CC BY
9ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Шернаев А.Н., Гулямов Г., Мирзакулов Ж.К., Разакова Л.С.
Ташкентский химико-технологический институт
г. Ташкент, Узбекистан e-mail: a [email protected]
Аннотация. В данной статье представлены и проанализированы мнения о технологии получения экологически чистых антифрикционных древесно-полимерных композиционных материалов и ее особенностях.
Ключевые слова: среда, материалы, древесно-полимерные, антифрикционные.
Разработка новых композиционных полимерных материалов (КПМ), получаемых с использованием ингредиентов на основе местных сырьевых ресурсов, является одной из технических проблем, стоящих перед машиностроением. Однако, несмотря на широкий интерес, которые вызывают наполненные полимерные материалы, рекомендации по введению в их состав определенного количества наполнителей почти не существуют. Поэтому особый интерес представляет выбор оптимального количества наполнителя при разработке КПМ, используемых в различных отраслях машиностроения.
В этих условиях исследование влияния наполнителей на физико-механические свойства полиолефинов имеет теоретическое и практическое значение и является актуальной при разработке новых КПМ на основе местного сырья.
Нами в качестве матричного полимера принят полиэтилен высокой
"5
плотности (ПЭВП- HDPE) марки I-0754 плотностью 0,954 г/см и показателем текучести расплава (ПТР) 6,70 г/10 мин. В качестве минеральных наполнителей использованы каолин Ангренского месторождения и двуокись титана. Выбор этих наполнителей обусловлен их доступностью и значительной дешевизной по сравнению с другими наполнителями. Наполнители вводили в рецептуру композита от от 5 до 50 мас.ч на 100 мас.ч. ПЭВП.
Полиэтиленовое связующее и минеральные наполнители предварительно подвергались механоактивации, для чего каждое вещество в отдельности загружали в мельницу и в течение 60-90 мин подвергали измельчению, разрушая материал ударом, сжатием и истиранием. Затем композицию, содержащую полиэтилен и минеральные наполнители - каолин и двуокись титана, готовили известными способами, например, сухим смешением всех компонентов.
Для получения модифицированной полимерной композиции в смеситель загружали дозированные в определенном соотношении компоненты смеси и
перемешивали в течение 30-50 мин. Полученную таким образом смесь композиции загружали в бункер литьевой машины, откуда она поступала в литьевой цилиндр, нагретый до 493-533К, и под давлением 110-120 МПа отливали опытные образцы для испытаний.
Экспериментально установлено, что плотность композиций с повышением степени наполнения монотонно возрастает, но существенно увеличивается при содержании наполнителя в композиции более 25-30 мас.ч. Наблюдаемое явление можно объяснить либо возникновением большого количества дефектов (пустот) вследствие образования агрегатов частиц и неполного смачивания твердой поверхности дисперсной фазы полимерным связующим, либо формированием рыхлого упакованного слоя макромолекулярных цепей на границе раздела полимер - наполнитель.
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что введение минерального наполнителя - двуокиси титана 20-30 мас.ч ведет к повышению предела прочности при изгибе композита до максимума и затем дальнейшее увеличение содержания этого наполнителя сопровождается постепенным уменьшением его значения. При введении каолина в ПЭВП, предел прочности при изгибе композита снижается с увеличением содержания наполнителей. Однако величина предела прочности при изгибе остается довольно высокой у композиций, наполненных 5-15 мас. ч. этих наполнителей.
Удельная ударная вязкость композитов с увеличением двуокиси титана до 30 мас.ч, также повышается, а при дальнейшем увеличении содержания наблюдается снижение. При введении каолина значение удельной ударной вязкости композита постепенно снижается. Возрастание прочности при изгибе до определенного содержания наполнителей, по-видимому, связано с его накоплениями в межсферолитовых участках, куда наполнитель попадает в процессе кристаллизации. Снижение прочности композита при больших содержаниях наполнителя, по-видимому, вызвано тем, что присутствие большого количества наполнителя между макромолекулами полимерной матрицы несколько осложняет энергию их межмолекулярного взаимодействия, ускоряя процесс разрушения композита.
Твердость композита с введением в полимерную матрицу каолина до 30 мас. ч, двуокиси титана до 40 мас. ч. повышается, затем снижается. Изменение значения твердости при малом содержании наполнителя происходит за счет изменения жесткости системы полимер-наполнитель. Увеличение твердости при малом количестве наполнителя обусловлено изменением степени структурной упорядоченности полимерной матрицы, а снижение твердости композита при дальнейшем увеличении содержания наполнителей, по-видимому, объясняется тем, что при сдвиговой деформации происходит разрушение структур из наполнителей, который к тому же не способен к активному взаимодействию с полимерной матрицей. Поэтому, при деформации контакты между частицами наполнителя легко разрушаются, и при отсутствии взаимодействия их с полимерной матрицей вся система ослабляется.
Таким образом, с учетом полученных данных исследований были разработаны антифрикционные полиэтиленовые композиции специального назначения и технология их получения для рабочих органов хлопковых машин и механизмов, обеспечивающих функционально важные физико-механические, триботехнические и эксплуатационные свойства композиционных полимерных материалов, работающих в условиях взаимодействия с хлопком-сырцом.
Создание наукоемких экологически чистых технологий по разработке конструкционных и антифрикционных древесно- полимерных композиционных материалов из местного сырья и высокоэффективной технологии изготовления подшипников скольжения на их основе, исключающих импорт подшипников качения, имеет существенное значение для отраслей экономики республики.
Наиболее приемлемым древесным материалом в качестве основы антифриционного композиционного материала для подшипников скольжения являются тополь и тал.
Известно, что в основе всех технологий производства антифрикционного древесно- полимерного композиционного материала на основе тополя и тала лежит подготовка сырой древесины к прессованию путем придания ей пластичности. Учитывая, что с повышением температуры и влажности древесины её составные части - лигнин и гемицеллюлоза значительно размягчаются и становятся менее вязкими, вследствие чего сопротивление сжатию (уплотнению) падает. Поэтому первоначально в технологии вводилась операция предварительной термообработки паром при низких температурах.
С целью повышения механических свойств, её водо- и влагостойкости древесины и для получения заготовок подшипников скольжения из тополя и тала, которые обладали бы свойствами само смазывания, они пропитываются жидким минеральным маслом. Существуют различные способы пропитки, которые вызваны необходимостью глубокого заполнения капиллярно-пористой системы более вязкими веществами. Одним из таких способов пропитки древесины является способ пропитки древесины без применения избыточного давления, который получил название горячо-холодной ванны. При этом способе древесина сначала прогревается в горячей ванне до 95-115 оС, находящийся в капиллярно-пористой системе, воздух расширяется и частично выходит наружу. Затем древесина помещается в ванну с холодным пропиточным составом, оставшийся при этом воздух уменьшается в объеме, создавая внутри неё вакуум, который заполняется модификатором. Мелкие древесины пропитываются в течение 60 мин в горячей ванне и переносятся на 60 мин в холодную. Этим способом хорошо пропитывается древесина влажностью до 10 %.
На основе проведенных исследований и сформулированных требований разработана технологическая схема пропитки древесины-тополя и тала машинным маслом и модифицированной полимерной композицией. Она состоит из следующих этапов:
• пропитка теплым машинным маслом, подогретым до t = 40-60 0 С с выдержкой в печи до 24-48 ч. Затем температура масла доводилась до 1= 110120 оС, при которой происходила частичная проварка древесины в течение 1-2 ч. После этого идет охлаждение печи в течение 12-15 ч;
• загрузка пропитанной маслом древесины в ванну с горячей полимерной композицией, подогретой до t=140-1600 оС, с выдержкой при этой температуре в течение 1,5-2,0 ч, с последующим охлаждением;
• загрузка горячих заготовок в холодные пресс-формы и прессование при удельной нагрузке 15,0-20,0 МПа. Спрессованные заготовки выдерживались в пресс-формах под универсальным прессом 5-10 мин для охлаждения их до температуры 1= 40-50 оС ;
• нормализация (вылеживание) спрессованной древесины в окружающей воздушной среде или в ванне с холодным обезвоженным маслом в течение 2448 ч.
Такая технология пропитки древесины с торца под давлением обеспечивает относительную легкость продвижения жидкости вдоль волокон древесины и вытеснение из сосудов воды и воздуха, высокую скорость наполнения сырой древесины. Она дает возможность изменять в заданном направлении структуру древесного вещества путем продавливания заготовки через канал переменного сечения при одновременной подаче потока нагретого модификатора в её торец под действием высокого давления.
Таким образом, с учетом технологии пропитки древесины маслом и модифицированной полимерной композицией, нами разработаны антифрикционные древесно-полимерные композиционные материалы на основе местного сырья - тополя и тала. Кроме того, проведенные исследования позволили разработать технологию получения композиционных материалов на основе древесины и модифицированных полимеров и технологию изготовления из них подшипников скольжения, используемых в машинах и механизмах комплекса оборудования хлопкоочистительных заводов, особенностью которых является высокая запыленность и наличие большой концентрации хлопкового пуха, которые проникают вовнутрь подшипника качения. Такая технология обеспечивает высокопроизводительное изготовление подшипников скольжения путем формования их на специальных пресс-формах.
Использование разработанной технологии получения антифрикционных древесно-полимерных композиционных материалов на основе древесины и модифицированных полимеров, полученных из местных минеральных и вторичных сырьевых ресурсов, и технологии изготовления из них подшипников скольжения для комплекса оборудования хлопкоочистительных заводов позволит повысить вдвое ресурс их работы, снизить уровень шума, сократить расход смазочных материалов и трудоемкость смазочных работ.
Список использованной литературы
1. http://www.presidentofpakistan.gov.pk/
2. Muhammad Ali Jinnah Quaid-i-Azam. Speeches as Governor-General of Pakistan. - Karachi : Ferozsons Ltd.. 1947-1948. - Р.102.
3. Gallup History Project. URL: https://twitter.com/GallupPak/status/. - Pakistan. - 2001. - Р.14
4. Speech by the President of the Republic of Uzbekistan Sh. Mirziyoyev to the newly elected members of the Senate. January 20, 2020.
