3/ м s -7 0- CFFC
я, н
н а в у
ш о н 59 85 100 105 110 112 113
з ь
о '3 и и с н е Ф4УВ2(
¡в
Висновки
Проведет дослвдження показали, що iснуe реальна можлившть впливати на вологовбирання i службовi характеристики вуглецевоволокнистих фторопласто-вих композипв (CFFC) технологieю 1х виготовлення. Запропонований в робот пiдхiд до виршення цiei проблеми, на нашу думку, мае реальну перспективу на його продовження i вдосконалення.
Важливим також е те, що такий тдхщ до виршен-ня задачi отримання необхщних властивостей композит технологiчними методами (навiть при однш i тiй же рецептурi i методах отримання) мае можливiсть врахувати синергетичний ефект складових процесу i створити перспективну повнофункщональну керова-ну технолопю, яка мае всi передумови для ефективноi практичноi реалiзацii.
Л1ТЕРАТУРА
1. Фторопласты: каталог.- Черкассы: НИИТЭХХИМ,1983.
2. Будник А.Ф., Будник О.А. Технологические процессы подготовки наполнителя и композиции в производстве композиционных материалов на основе политетраф-торэтилена//Восточно-европейский журнал передовых технологий.-2007№3/4(27).- с.9-13.
3. Способ получения антифрикционной композиции «флу-
бон»:
А.с. 1736171(СССР), МКИ С 08 5/16; С08 27/18/ Г.А. Си-ренко, А.Ф. Будник(Укра'1на).-№4741996; заяв. 3.10.89; опубл. 22.01.92
4. Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в
изделия: Технология и оборудование.-Л.:Химия, 1987.-168с.
5. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полиме-
ров.М.:Наука,1977.
6. Будник А.Ф., Руденко П.В., Бурмистр М.В. Влияние про-
цесса смешения наполнителей и матрицы на технологию композитного материала на основе политетрафторэтилена// Весник Сумского государственного университета.-2007.-№1.-с.72-79
7. Степанов Р.Д., Шленский О.Ф. Расчет на прочность кон-
струкций из пластмасс, работающих в жидких средах. М.:Машиностроение,1981.
8. Тынный А.Н. Прочность и разрушение полимеров при
воздействии жидких сред. К.:Наукова думка,1975.
