Совершенствование технологии процесса пропитывания волокнистых наполнителей полимерными и олигомерными связующими (1026277), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Способность кобразованию пространственной сетки углеродные волокна приобретают толькопри L/d100. Возможно, короткие волокна выполняют другую важнуюфункцию:ониблокируютмежчастичноевзаимодействиеглобулвдокритической области напряжений, превращая дилатантную систему вньютоновскую.Приисследованииустановлено,чтосистем,отсутствуетсодержащихэффектрубленыеперекрыванияволокнабылограничныхслоевсвязующих. Это указывает, во-первых, на отсутствие устойчивых граничныхслоев силоксановогосвязующего на поверхности углеродных волокон. Вовторых, волокна такой малой длины, неспособные создать стохастическуюсетку, успешно изолируют дисперсные частицы друг от друга, сводя к такомуминимуму межчастичное взаимодействие, что в закритической области при63 φ43÷49 масс.% суспензия не способна перейти в псевдопластическоесостояние, оставаясь полностью неструктурированной, ньютоновской.Таким образом, в рациональной технологии изготовления дисперсныхуглеволокнистых ПКМ необходимо проводить длительное перемешиваниекомпонентов в закритической области напряжений сдвига при любомскоростном режиме.УВ могут быть использованы для управления дилатантными свойствамив широком диапазоне степеней наполнения.4.2.

Реологические свойства системы полимерное связующее дисперсный металлический наполнительПКМ, в составе которых есть металлические порошки, используются дляполучения изделий электротехнического назначения, сочетающих высокиезначенияэлектропроводности,магнитнуюпроницаемостьидругиеэлектрофизические свойства. Взаимодействие частиц дисперсного наполнителя(ДН) со связующим в значительной степени определяется реологическимипараметрамисистемы.Металлическийнаполнительобладаетвысокойповерхностной энергией и плотностью и оказывает существенное влияние напроцессыфазовогоразделениясвязующего.Вкачестведисперсногонаполнителя в работе использован порошок карбонильного железа Р-10, вкачестве связующего − СКТНФ и УФ-7-21.

Содержание порошка вкомпозициях изменяли в пределах 5÷80 масс.%. Полученные результатыприведены на рис. 4.4.64 а) б)Рисунок 4.4 – Кривые течения системы эластомерное связующее УФ-721– карбонильное железо при степени наполнения: 1 – 0; 2 – 10; 3 – 30; 4 – 50; 5– 55 масс.% (а); зависимости скорости сдвига от степени наполнения (б)65 Судя по форме кривых течения (рис. 4.4, а), система, хотя и ведет себякак жидкообразное псевдопластическое тело, но имеет ряд особенностей.Первая особенность заключается в сильном понижении вязкости приувеличении содержания наполнителя (в исследованном диапазоне скоростейсдвига). Деформационные кривые (рис.

4.4, б) иллюстрируют увеличениескорости сдвига при возрастании концентрации наполнителя до 10 масс. %(коэффициент вариации для значений напряжения и скорости сдвига,приведенных на рис. 4.4. изменялся в диапазоне 0,08 – 0,11).Экспериментально установлено, чтовязкость системы в интервале φ от 0до33÷35масс.%снижается,чтоявляетсявторойособенностьюрассматриваемой системы.В области умеренных концентраций наполнителя процесс теченияопределяется гидродинамикой перемещения отдельных частиц наполнителя впотоке жидкости, и поэтому суммарная вязкость системы должна понижаться.При последующем увеличении концентрации наполнителя более 33 - 35 масс.% их вязкость возрастает.Обработка кривых течения системы эластомерное связующее УФ-7-21 –карбонильноежелезо(рис.4.5,а)позволиларассчитатьзначениякоэффициентов n и k0 в уравнении Освальда-Вэйля (рис.

4.5, б). Как видно изполученных данных, значение индекса течения составляет n=0,6 дляненаполненного связующего n=0,8 при φ=10÷20 масс.%, далее величинаиндекса течения плавно снижается. При φ=55 масс. %, n=0,4, т.е. система вшироком диапазоне степеней наполнения является псевдопластической.Введение в эластомерное связующее (в исходном состоянии онопроявляетдилатантныесвойства)карбонильногожелезаприводиткобразованиюпсевдопластической системы (рис. 4.6).

Значения индекса теченияпри содержании наполнителя 5–70 масс. % колеблется в узком диапазоне(0,87÷0,89).66 а) б) Рисунок 4.5 – Кривые течения системы эластомерное связующее УФ-7-21– карбонильное железо Р-10 при разной степени наполнения: 1 – 0; 2 – 10; 3 –30; 4 – 50; 5 – 55 масс.% (а); зависимость параметров n (1) и k (2) от содержаниянаполнителя (б)67 Рисунок 4.6 – Кривые течения системы эластомерное связующее СКТНФ– карбонильное железо при степени наполнения: 1 – 5; 2 – 10; 3 – 20; 4 – 30; 5 –40; 6 – 50; 7 – 70 масс.%Свойства псевдопластичности данной системы, вероятно, определяютсясферической формой частиц наполнителя, которая исключает ориентационныеэффекты, характерные для систем с асимметричными частицами.С увеличением концентрации наполнителя до 80 масс.% обнаруживаетсядилатантное течение (рис.4.7), при котором наблюдается увеличение вязкости сростом скорости сдвига.

Таким образом, заметный уровень структурирования,переводящий систему СКТНФ-Р10 из псевдопластического состояния в явнодилатантное, наблюдается при содержании наполнителя 80 масс.% и более.Обнаруженные закономерности относятся к особенностям реологическогоповедения исследуемой системы.68 Рисунок 4.7 – Зависимость вязкости от напряжения сдвига для системыэластомерное связующее СКТНФ - карбонильное железо в зависимости отконцентрации наполнителя: 1 – 5; 2 – 10; 3 – 20; 4 – 50; 5 – 70; 6 – 80 масс. %В результате проведенных исследований сделано предположение, чтопсевдопластичность изученных систем можно рассматривать как состояние, вкотором вследствие недостаточной концентрации наполнителя еще непроизошло смыкания граничных слоев связующего.

Когда содержаниенаполнителя становится достаточным, чтобы произошло смыкание граничныхслоев, структура связующего переходит в дилатантное состояние. Критическоесодержаниенаполнителя,разделяющеесистемунадилатантнуюипсевдопластическую, зависит от его природы, размера и формы частиц, типасвязующего и других факторов, определяющих толщину и прочностьграничных слоев.

Для рассмотренной системы эластомерное связующееСКТНФ – карбонильное железо система переходит из одного состояния вдругое при степени наполнения 34÷37 об.%.69 Зная величину критического содержания порошкообразного наполнителякр, можно определить толщины () граничных слоев связующего. Так, длячастиц сферической формы: = D[(π /6 φкр)1/3 - 1](4.1)Знание критической степени наполнения необходимо при определениитехнологических режимов формования.

Например, для большинства ПКМоперация по перемешиванию и формованию происходит в псевдопластическойобласти, когда требуется равномерное и быстрое распределение невысокихконцентраций дисперсного наполнителя в связующем. Для некоторых изделийважно достижение максимальной степени наполнения, обеспечивающейвысокие механические характеристики, которые реализуются только вдилатантном состоянии. Следует подчеркнуть, что в этом состоянииседиментация «тяжелых» частиц наполнителя,способствующая неоднородномураспределению их в материале, происходит весьма медленно, что способствуетобразованию градиентных структур.При незавершенности процесса седиментации частиц в такой системе еенижняя часть содержит большее количество наполнителя и поэтомуприобретает дилатантные свойства, тогда как верхняя часть еще находится впсевдопластичном состоянии.В случае отверждения такой композиции образуется ПКМ, обладающийярко выраженным градиентом электрофизических характеристик.

Образованиютакого материала способствует использование наполнителя, представляющегособой комбинацию крупных и очень мелких частиц.В работе также исследовались тиксотропные свойства рассматриваемыхсистем.Какправило[135,141],свойствотиксотропностиприсущепсевдопластическим системам и состоит в разрушении коагуляционнойструктуры(снижениивязкости)иеетиксотропномвосстановлении(увеличении вязкости).

Чем медленнее восстанавливается структура послеснятия нагрузки или чем медленнее она разрушается, тем сильнее выраженатиксотропия.70 Количественно степень тиксотропии характеризует площадь петлигистерезиса вязкости (рис. 4.8). Эластомерное связующее УФ-7-21 относится ктипичным псевдопластичным жидкостям с индексом течения 0,6.Наполнение до φ28 масс.% усиливает гистерезис вязкости. Придальнейшем повышении концентрации наполнителя площадь петли гистерезисаначинает уменьшаться (см. кривые 3 и 4 на рис. 4.8). При этом для φ=55 масс.%уменьшается и диапазон скоростей сдвига, в котором проявляется это свойство.Полученная зависимость (рис.

4.9) является симметричной относительноφ=28 масс.%. Рисунок 4.8 − Зависимость вязкости системы эластомерное связующееУФ-7-21 – карбонильное железо от скорости сдвига при разной степенинаполнения: 1 – 10; 2 – 30; 3 – 50; 4 – 55 масс. %71 Рис. 4.9 – Зависимость площади петли гистерезиса вязкости отсодержания наполнителя для системы связующее УФ-7-21 – карбонильноежелезоПравая (убывающая часть кривой, см. рис.

4.7) стремится к 0 при φmax=80 5 масс.%. При данном содержании наполнителя система переходит изпсевдопластического состояния в дилатантное, т.е. исключается проявлениетиксотропии. Левая (возрастающая часть) отсекает на оси ординат отрезок S0,характеризующий гистерезис вязкости ненаполненного связующего УФ-7-21.Наличие S0 является прямым доказательством коллоидной природы этогосвязующего,дисперснуювысокомолекулярных фракций.фазукоторогосоставляютчастицы72 4.3. Выводы по 4 главеИсследование реологического поведения эластомерных суспензий наоснове дискретных волокони порошкообразных наполнителей позволилоустановить следующие закономерности.1.

Связующие СКТНФ и УФ-7-21 являются коллоидно-дисперснымисистемами, частицы которых образованы высокомолекулярными фракциямиполисилоксана. В поле сдвиговых напряжений симметричные глобулярныечастицы превращаются в обратимо асимметричные.2. С увеличением скорости течения взаимодействие глобулярных частиц,приобретающих все большую асимметрию, снижается, дилатантность системына основе связующего СКТНФ падает, и при сравнительно невысокихскоростях сдвига она переходит в состояние псевдопластичности.

ДинамикупереходаСКТНФиздилатантногосостояниявпсевдопластическоепредлагается оценивать по кривым вязкости.3. Установлено, что исследованные системы являются жидкообразными ив зависимости от величины напряжений сдвига способны проявлятьдилатантные, ньютоновские или псевдопластические свойства. Переход их издилатантного в псевдопластическоесостояние происходит достаточно резко приопределенных (критических) напряжениях сдвига в результате закономерногоразрушения коагуляционной структуры связующего.4. Влияние углеволокнистых наполнителей на реологические свойстваэластомерных связующих в значительной мере определяется диаметром идлиной волокон. При L/D100 углеродные волокна образуют стохастическуюпространственнуюсетку,подавляющуюдилатантностьсвязующего.Ееэффективность растет с увеличением длины волокна.5.

ПовышенноеуглеродныхволоконвлияниеЛУ-3наструктуруобусловленоэластомерногоменьшейсвязующегоретикуляциейихповерхностной плотности (по сравнению с волокнами ЛУП-0,1). Введение в73 связующее даже 0,5 масс.% углеродного волокна ЛУ-3 длиной 8 мм достаточнодля полного подавления дилатантности связующего СКТНФ и превращениякомпозиции в ньютоновскую.6. В эластомерном связующем железосодержащий наполнитель Р-10формирует прочные ГС.

Характеристики

Список файлов диссертации