Совершенствование технологии процесса пропитывания волокнистых наполнителей полимерными и олигомерными связующими (1026277), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Установлены закономерности реологического поведения полимерныхсвязующих, возникающие при капиллярном пропитывании углеродныхволокон, на основании которых предложена новая трактовка дилатантного ипсевдопластического состояний этих композиций.Практическая значимость:1. Разработана методика для определения значений внешних давленийпри пропитывании эпоксидными связующими волокнистого наполнителя иустановлены значения пределов текучести в зависимости от степенинаполнения. Новизна работы защищена Патентом РФ на изобретение.2. Получено уравнение для определения статического угла смачивания,которое предложено использовать в качестве критерия качества армирующихнаполнителей.3. На стадии изготовления изделия разработаны рациональные режимыперемешивания для систем рубленые углеродные волокна – полимерноесвязующее и дисперсный наполнитель – полимерное связующее в зависимостиот объемной доли полимера и размеров наполнителя.10 4.
Для оценки свойств полимерных композиционных материалов визделиях предложено использовать новый показатель – ретикуляцию плотностиволокна.Результаты теоретических и экспериментальных исследований положеныв основу технологий изготовления композитных обечаек (ООО «ПотокМ»),надстройки пассажирского судна на подводных крыльях (ЗАО «Псковскаялодочная верфь»), оснастки для параболического зеркала антенны («ОКБ им.М.П. Симонова»). Результаты работ использованы в НИР и ОКР вМежотраслевом инжиниринговом центре композиционных материалов МГТУим. Н.Э.
Баумана.МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯПредлагаемые методы и подходы базируются на основных положенияхмеханики жидкостей, теорий ламинарного и турбулентного пограничного слоя.Методология работы охватывает исследования физико-механическиххарактеристик компонентов полимерных композиционных материалов иизделий из них. Механические испытания проводили на универсальной машинеZwick/RoellZ100 TEW, прочность при ударе определяли на маятниковом копреPH 450.Структурный анализ проводился на электронном микроскопе Fenom и спомощьюрентгеновскогомикротомографаSkyScan1172.Удельнаяповерхность волокнистых наполнителей определялась методом БЭТ.Для исследования кинетики процессов пропитывания волокнистыхнаполнителей полимерными и олигомерными связующими в режимахсмачивания и фильтрации была разработана и изготовлена специальнаяустановка (новизна подтверждена Патентом РФ на изобретение).Изучение реологических свойств олигомерных и полимерных связующихпроводили на ротационном вискозиметре «Реотест-2» при различных скоростяхсдвига.11 ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ1.
Математические модели течения полимерных и олигомерныхсвязующих в капиллярно-пористой среде волокнистого наполнителя.2. Методикаисследованиякинетикипроцессапропитыванияволокнистых наполнителей олигомерными и полимерными связующими длярежимов смачивания и растекания.3. Комплекс современных методик оценки реологических свойствполимерныхиолигомерныхсвязующих,армированныхдискретнымиволокнами и дисперсными наполнителями.4. Зависимости между качеством полимерного композиционногоматериала (пористость, механическая прочность) и режимами процессапропитывания при использовании инфузионных методов формования.СТЕПЕНЬ ДОСТОВЕРНОСТИ И АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВДиссертационнаяработавыполненаврамкахСоглашенияопредоставлении субсидии № 14.577.21.0103 от 16.09.2014 г. с МинистерствомобразованияинаукиРоссийскойФедерациипотеме:«Разработкаконструктивных и технологических решений надстройки из полимерныхкомпозиционныхподводныхматериаловкрыльяххарактеристиками».длясскоростногопассажирскогоповышеннымиУникальныйсуднанатехнико-экономическимиидентификаторприкладныхнаучныхисследований (проекта) RFMEFI57714X0103.Достоверностьнаучныхположенийивыводов,приведенныхвдиссертационной работе, базируется на применении современных физикомеханических методов исследования свойств полимерных композиционныхматериалов и их компонентов.
Эффективность разработанных рекомендаций12 подтверждена актами и заключениями об использовании и внедрениирезультатов диссертационной работы на предприятиях отрасли.Основные положения диссертации докладывались на международных ивсероссийских научных конференциях и семинарах:- Всероссийской конференции «Интеллектуальные материалы, композитыи нанотехнологии» в рамках выставки «Композит-Экспо-2013», г. Москва, 2628 февраля;- Московском ежемесячном семинаре молодых ученых и студентов попроблемам машиноведения им.
Ю.Н. Работнова, 15 мая 2013;-XXIМеждународнойнаучно-практическойконференции«Информационные технологии: наука, техника, технология, образование,здоровье», г. Москва, 29-31 мая 2013;- III Международной конференции «Композиты СНГ», г. Севастополь, 4-6сентября 2013;- Научной конференции «Новые клеи и технологии склеивания», г.Дзержинск, Нижегородской обл., 17-19 сентября 2013;-XX Международной научно-технической конференции «Конструкции итехнологии получения изделий из неметаллических материалов», г. ОбнинскКалужской обл., 1-3 октября 2013;- Научной конференции «Российские полимерные композиционныематериалы нового поколения для изделий авиационно-космической техникиразработки «ВИАМ – РORCHER», г. Москва, 13 ноября 2013;- VВсероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойствматериалов «ТестМАт-2014», г.
Геленджик, 21-22 августа 2014;- Международном симпозиуме с элементами научной школы длямолодых ученых, г. Москва, 16-20 ноября 2015.13 ПУБЛИКАЦИИПо теме диссертации опубликовано11 научных работ, из них 6 в изданиях,входящих в перечень ВАК РФ для кандидатских диссертаций.
По темедиссертации получен Патент РФ на изобретение.СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫДиссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из168 наименований и приложения. Текст изложен на 130 странице, включает 40рисунков и 7 таблиц.14 ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА1.1.Современные технологии производства изделий из волокнистыхполимерных композиционных материаловТехнологиипроизводствакомпозиционныхдостаточноматериаловдавноиизделий(ПКМ)постоянноизволокнистыхиспользуютсясовершенствуются.вполимерныхпромышленностиЕсливкачествеармирующего материала используются волокна, а в качестве связующего –какой-либо реакционно способный олигомер (эпоксидный, полиэфирный,фенолоформальдегидный и др.), то изделия получают методами намотки илипултрузии [35, 81]. Если в качестве наполнителя используют ткани, тоосновными технологиями формования изделий с использованием реакционноспособныхолигомеровявляютсяметодывыкладки(ручнойилиавтоматической) и напыление.
При выкладке могут быть использованыпрепреги или ткани.Препрегомназываюттермореактивнуюформовочнуюкомпозицию,состоящую из армирующего волокнистого материала (чаще всего ткани, реже –ленты)исвязующего,котораятребуетдальнейшегоотвержденияиперерабатывается в полимерный композиционный материал различнымиметодами [4].Использованиепрепреговполучилоширокоераспространениевавиационной промышленности и ракетно-космической технике [2, 35-38, 95,130], что связано с высокими механическими характеристиками готовыхизделий.Ещеоднимпреимуществомпрепреговявляетсяускорениетехнологического процесса производства деталей из ПКМ и повышениекультуры труда на участке формования, поскольку технологии пропитывания15 связующим ткани (приготовление препрега) и технологии формованияразделены на два самостоятельных процесса.При изготовлении препрегов в качестве связующих, наряду среактопластичными олигомерами, также используются и термопластичныеполимеры.
Наибольшее распространение получила технология GMC, котораяиспользуется при производстве листовых деталей. Однако термопластичныеполимеры из-за своей малой жесткости при повышенных температурах вкачестве конструкционных материалов при производстве деталей из стекло-,органо- или углепластиков используются ограниченно.Наряду с тканями при производстве препрегов могут быть использованырубленые волокна, например, технология Sheet Moulding Compound (SMC) [92,94]. Такие препреги чаще всего изготавливают на основе полиэфирногосвязующего, а для формования изделий используют технологии прессования.Использование рубленого волокна позволяет несколько снизить себестоимостьпрепрега и, соответственно, готовых изделий, поскольку для этих целей могутбыть использованы отходы, возникающие при производстве тканей, лент иволокон.Из-за высокой стоимости препрегов и их относительно небольшойжизнеспособности [4, 95] они постепенно вытесняются технологиями прямогоформования [4, 59, 94].Отличительной особенностью технологий прямого формования являетсясовмещение процесса пропитывания ткани связующим и процесса формованияготового изделий.
К таким технологиям относятся: пропитка под давлением(Resin Transfer Molding или RTM), вакуумная инфузия (Vacuum Infusion илиVARTM), пропитка пленочным связующим (Resin Film Infusion или RFI) и ихмногочисленные модификации [4, 94].Технология пропитки под давлением методом RTM фактически являетсяразвитием инжекторного метода, который использовался при производствеизделий из стекло- и углепластиков достаточно давно [4].
Суть этого методасостоит в том, что связующее впрыскивается в форму, на которую16 предварительно выложен по заданной схеме армирования тканный материал.При производстве изделий по технологии вакуумной инфузии связующеезакачивается в форму за счет разряжения, создаваемого под вакуумныммешком. При единичном производстве применение данной технологии оченьэффективно, поскольку не требуется использование сложной оснастки идорогостоящего оборудования.Оценить качество процесса пропитывания в реальном режиме временипри использовании метода вакуумной инфузии возможно визуально (рис. 1.1).Независимо от типа используемого наполнителя и связующего в процессепропитывания резко изменяется цвет армирующей ткани. Однако при такомспособе пропитывания может иметь место высокая пористость, что приведет кснижению физико-механических характеристик ПКМ.1.2.Методы оценки качества изготовления изделий из волокнистыхполимерных композиционных материаловОценку качества изделий из ПКМ проводят с использованием самыхразличных методов разрушающего и неразрушающего контроля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
