Разработка составов полимерных композиционных материалов специального назначения

Из анализа данных, представленных в таблице 4, следует, что расчеты, выполненные по методу А.Э.Алумяэ, дают заниженные значения равновесной сорбционной влажности для всех исследованных материалов практически при всех исследованных значениях относительной влажности и температуры. Только значения равновесной сорбционной влажности исследованных материалов, вычисленные для условий: температура +35°С,относительная влажность воздуха 40%, превышают значения этого показателя, экспериментально измеренные при этих же условиях.

Основной вывод, который следует из вышеупомянутого сопоставления: предложенный А.Э.Алумяэ метод нельзя применять для расчета изотерм сорбции строительных материалов, т.к относительная ошибка расчета этого показателя по методу А.Э.Алумяэ может достигать - 45%.

Из проведенного анализа следует, что ни один из вышеизложенных методов не может быть применен для расчета изотерм сорбции паров воды строительными материалами.

Литература

1. Алумяэ А.Э. Методика экспериментально-расчетного определения изотерм сорбции местных ячеистых бетонов. // В кн. Труды НИИ строительства ЭССР. Исследования по строительству. Таллин, 1970. Вып. 11, с. 161-167.

2. Дубинин М.М., Радушкевич Л.В. К вопросу об уравнении характеристической кривой для активированных углей. // Доклады АН СССР, 1947. Т. 55. №4, с. 331-334.

3. Дубинин М.М. Основные проблемы теории физической адсорбции. М., 1970, с. 251-259.

4. Киселев И.Я. Равновесная сорбционная влажность строительных материалов при положительных и отрицательных температурах.// «Строительные материалы», 2003, №8, с. 38-40.

5. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., 1984.

6. Никитина Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты переноса во влажных материалах. М., 1968.

7. Пасс А.Е. Способ определения гигроскопического равновесия некоторых гигроскопических веществ.// Инженерно-физический журнал. М., 1963, т. 6, №10, с. 53-56.

8. Полозова Л.Г. Сорбционное увлажнение некоторых местных неорганических строительных материалов.// Известия АН ЭССР, 1956, т. V, №4, с. 255-265.

9. Физические величины. Справочник. М., 1991.

10. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. М., 1969.

Analysis of Methods of Calculation Equilibrium Sorption

Humidity of Building Materials in High and Low

Temperature. By I.Ya.Kiselev

The trustworthy information about sorption humidity of building materials in that range of temperatures in which they are maintained in enclosure is especially important.

Разработка составов полимерных композиционных материалов специального назначения.

Ю.А.Соколова, Д.Е.Жарин, Л.Н.Шафигуллин

Благодаря уникальному комплексу эксплуатационных свойств эпоксидные, полиэфирные и эпоксиполиурета-новые композиционные материалы (КМ) нашли широкое применение при производстве облицовочных потолочных плиток и элементов фитинговых систем [1, 2].

Современной тенденцией производства строительных материалов является использование механической обработки для получения готовых изделий.

С целью повышения эффективности производства и достижения высокого качества строительных изделий из полимерных КМ, полученных механической обработкой, разработана методика проектирования составов полимерных композиционных материалов, учитывающая закономерности изменения физико-механических (£д - динамический модуль упругости; Rcж - предел прочности при одноосном сжатии; HBб|¡ - твердость по Бринеллю), технологических ^ - подача, V -

104 2 2009

скорость, t - глубина резания) свойств от рецептурно-технологических факторов и их стойкость в агрессивных средах.

Экспериментальные исследования проводили на эпоксидных, полиэфирных, эпоксиполиуретановых композитах. В качестве матричных компонентов использовали: эпоксидную смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), дибутилфталат (ДБФ) (ГОСТ 8728-88), полиэтиленполиамин (ПЭПА) ТУ 2413-35700203447-99, полиэфирную смолу 540-М 888, пероксид №1 (раствор перекиси метилэтилкетона в диметилфталате), простой полиэфир (Сарэл А-04) и полиизоцианат (Сарэл Б-04). Наполнителями КМ служили: диабаз (ри=2900 кг/м3, 5уд=80п780 м2/кг (Буд - удельная поверхность наполнителя)), маршалит (ри=2650 кг/м3, 5уд=80п780 м2/кг), ПЦ 400 ДФ (ри=3100 кг/м3, 5уд=80п780 м2/кг), аэросил А300 (5уд=80п780 м2/кг), гранитный порошок (ри=2650 кг/м3, Sуд= 150 м2/кг) и полиамидное волокно ^= 15 мкм, /=6 мм). В рецептуре варь-

ировали массовым содержанием отвердителей, объемным содержанием и удельной поверхностью наполнителей. В качестве испытательного оборудования использовали вертикально-сверлильный станок модели 2С132 с применением сверл (ГОСТ 10902-77) Р6М5 Ш10-20 мм.

Введение наполнителей (маршалит, диабаз, портландцемент, аэросил) в различные полимерные матрицы приводит к повышению физико-механических свойств КМ (для полиэфирных КМ: Ед - до 60%, Rcж - до 64%, НВбр - до 60%; эпоксидных КМ: Ед - до 50%, Ясж - до 60%, НВбр - до 55%; эпокси-полиуретановых КМ: Ед -до 50%, Rcж - до 63%, НВбр - до 61%) и качества обработанных (операция сверления) поверхностей (снижение шероховатости поверхности ^а) на 10...20%) (рис.1).

В ходе экспериментальных исследований установлено, что механическая обработка КМ возможна при условии, что ф<0,4 (ф - объемное содержание наполнителя), так как при ф> 0,4 происходит разрушение композита вследствие механодеструкции материала (рис. 2).

Данный эффект обусловлен возникновением больших локальных механических напряжений, высокой температурой, превышающей теплостойкость органических составляющих материала, и интенсивных окислительных процессов, возникающих в процессе резания КМ [4].

Получены результаты исследований влияния агрессивных сред на коррозионную стойкость КМ до и после механической обработки. В процессе обработки в полимерном материале образуются трещины, сколы, внутренние дефекты, в связи с этим массопоглощение полимерных композитов возрастает (для эпоксидных КМ в воде - на 22.31% и в СОЖ - на 20.30% (смазочно-охлаждающая жидкость); для полиэфирных КМ в воде на 25.35% и в СОЖ - на 22.32%; для эпоксиполиуретановых КМ в воде на 20.30% и в СОЖ -на 17.25 %).

С учетом [5] получена концентрационная зависимость ЕД(Ф)для КМ:

EmEf + [EmJ + Ef (1 J )] ' Ьупр ' ^уд ' куд

д £тФ + £'

где Ет - модуль упругости матричного материала; Е - модуль упругости материала наполнителя;

Ьупр Ьупр

Ег - Еі

S - S уД2 уД1

постоянный коэффициент (ана-

логично определяется коэффициент 6сж) (рис.3);

куд - поправочный коэффициент: кУД =

1-

^УДР

Sya

В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований установлено, что предел прочности при одноосном сжатии эффективно описывается перколяцион-ной зависимостью [5]:

= *ж.с.

Твердость КМ, наполненных маршалитом, диабазом, портландцементом, определяется:

,,В (Ь) «.,(») «с-т (1+а- •«')+ь„  5„ • к

------------------к:----------------

Твердость КМ, наполненных аэросилом, определяется:

«сж.с(Ь) р (Ь)+Ьж • $уд •к

HWJ)=-

К К

сж сж

где «сжс и «сжт - предел прочности при одноосном сжатии КМ и матричного материала; асж - коэффициент, характеризующий единичный элемент КМ при одноосном сжатии; V - критический индекс; НВбр.с(Ь) - твердость КМ; НВб (Ь)-твердость матричного материала; Ксж - коэффициент пропорциональности между «с.с(Ь) и НВбр.с(Ь), характеризу-

Ï.S

1

à.

1 1

û од az яд

объемное содержание наполнителя

Рис. 1. Влияние объемного содержания маршалита (Sy=250 м2/кг) на качество полимерного КМ после механической обработки (n=355 об/мин; S=0,2 мм/об): 1 - Полиэфирная смола 540-М 888 -100 мас.ч.; Пероксид №1 - 2,5 мас.ч.; 2 - ЭД-20 - 100 мас.ч.; ПЭПА - 11 мас.ч.; 3 - ЭД-20 - 100 мас.ч., ПЭПА - 11 мас.ч.; ДБФ - 5 мас.ч.; 4 - ЭД-20 - 100 мас.ч.; ПЭПА - 11 мас.ч.; Сарэл 04 - 10 мас.ч.

2 2009 105

Рис. 2. Внешний вид поверхностей КМ, полученных механической обработкой (а) на входе сверла (х3) и (б) на внутренней поверхности (х20) (ЭД-20 - 100 мас.ч.; ПЭПА - 11 мас.ч.; ДБФ -5 мас.ч.; маршалит ф =0,3):1 - сколы; 2 - отверстие 015 мм; 3 - полимерный КМ; 4 - трещина

ющий зависимость между объемными и поверхностными свойствами материала КМ; Р"(ф) - полином, описывающий изменение предела прочности при одноосном сжатии от объемного содержания наполнителя.

Получена зависимость, позволяющая определить технологические параметры обработки КМ, с учетом экспоненциальной модели стойкости:

С„-Ох'- г"' {Е кт_уп^с г ( R:ж.c кт

V-

х

Ґ \іі

к

с т.упр.с

Е к

т т.упр.т J

V сж.т

х

гсж.т у

V3

« к

V сж.т /чт.НВ.т У

•ГЛв;

фициент, характеризующий условно-мгновенный модуль упк Еос

ругости КМ: ко _ е ; Еос- условно-мгновенный модуль уп-

от

ругости композита; Еот - условно-мгновенный модуль упругости матричного материала; кув - коэффициент, характеризующий равновесный модуль упругости КМ: Еувс - равно-

весный модуль упругости композита; Еувм - равновесный модуль упругости матричного материала; 7Г..75 - соответствующие показатели степени.

Оптимизация режимов механической обработки проведена по обобщенному критерию (Гок), учитывающему экономические (минимальная себестоимость обработки) и технологические (максимальная производительность) показатели [4]:

(

Т _

С„-0Х' К^еш

Е, кт

Е к

т Лт.упр.т у

* (і

« к

сж.с т.сж.с

,усж.т т.сж.г

Лг5

г2 У/т х

V Еувт у

ІТ _ (к +1)- Т, 0 _ 1-І-

V _

я-й- п

103

,

где С' - коэффициент факторов, не входящих в уравнение в явном виде (физико-технические свойства обрабатываемого материала и осевого инструмента); О - диаметр инструмента; Т - лимитируемое время работы инструмента; *, уу, т - коэффициенты технологических параметров обработки; К' - коэффициент, учитывающий отличие конкретных условий работы инструмента от принятых за основу; " -показатель степени, зависящий от О, 5, Т; к , к и„, к -

' ^ 111 т.сж ' т.НВ ' т.упр

коэффициенты стойкости в агрессивных средах; к - коэф-

кин-(п-^ )1/т1/

(к + 1)(318 • С„-0Х-1 •еш-Ку •

У,ж.с 'жсжс

Ес кт.упр.с т Лт.упр.т

л

к ?4 к в )1/т

ко кув )

где ЕТ - суммарная стойкость сверл до полного изнашивания; к - число переточек сверла, зависящее от марки инст-

6

л

Е

ь ад

е -

--

л

Щ

5.І

5.1

4.3

¿к ч

\__tg в

* ъл <1-

90

255 430 605

удельная поаерхиопь (Б), к7кг

780

Рис.3. Влияние дисперсности наполнителя на динамический модуль упругости КМ

106 2 2009

Оптимизированные составы полимерных КМ специального назначения

Hi Состав Рнонеіщеїшв режимы L'tpJiiuTkH

По.'н- mepHàfl СМОЛ* Отвердитель tut 't- на iao n.îù.4. Смйлы Мвдифннтар и ас. ч. па 1-DO jL-Ч. ІІГНН'і.ПН Пластификатор WÇ.4. на 10D н.іс.ч. Снйпы Объенчн (ядерщике ннмнител* в, об/н чи 5. MN/-a6 far HNP4

Фипнгнне системы

] ?д-го НЭПА 11 - ДБ* S j 1 н .1 їі Л .Н і? -ИЗ MO аго TjO-a.û

г эя зо ПЗПА il - ДБФЬ Міііпміпнт 400 аго TjtftO

3 ЇД-20 ПЗПАїї - ДБФЬ Цриьит :! -аз 400 020 6.5-7.S

'h ЇД-20 ПЗПА11 - ДБФЬ AipOÎ нл ::! -аз 355 од* 7рЯ-&,0

О&лщрмчные пликн

s 5W-MSM Псрочгнд£.5 Дцабії ft -аз 500 O£0 T/)j8,0

6 ew-чзы ПеіичгндЕ.5 * Диайаі е> -04 355 0,£8 №7,5

î ew-чзы Перочгнд £.5 * Нарша.інт iS -0,1 500 аго Tjfr^O

3 5WM3M ПеіичгндЕ.5 * Марш ап ht f-i -C'A 355 0,£8 №7,0

'? 5W-M3M Перочгнд £.5 - Це-лент fl -й.П 400 аг* 7/)-fi,0

to ew-чзы Пеіич-гнд£.& * Це-лент fl -ал 355 0,£8 №7,5

11 ЗД-20 ПЭПАИ ДБФ5 Диабаз і? -04 355 O£0 6,5*7,5

1£ ЗД-20 ПЭПА11  ДБ* î Нарша.інт і) -ДА 355 a£o №7,5

13 ЗД-20 ПЭПА11  ДБ* î Це-мнт fl -ал 355 аг* №7,5

1* ЗД-20 ПЭПА11  ДБ* 5 Азріїси.п і)1 -04 250 аго TjMW

loHJilfl'tHbie ПЛИТКН

15 SW'M ем Ппичгнд£,5 Аэр^сип *03 355 au TjO’S.O

Ппичгнд£,5 Аэр^сии *аА 250 O£0 TjO-ftO

17 Jfl-ÎÛ ПЗПД11 Орэл И 10 Диабаз й-ОЗ 500 0£Є TjO-ftO

Ifl зд-го ПЗПАЇЇ Сэрэл ta 10 JJuatiAï і? -0^ 355 0r£8 №7,5

19 Jfl-ÎÛ ПЗПА11 Сэртл ta 10 Нарша.інт -А -а.ї 500 0r£8 7jfr*0

20 Jfl-îû ПЗПАЇЇ Сз р?л 04 10 Нарша.інт її -ОА 355 0r£8 №7,5

21 Jfl-Î0 ПЗПАЇЇ Сзр?л ta 10 L|ïjiéht fl -а,з 500 0.£8 №7,5

2£ Jfl-Î0 ПЗПАЇЇ Сзр?л ta 10 L|ïjiéht fl -ал 355 0.£8 №7,0

2Э Jfl-îû ПЗПАЇЇ Сзртл 04 10 AapûtHfl А -0.3 355 O£0 7*4,0

24 ПЗПАЇЇ Сэр?л ta 10 Аэрйсип ї) -ал 250 аго TjO-S.O

рументального материала и конструкции сверла; t0 - основное технологическое время; L - длина рабочего хода осевого инструмента; п - частота вращения шпинделя; kcm - стоимость одной минуты работы станка; kзп - стоимость одной минуты рабочего времени работника; km - стоимость инструмента.

С применением Fok установлены режимы обработки и определены составы для получения полимерных КМ специального назначения, используемых в качестве отделочных стеновых и потолочных плиток, а также элементов фитинговых систем для мелиоративного строительства (таблица).

Полученные по рекомендуемым режимам механической обработки полимерные композиты по комплексным показателям качества (шероховатость поверхности, наличие сколов и трещин, других дефектов) превосходят изделия, изготовленные по справочным классическим моделям [6].

Литература

1. Строительные материалы. Под ред. В.Г. Микульского. М., «АСВ», 2000.

2. Соколова Ю.А., Готлиб Е.М. Модифицированные эпоксидные клеи и покрытия в строительстве. М., «Стройиздат», 1990.

3. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. М., «Высшая школа», 1983.

4. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. Л., «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1987.

5. Бобрышев А.Н., Козомазов В.Н., Бабин Л.О., Соломатов В.И. Синергетика дисперсно-наполненных композитов. М., ЦКТ, 1999.

6. Штучный Б.П. Обработка пластмасс резанием: справочное пособие. М., «Машиностроение», 1974.

Development of Special Purposed Compositions of

Polymer Composite Materials. By Yu.A.Sokolova,

D.E.Zharin, L.N.Shafigullin

The work presents method of structures of polimeric composite materials design which accounts of changes of appropriateness of physico-mechanical, technological properties from prescribe-technological factors and its stability in aggressive environments by using mechanical processing with axial tool based on epoxy, polyester and polyurethane polymer composie materials structure.

2 2009 107