Формирование заданных структур полимеров посредством воздействия физических полей

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАДАННЫХ СТРУКТУР ПОЛИМЕРОВ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Старов В.Н., профессор, д.т.н., профессор, Калач А.В., заместитель начальника института по науке, д.т.н., доцент, Хаустов С.Н., начальник кафедры, к.т.н., ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС

России, г. Воронеж

Лагунов В.С. д.т.н., Воронежский государственны технический

университет, г. Воронеж

Рассмотрены особенности формирования заданных структур полимеров под воздействием физических полей и исследования комбинированных внешних воздействий в виде нагрева и силовых воздействий на свойства композиционных материалов.

В настоящее время существует немало способов изготовления изделий из полимерных материалов (ПМ), но большинство из них технологически сложны. Среди прогрессивных технологий, используемых для создания полимерных пленочных высоко ресурсных и огнестойких покрытий, выделяется способ, заключающийся в реализации возможностей управлять структурой сложного полимера посредством формирования надмолекулярных образований за счет термомеханических воздействий.

Проведенные разными исследователями [1, 2] эксперименты показали принципиальную возможность увеличения на 25^30% и более отдельных показателей физико-механических свойств деталей из ПМ, полученных посредством комбинированного воздействия на структуру материала физических полей.

Составы комбинированных полей складываются от силового, теплового и магнитного внешних воздействий. В зависимости от требований, предъявляемых к материалам нередко используют воздействие одного или двух полей.

Указанное открывает перед разработчиками комплектующих и агрегатов машин и технологического оборудования новые широкие возможности по созданию уплотнительных и триботехнических узлов, обладающих высокими эксплуатационными показателями, включая повышенную огнестойкость, то актуально для многих отраслей народного хозяйства.

Особое место занимают исследования комбинированных внешних воздействий, многостадийного нагрева и силовых воздействий на свойства композиционных материалов [1]. Так, одновременное воздействие сил, вызывающих деформацию и нагрев материала при сварке до температуры плавления кристаллов фторопласта-4, позволяет не только устранить, «залечить» дефекты в волокнах, но и осуществить дополнительную ориентацию кристаллов параллельно направлению действия внешней силы.

Влияние термомеханической обработки на свойства КМ подтверждают данные табл. 1. Очевидно, что совместное

термомеханическое воздействие приводит к увеличению показателей прочности на растяжение в 1,2-1,4 раза, а рост нагрузки при растяжении достигает 1,6-1,7 раз.

Укажем еще на важный момент, который необходимо учитывать, формируя требования к материалам из КМ, процессам их изготовления и эксплуатационным условиям деталей для техники. Это касается влияния наполнителя на свойства изделия и выбор рационального связующего для сложных конструкций из КМ.

Таблица 1

Результаты совместного воздействия нагрева и деформации на свойства КМ

Исследуемые материалы Прочность при Нагрузка при сжатии,

растяжении, МПа МПа

Без растяжения

«Нафтлен» 46,8 430

«Даклен» 63,8 520

«Нафтлен» и пленка Ф-4 51,3 520

«Даклен» и пленка Ф-4 62,3 640

С термомеханической обработкой

«Нафтлен» и пленка Ф-4 69,4 870

«Даклен» и пленка Ф-4 76,3 1100

Существует много разных методик оценки свойств пленок, шаржированных наполнителями; сложных конструкций, содержащих инициирующие элементы; пленок, обволакивающих и облегающих более жесткие частицы и т.п. Отметим наиболее важные результаты: на качество соединения при помощи сварки фторопластовой пленки и ткани наиболее благоприятное влияние оказывает медный порошок в количестве 2,78*10-3 г/см2 [4].

Использование твердого никеля, обладающего более слабыми, чем медь, обволакивающими свойствами, не всегда способствует сохранению упорядочения слоев фторопласта. При большом количестве порошка никеля процессы разрушения преобладают над процессами образования адгезионных мостиков связи, поэтому наблюдается нарушение поверхностных слоев Ф-4.

Укажем на некоторые примеры использования металлических связующих для закрепления тканевого материала на несущих элементах корпуса подшипника скольжения. Благодаря металлическим связующим наблюдается значительное улучшение теплофизических характеристик всего триботехнического узла.

В этом случае тепло генерируется в зоне трения подшипникового узла лучше, следовательно, значительно эффективнее и быстрее оно отводится от зоны сопрягающихся поверхностей на корпус через металлические вкрапления (полосы), чем через полимер. Помимо чисто технических параметров, когда повышается работоспособность системы, благодаря применения таких КМ происходит повышение огнестойкости узлов машины.

При этом в зависимости от вида связующего (клей, олово, свинец) существенно изменяются основные показатели, являющиеся оценкой антифрикционных свойств конструкций. Так, для материалов «Нафтлен» и «Даклен» коэффициент трения при использовании клея Н-88 равен соответственно 0,24 и 0,25, а при использовании баббита 0,15 и 0,16; для свинца имеем соответственно 0,14 и 0,15.

Проведенный анализ позволяет установить круг наиболее важных требований к деталям на основе композиций из полимерных материалов, являющихся определенной гарантией высоких эксплуатационных показателей деталей и элементов машин и оборудования, обладающих при этом необходимыми показателями пожаро- и взрывоопасности. Чтобы обеспечить эти свойства необходимо проводить формирование заданных структур полимеров под воздействием комбинированных внешних воздействий посредством физических полей в виде нагрева и силовых воздействий на структуру и свойства композиционных материалов.

Список литературы

1. Козлов Г.В. Ангармонические эффекты и физико-механические свойства полимеров. [Текст]. Г.В. Козлов, Д.С. Солдатов. - Новосибирск: Наука, 1994. - 257с.

2. Лагунов В.С. Системные исследования структурированных полимеров. Монография. [Текст]. В.С. Лагунов, В.Н. Старов, Е.А. Бойков. - Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. - 151 с.

3. Лагунов В.С. Особенности изготовления и свойства полимерно тканевых композиционных материалов. [Текст]. В.С. Лагунов и др. // Пластические массы.1991. № 10. С. 35-37.

4. Паншин Ю.А. Фторопласты. [Текст]. Ю.А. Паншин, С.Г. Маклевич, Ц.С. Дунаевская. - М.: Химия, 1982.- 317 с.