Совершенствование технологии процесса пропитывания волокнистых наполнителей полимерными и олигомерными связующими (1026277), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

2.1 приведены значения параметра RЕ для всех исследованных вработе волокон. Как видно из приведенных данных, наименьшими значениямиретикуляции плотности обладает волокно:Армос ВМН-4  ЛУ-3 AS-4  ЛУП-0,1  Элур-0,08П.Полученные результаты относятся к системам с фиксированнымколичеством волокон (φ = 37 об.%).В результате проведенных экспериментальных исследований былоустановлено, что по мере увеличения степени наполнения образца кривая РТ = f(SУД) будет перемещаться вдоль оси ординат вверх (рис. 3.8).

Экстраполяциязависимости (3.4) к нулевому значению lg РТ позволяет оценить значение Sуд( 7 м2/г), при котором РТ = 1103 Н/м2.54 3.6. Выводы по 3 главе1. При моделировании методом «капиллярной трубки» процессовтечения жидкостейчерез волокна в режиме смачивания установлены значениякритических давлений, при которых динамический угол натекания в уравненииУошбурна, принимает значения 90 (первое критическое давление) и 180(второекритическое).Использованиекритическихдавленийпозволяетрассчитывать статические углы смачивания волокон без их непосредственногоизмерения.2. Изучение течения различных жидкостей через волокна в режимефильтрации показало, что все изученные жидкости относятся к бингамовскимтвердообразным с одним пределом текучести (соответственно с одним ГС) упростых жидкостей и двумя пределами текучести (соответственно с двумя ГС)у эпоксидных связующих.3.

Исследование прочности при сдвиге ГС эпоксидных связующих отсодержания волоконпоказало, что эффект перекрывания ГС наступает подостижении 39  41 об.% волокон для внешних ГС и 46,6  50 об.% – длявнутренних ГС.4. Прочность внутренних ГС связующих нарастает по мере увеличениястепени наполнения. Установлены значения давлений, при которых будетпроисходить разрушения внутреннего и внешнего ГС. Для эпоксидногосвязующего при степени наполнения 55-60 об.% волокон ГС разрушается придавлениях (100÷450)·103 Н/м2.5. Определенызначенияпараметра–ретикуляцияплотности.Установлено, что, чем меньше этот параметр, тем толще и прочнее ГС. Всеисследованные волокна расположены в ряд, по степени снижения ихактивности Армос ВМН-4  ЛУ-3  AS-4  ЛУП-0,1  Элур-0,08П.55 ГЛАВА 4.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХМАТЕРИАЛОВПКМ, армированные дискретными наполнителями различной природы,широко используются в различных отраслях промышленности. По своемустроению эти материалы относятсяк дисперсно–упрочненным, в которыхармирующуюфункциювыполняетдискретныйволокнистыйилипорошкообразный наполнитель, а связующими являются термореактивныеполимеры [57, 58].В последние годы за рубежом и в РФ начали интенсивно разрабатыватьсятехнологии утилизации изделий из ПКМ, отслуживших срок эксплуатации.Основными операциями в этой технологии являются удаление полимернойматрицы и измельчение волокон, которые повторно используют дляармирования полимеров.

Подобные технологии относятся к «зеленым» ипризваны решать вопросы защиты окружающей среды и утилизации.4.1. Реологические свойства углеволокнистых дисперсноупрочненных полимерных композиционных материаловДляисследованияреологическихсвойствсистемысвязующее-дискретный наполнитель в работе использованы высоковязкие связующиемарок СКТНФ и УФ-7-21, а в качестве армирующих материалов были выбраныкороткие углеродные волокна. На рис.

4.1 приведены кривые течения системысвязующее – углеродное волокно ЛУП-0,1 длиной 0,08 мм при степенинаполнения от 0,5 до 20 масс.%.56 Рисунок 4.1 − Кривые течения системы связующее СКТНФ – короткиеуглеродные волокна ЛУП-0,1, длиной 0,08мм при различных степеняхнаполнения: 1 – 0,5 и 2 – 1; 3 –3; 4 – 5; 6 –10; 7 – 20 масс.%На рис.

4.2 (а) представлены кривые течения связующего СКТНФ,наполненного рубленым углеродным волокном ЛУП-0,1 длиной 0,08 мм,построенные в логарифмических координатах (коэффициент вариации равен0,08–0,11). Характер полученных зависимостей (см. рис. 4.1 и рис. 4.2 (а))указывает на жидкообразный характер течения [135], при котором пределтекучести равен нулю. Логарифмические зависимости напряжения сдвига()отскорости сдвига () линейны и для разных степеней наполнения отличаютсятангенсом угла наклона отрезков прямых (рис. 4.2). Характерной особенностьюэтих зависимостей является разделение поля напряжение сдвига – скоростьсдвига на две области: низкоскоростную (слева) и высокоскоростную (справа).Критерием перехода из низкоскоростной области в высокоскоростную являетсякритическое напряжение сдвига (кр).57 Обработка экспериментальных данных по уравнению Освальда-Вэйля[135] показала, что в докритической области (при кр) суспензии являютсядилатантными (см.

кривую 1 рис. 4.2,б). Значение индекса течения n составляет2,4 (для ненаполненного связующего) и снижается до 2,15 (для 20 масс. %волокна ЛУП-0,1).Анализ полученных результатов показывает, что в области (КР)течение всех исследованных систем подчиняется закону Ньютона. Как видно изрис. 4.2 (б), в низкоскоростной области по мере увеличения концентрацииволокон ЛУП-0,1 индекс течения монотонно снижается и только при  →40÷50 масс.% n→1дилатантная система превращается в ньютоновскую.ПодобныекривыетеченияхарактерныдлясуспензийСКТНФ,наполненных волокнами ЛУ-3 (рис. 4.3). Так, введение в эластомерноесвязующее рубленых углеродных волокон длиной 0,58–4 мм в концентрацииболее 3 масс.% формирует низко-и высокоскоростной режимы с понижениеминдекса течения в обеих областях.В отличие от волокон ЛУП-0,1 с окисленной поверхностью, введение вэластомерное связующее неокисленного волокна ЛУ-3 с концентрацией более3,0 мас.% превращает композицию в ньютоновскуюжидкость.

Чем большедлина волокна, тем раньше наступает состояние псевдопластического течения.Как видно из табл. 4.1, суспензии, содержащие более 1 масс.% волокон ЛУ-3длиной до 8 мм, можно отнести к псевдопластическим жидкостям. Слабыедилатантные свойства проявляют лишь суспензии, наполненные сравнительнокороткими волокнами (0,58 и 1.23 мм) при их малых концентрацияхЛУ-3 (0,51,0 масс.%). Значения коэффициента вариации для всех данных, приведенныхв табл. 4.1 изменялись в диапазоне 0,08–0,1.58 а) б)Рисунок 4.2 − Кривые течения для системы «связующее СКТНФ- углеродноеволокно ЛУП-0,1», построенные в логарифмических координатах при степенинаполнения:1 – 0,5; 2 – 1; 3 – 3; 4 – 5; 5 – 20 масс.% (а); зависимости индексатечения от степени наполнения (б) для низкоскоростной (1) ивысокоскоростной (2) областей59 Таблица 4.1Реологические свойства системы связующее СКТНФ – УВ марки ЛУ-3Пара- Содержаниеметрыволокна,масс.

%0,02,61n0,00,51,03,05,00,5k00,00,51,03,05,00,00,51,03,05,00,00,51,03,05,01,13nk01,0Длина волокна, мм0,581,234,0кр2,251,471,321,080,820,330,711,4114,1>кр1,001,081,041,000,781,001,662,638,908,02,221,501,591,021,062,622,652,000,720,501,671,020,870,850,541,00,42,540.02,246,3170,887,16,9220,060,2141,01,051,171,171,020,841,261,262,502,300,810,740,640,310,206,6115,85100,01781,000,650,420,300,3110,731,6200,0316,0Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, чтов докритической области псевдопластическое течение усиливается с ростомконцентрации волокон ЛУ-3 и увеличением их длины.

Эта особенностьобусловлена взаимодействием поверхности указанных волокон с коллоиднымичастицами связующего, при котором снижается их взаимодействие.Более высокая активность волокон ЛУ-3 по сравнению с ЛУП-0,1обусловлена различной ретикуляцией их поверхностной плотности. Приодинаковых поперечных размерах филаментов и плотности, т.е. при равной60 «геометрической» поверхности удельная поверхность ЛУ-3 составляет 0,70м2/г, а у волокна ЛУП-0,1 она равна 1,30 м2/г, т.е. ретикуляция поверхностнойплотности у волокна ЛУ-3 практически в два раза меньше, чем у волокна ЛУП0,1 и, соответственно, его влияние на структурообразование связующего такженамного выше.Зависимость напряжений сдвига от скорости сдвига в логарифмическихкоординатах для системы связующее СКТНФ – рубленные углеродные волокнаЛУ-3 показаны на рис.

4.3. Длина волокна для всех степеней наполнениясоставляла 8 мм. Экспериментально установлено, что введение даженезначительного количества рубленых волокон (например, 0,5 масс.%)превращает дилатантную композицию в идеальную ньютоновскую (длянизкоскоростной области), а в высокоскоростной области, наоборот, в типичнопсевдопластическую.В случае оптимальной длины дискретных волокон (по нашим данным – 8мм и более), усиливающих псевдопластичность композиций, тиксотропноевосстановление структуры нанесенного покрытия гарантирует его прилипаниек поверхности изделия, предотвращение сползания и сохранение монолитностипосле отверждения [135].Дилатантные свойства связующего СКТНФ могут быть связаны ссильным взаимодействием эластомерных коллоидных частиц, образованныхвысокомолекулярными фракциями полисилоксана [108].

Под воздействиемсдвиговых напряжений происходит обратимая смена кинетической формыдисперсных частиц со сферической на асимметрическую. Подобные свойствапроявляют латексы [46].Низкоскоростное перемешивание вызывает относительное смещениечастиц. С увеличением скорости течения взаимодействие глобулярных частиц,приобретающих все большую асимметрию, в результате дилатантностьсистемы снижается, и даже в докритической области она переходит в состояниепсевдопластичности.61 а) б)Рисунок 4.3 – Кривые течения системы «связующее СКТНФ – рубленоеуглеродное волокно ЛУ-3) при степени наполнения: 1 – 0,0; 2 – 0,5; 3 – 1,0; 4 –3; 5 – 5 масс.% (а); зависимость индекса течения(б) в области кр(1) и кр(2)62 В области кр дисперсионная среда связующего начинает выполнятьфункцию смазки, уменьшая силы внутреннего трения и разрушая контакты впарах «волокно – глобула», «глобула – глобула», и суспензии приобретают всеболее ярко выраженные псевдопластические свойства.В работе высказано предположение о том, что дискретные (но не оченькороткие) углеродные волокна в состоянии покоя образуют стохастическуюпространственнуюсетку.Подобноепредположениеможнообосноватьбыстрым и существенным нарастанием начальной вязкости (k0) системы помере увеличения концентрации наполнителя (см.

табл. 4.1).Целостность волокнистой сетки формируется точечными контактами еезвеньев, которые легко разрушаются при течении суспензии, при этом дляволокон длиной 1,23–4,0 мм (их число значительно превышает количестводлинных волокон) контактов образуется больше, и сетка получается болеепрочной, а при введении УВ длиной 8 мм – более гибкой.Сравнение композиций, наполненных волокнами ЛУ-3 и ЛУП-0,1,показало, что при L/D (L – длина волокна, D – диаметр волокна) менее 100 (внашем случае для ЛУ-3 отношение L/d100, для ЛУП-0,1 L/d=13÷20)углеродные волокна не образуют пространственную сетку.

Характеристики

Список файлов диссертации