Диссертация (Структура и свойства строительных материалов на основе наномодифицированных композитов и смесей полимеров), страница 5

Например, возможно использованиеподобных композиционных материалов с УНТ в качестве уплотнительных узловдля функционирования в экстремальных условиях сухого трения и высокихтемператур,дляизносостойкихвнутреннихпокрытийтехнологическихтрубопроводов [29,206].Перспективными являются исследования по расширению диапазонарабочих температур композитов на основе некоторых полимеров и УНТблагодаря повышению температуры стеклования.Ведутсяразработки"самоупрочняющихся"КМ,армированныхнанотрубками.

Ученые из университета Райса [12] создали материал, которыйсостоит из "леса" вертикально расположенных многослойных углеродныхнанотрубок, распределенных в термопластичной матрице. Циклическая нагрузкана этот материал, как ни парадоксально, приводит не к проявлению механическихусталостных процессов, а к упрочнению композита. Сжатие с частотой пять раз всекунду в течение недели увеличило жѐсткость образца на 12%.29Таким образом, использование наноразмерных наполнителей позволяетсоздавать новые материалы с более полным комплексом свойств, отвечающихтребованиям заказчика.1.3.

АБС-пластик: структура, свойства, направления примененияАБС-пластик – ударопрочный материал, относящийся к инженернымпластикам. Акрилонитрил-бутадиен-стирольные (АБС) сополимеры - содержат 2 25% бутадиенового каучука, 15 - 30% акрилонитрильных и 45 - 83% стирольныхзвеньев.

В работе [137] отмечается, что «свойства матрицы в АБС и структурныеособенности материала приводят к тому, что на частицах каучука какконцентраторах напряжений зарождаются как крэйзы, так и полосы сдвига.Сочетание этих двух типов «гасителей» энергии удара создает хорошие условиядля их взаимодействия и прекращения роста.

Что и обеспечивает высокуюударную вязкость смол АБС в пределах 10-30 кДж/м2» .В настоящее время в мире существует порядка 50 производителей АБСпластика. Наиболее крупные из них: Chi Mei Corporation, Formosa, Dow, GrandPacific на Тайване; LG Chemicals, BASF, Lanxess, Samsung Cheil Industries вРеспублике Корея; Techno Polymer в Японии; Dow Chemicals, Polimeri Europe,Ineos в Европе. Указанным производителям из Тайваня, Кореи и Японии поитогам 2005 года принадлежало около 74 % мирового производства АБСпластика.ВРоссиив2013годунатерриторииобъединенияПАО«Нижнекамскнефтехим» в городе Нижнекамске Республики Татарстан былозапущено производство АБС-пластиков объѐмом 60 тыс. тонн в год.

Также АБСпластики производит ОАО «Пластик» в городе Узловая Тульской области,входящее в состав холдинга «СИБУР». Средняя цена на отечественном рынкеАБС–пластика составляет 98 руб/кг, вторичного АБС–пластика – 88 руб/кг.30На сегодняшний день общий годовой объем производства материала вовсем мире составляет порядка 8 миллионов тонн.Нарисунке1.5представленадиаграмма,показывающаямировоепотребление АБС-пластика в 2016 году.Рисунок 1.5 – Мировое потребление АБС-пластиков в 2016 годуНа рисунке 1.6 представлены данные об основных отраслях потребленияАБС-пластика на примере США.Рисунок 1.6 – Основные отрасли потребления АБС-пластика на примере США31На рисунке 1.7 представлен планируемый в США на 2012 – 2022 года объемрынка АБС–пластика по отраслям.

Нами использованы данные Duncan Seddon &Associates.Рисунок 1.7 – Планируемый в США на 2012 – 2022 года объем рынка АБС–пластика по отраслямАБС–пластикпроизводитсяпутемэмульсионнойсополимеризацииотдельных элементов. Он выпускается в виде гранул и отдельных листов.Гранулированный пластик служит сырьем для дальнейшего точного литьяразличных изделий. Листовой АБС может использоваться как готовая продукцияилиполуфабрикатдляоформленияинтерьеровпомещений,склеиванияразличных моделей и форм. Пластик в листах применяется и как сырьевойматериал для изготовления сложных деталей методом вакуумной формовки.Основные свойства, которыми обладает АБС-пластик:•высокиепоказателиизносостойкостиипрочностивсочетаниисэластичностью;•долговечность при условии эксплуатации без воздействия ультрафиолетовыхлучей;•высокая сопротивляемость воздействию моющих средств и щелочныхсоставов;•устойчивость к воздействию влаги, кислот и масел;32•в нормальных условиях материал не токсичен;•может эксплуатироваться при температурах от -400С до +800С с сохранениемтехнических характеристик;•в чистом виде материал имеет матовую поверхность желтоватого оттенка, нопри помощи пигментных добавок может окрашиваться в любые цвета истановиться прозрачным.К недостаткам АБС-пластика можно отнести следующее:•не стоек к ультрафиолетовому излучению;•растворяется в ацетоне, эфире, бензоле, этилхлориде, этиленхлориде,анилине, анизоле;•горюч;•характеризуетсяограниченнойустойчивостьюпротиватмосферныхвоздействий•имеет пониженные электроизоляционные свойства по сравнению с ПС.АБС-пластикобладаетоптимальнымсочетаниемэластичностииударопрочности, что в сочетании с отличной размерной стабильностью делает егоодним из самых востребованных пластиков для производства сложныхформованных изделий с высокой степенью вытяжки и точности изготовления[36,47,65].1.4.

Полимерные композиты, наполненные древесиной (ДПК)Сейчас в строительстве активно используются древесно-полимерныекомпозиты для изготовления самых разнообразных изделий, эксплуатирующихсяв условиях действия климатических воздействий. Для производства такихматериалов, в частности, террасных досок, используются композиты, содержащиев качестве матричных полимеров поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ) иполипропилен (ПП). Перспективным считается использование вторичных33полимеров. Это относится к ПЭ [141].

Применяются наполнители в видедревесной муки или древесных волокон.С точки зрения технологии производства, процесс изготовления древеснополимерного композита выглядит достаточно просто, но при этом он сложентехнологически. Для изготовления смешивают мелко измельченную древеснуюмуку с матричным полимером в определѐнной пропорции. Полученную смесьравномерно нагревают в специальном агрегате, добиваясь полного расплавленияпластмассы. Далее на разных этапах в расплавленную смесь добавляютсяразличные присадки, цель которых – повысить полезные качества конечногопродукта.Кэтимприсадкамотносятсяразнообразныестабилизаторы,модификаторы, уплотнители, катализаторы и пластификаторы смеси.

Количествоприсадок может достигать десятка. Полученную смесь подвергают формованию вэкструдере и охлаждают в пресс-формах.Сведения по производству изделий из ДПК и их свойства приведены вработах [32, 70, 78, 104, 114, 124, 223]. Рассмотрение свойств ДПК на основематричного полимера ПВХ приведено в работах [34, 63, 96, 175, 209]. Посколькувторичный ПВХ содержит различное количество пластификатора, его трудноиспользовать при производстве изделий из ДПК. Поэтому используетсяпреимущественно первичный суспензионный ПВХ. Изготовление материаловДПК, широко используемых в строительстве [211], детально описано в работах[16, 23, 181].

Прочностные свойства ДПК описаны в работах [77–79].Наименьшиймодуль упругости и прочность характерны для композитов наоснове ПЭ. Для композитов на основе ПП в статьях приводится большой разбросэкспериментальных данных по прочностным свойствам. При этом отметим, чтопрочностные свойства композитов на основе ПП ниже свойств композитов наоснове ПВХ.341.5.

Релаксационные свойства полимерных материалов1.5.1. Общие сведения о релаксационных свойствахСамымираспространеннымиспособамиизучениямеханическихрелаксационных явлений являются следующие методы [138]: релаксация деформации (ползучесть); релаксация напряжения; анализ кривой напряжение-деформация (гистерезисные явления); динамический механический анализ.Исследование релаксационных процессов в общем случае осуществляетсяпутем составления дифференциальных уравнений, описывающих поведениереального полимера на основе свойств физических механических моделей,состоящих из элементов, законы деформирования которых известны [8190,146,147].Рассмотрим подробнее один из основных видов релаксационных процессов,определяющих механическую работоспособность полимерных композиционныхматериалов — релаксацию напряжения.1.5.2.

Релаксация напряженияВ общем случае полимерные тела не принадлежат ни к истинно вязким, ни кабсолютно упругим телам, и поэтому закон Гука и закон вязкого теченияНьютона не могут достоверно описать их механическое поведение [81,90].Одновременное протекание процессов вязкого течения и упругогодеформирования в полимере описывает модель Максвелла, которая являетсяпростейшей моделью вязко-упругого тела [90].35Если к данной модели приложить некоторую силу, вызывающуюдеформацию ε, то в образце можно зарегистрировать начальное напряжение ζ 0,которое с течением длительного времени стремится уменьшиться до значения ζ ∞близкого к нулю,величина деформации в условиях опыта поддерживаетсяпостоянной.

Поэтому, в общем случае, релаксация напряжения — это явлениеспада напряжений во времени при постоянной величине деформации (прочиеусловия также поддерживают постоянными) [201].Релаксацию напряжения часто измеряют при постоянной деформацииобразца.Схематическоеизображениекривойрелаксациинапряженияпредставлено на рисунке 1.8.Рисунок 1.8 – Кривая релаксации напряженияНа рисунке 1.8 имеются следующие обозначения: ζо – релаксирующая частьнапряжения, ζ∞ – равновесное напряжение; t – время действия силы, Δζо – перепаднапряжения от ζо до ζ∞, ζt – напряжение за время t, Δζt – перепад напряжения от ζtдо ζ∞.Для точного описания релаксационных явлений пользуются уравнениемБольцмана-Вольтерры: t  0 1   T d , 0(1.1)где ζ – релаксирующая часть напряжения; ζ0– начальное напряжение; T(η) – ядрорелаксации, τ – текущее время; t – конечное время [81-83,90].36Подбор различных ядер релаксации позволяет с хорошим приближениемописатьэкспериментальныеданныепорелаксациинапряжения,учестьпредысторию механических воздействий на образец, исследовать физическиймеханизмпроцессоврелаксации:являетсялионкинетическимилидиффузионным [81-83,90,218].