Синергические системы в многокомпонентных эластомерных материалах - идентификация, анализ, формирование (1090182), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Установлено, что параметры,входящие в состав предложенных моделей, имеют физический смысл и связаныс характеристиками резиновых смесей и резин. Впервые осуществлена интерпретация интегральных кинетических кривыхпроцесса вулканизации при формальном их рассмотрении как функцийраспределения случайных величин. Предложены новые показатели для описаниякинетических кривых, кривых скорости и кривых изменения скорости(«ускорения») процесса вулканизации ЭКМ, которые позволяют выявитьпринципиальные изменения в структуре и свойствах эластомерных материалов иобозначить вектор наиболее перспективных физико-химических исследований. С использованием разработанных топологических принципов интерпретации поверхностей отклика диаграмм состав-свойство и методов корреляционного анализа реализованы способы прогнозирования свойств резин ирастворных клеевых композиций при варьировании компонентов синергическихсистем в условиях временного дрейфа и в не охваченных экспериментом областяхфакторного пространства.
Это дает возможность выявить потенциальные возможности эластомерных материалов и повысить их эксплуатационные характеристики.Практическая значимость. В работе сформирован новый подход крешению задач рецептуростроения эластомерных материалов с заданнымкомплексом свойств и выбора параметров технологических процессов ихпереработки, внедрение которого позволяет расширить диапазон условийэксплуатации, повысить ресурс работы и качество выпускаемых отечественнойпромышленностью изделий с применением эластомерных материалов.Разработан эффективный алгоритм постановки активного эксперимента,предваряющего выбор рецептуры эластомерных материалов и параметров технологических процессов их переработки с позиции рассмотрения ЭКМ как синергической системы. Даны рекомендации по организации и проведению в лабораторной и промышленной практике экспериментальных исследований многокомпонентных полимерных композиций, позволяющие при небольшом объемеиспытаний получать содержательную и достоверную информацию о комплексетехнологических и эксплуатационных показателей композиционных материалов.Получено семейство диаграмм состав-свойство для эластомерных материаловна основе каучуков общего и специального назначения, дающих представления овозможных вариантах соотношений компонентов вулканизующей группы,наполнителей и пластификаторов, обеспечивающих синергические эффекты вотношении реологических, пласто-эластических свойств и вулканизационныххарактеристик интегральных и дифференциальных кинетических кривых, а также5эксплуатационных свойств ЭКМ.Предложенная обобщенная диаграмма растворимости для хлоропреновыхкаучуков и бутадиен-стирольных термоэластопластов позволила, не прибегая кэксперименту и трудоемким вычислительным операциям, с вероятностью 90%прогнозировать растворимость и синергический эффект действия смесевых растворителей по отношению к эксплуатационным показателям материалов, получаемыхпереработкой растворов полимеров.
Диаграмма может быть также рекомендованадля прогнозирования совместимости низкомолекулярных ингредиентов резиновыхсмесей с данными эластомерами.На основании результатов оптимизации параметров технологического процессаполучения нетканых материалов методом электроформования и синергическихсоставов формовочных растворов на основе смесей фторполимеров созданыприменяемые в атомной промышленности инновационные отечественные нетканыематериалы на основе смесей Ф-42/СКФ-26 для аналитических лент, конкурентоспособных по отношению к представленным на современном отечественном рынкеаналогам.Впервые с использованием предложенных в работе синергических систем длярезинотканевых материалов на основе высоконасыщенных бутадиен-нитрильныхкаучуков (вулканизуюшей группы для эластомерного покровного слоя, смесейполимеров и промоторов адгезии растворных клеевых составов для креплениясубстратов покровный слой – техническая ткань) созданы универсальные технические мембраны с повышенными тепло- и агрессивостойкостью.Разработана компьютерная программа «Claster 3D», позволяющая с использованием фрактальных представлений моделировать условия синергическоговзаимодействия в системе полимерная матрица – наполнитель.
Программа можетбыть реализована также для анализа процессов коагуляции и желатинирования.Результаты работы прошли апробацию с положительным результатом в ЦЗЛООО «РТИ-Каучук», на предприятиях ОАО «НИИРП», ЗАО «РУСТ-95», ФГУПНИФХИ им. Л.Я. Карпова, ООО «Химпром Столица», OOO «Группа «ХОМА».Имеются патент и заявка на изобретение, акты о производственном опробовании ивнедрении приведены в диссертации.Работа проводилась при поддержке Министерства образования и науки врамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры России» (2009–2013 годы)Госконтракт № П701 от 20.05.2010 года: «Физико-химические и технологическиепринципы переработки полимеров через раствор», Госконтракт № 14.740.11.0417 от20.09.2010 г.
«Разработка перспективных эластомерных материалов, содержащихпродукты вторичной переработки шин, получаемых методом высокотемпературного сдвигового измельчения», Соглашение № 14.B37.21.0291 от 30.07.12«Разработка конкурентоспособных защитно-герметизирующих клеящих строительных материалов на основе полимерных нанокомпозитов с повышеннымихемо-, атмосферо- и теплостойкостью».Достоверность научных положений и выводов, приведенных в диссертационной работе, базируется на применении современных методов исследованияполимеров, таких как ДСК, ДМА, ИК-спектроскопии, ЭПР, методов электрон6ной микроскопии, прецизионных средств измерений, а также на широкомиспользовании математико-статистических методов обработки результатов исовременных программных продуктов.
Разработанные рекомендации подтверждены в производственных условиях на предприятиях и научно-производственныхфирмах, выпускающих формовые и неформовые РТИ, клеящие, строительные,аналитические и фильтрующие материалы.Личный вклад автора состоит в определении научного направленияисследований, постановке задачи, интерпретации и обобщении полученныхрезультатов, формулировании научных положений и выводов, внедрениипрактических результатов в промышленность. Результаты исследованийполучены автором лично или при его непосредственном руководстве.Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 4-ойМеждународной конференции «Наукоемкие химические технологии» (Москва,1999), 7, 8, 9, 12 и 16 Российских научно-практических конференциях резинщиков«Сырье и материалы для резиновой промышленности» (Москва, 2000, 2001, 2002,2006, 2010), 10, 12, 18, 20, 23 симпозиумах «Проблемы шин и резинокордныхматериалов» (Москва, 1999, 2001, 2007, 2009, 2012), 6, 7, 8 International scientificforum «Aims for future of engineering» (Paris, 2004; Hong Kong, 2005; Davos, 2006),6, 7, 9, 12 Международных молодежных конференциях ИБХФ РАН-ВУЗы «Биохимическая физика» (Москва, 2006, 2007, 2009, 2012), VI Петряновских чтенияхНИФХИ им.
Л.Я. Карпова (Москва, 2007), IV Всероссийской научной конференции «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2009), III молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии2009» (Москва, 2009), Всероссийской конференции «Физико-химические аспектытехнологии наноматериалов, их свойства и применение» (Москва, 2009), Второйвсероссийской научно-технической конференции «Каучук и резина – 2010»(Москва, 2010), 12 International Symposium Materials, Methods & Technologies(Болгария, 2010), Международной научно-технической конференции «Современныедостижения в области клеев и герметиков. Материалы, сырье, технологии»(Дзержинск, 2013).Публикации.
По теме диссертации опубликовано 61 печатная работа, срединих 1 обзор, 36 статей и 22 тезиса докладов на различных конференциях, в томчисле 20 статей в ведущих российских журналах, рекомендованных ВАК,получен 1 патент и одобрена 1 заявка на изобретение.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав,выводов, списка использованной литературы из 246 наименований и изложенана 309 стр., включающих 65 таблиц и 154 рисунка.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕВо введении обоснована актуальность, сформулированы цели и направления исследования, его научная новизна и практическая значимость.1.
Методологические принципы исследования эластомерныхматериалов как синергических системВ первой главе рассмотрены методологические подходы к исследованиюэластомерных материалов как синергических систем в двух направлениях: как7теоретическом, и оно формируется гносеологическими аспектами познаниясинергических явлений, так и практическом – ориентированном на решениепроблем в технологии производства изделий из эластомеров и целенаправленноесоздание композиционных материалов согласно предъявляемым к ним требованиям.Несмотря на то, что термин синергизм широко используется как втеоретических, так и прикладных исследованиях, проведенный онтологическийанализ предметной области с целью определения терминологической базыпоказал следующее: во-первых, до настоящего времени интерпретация этоготермина носит авторский характер, во-вторых, наблюдается в отношенииявлений одинаковой природы применение определений как синергические, так исинергетические системы и эффекты.Предметом исследований в диссертационной работе являются эластомерныематериалы, включающие в рецептуру комбинации компонентов, чаще всегоодного целевого назначения, применение которых при постоянном общемсодержании компонентов x1, … xn, обеспечивает значения показателей ЭКМ,отличные от рассчитанных согласно линейной зависимости.В соответствии с этим трактовка синергизма осуществляется согласнорис.
1.1 и представленному ниже определению.Синергизм – это эффект, связанный с тем, что композиционный материалкак система характеризуется набором свойств, превышающих значения, рассчитанные согласно правилу аддитивности. Если зависимость свойств эластомерного материала от соотношения компонентов в комбинации (рис. 1.1) расположенаниже аддитивной, то наблюдается синергизм с обратным знаком – антагонизм,что является актуальным для ряда показателей эластомерных материалов.Согласно принятым дескриптивным иконструктивным определениям систем, совокупности их отличительных признаков иклассификациям систем на базе эмпирических и логико-теоретических подходовприведены аргументы, позволяющие рассматривать эластомерные материалы (в аспектахпостроения рецептуры и их поведения вРисунок 1.1 – Схематичное изображе- технологических процессах и при эксплуание синергизма, антагонизма и аддитивности свойств эластомерных материалов тации) с позиций синергических систем.В диссертации разработаны методологические принципы исследования эластомерных материалов как синергическихсистем, связанные с идентификацией, анализом и формированием процессов иявлений, протекающих в эластомерных материалах при реализации синергическихэффектов.1.1 Идентификация эффектов синергизма и антагонизма вэластомерных материалахИдентификация синергических и антагонистических эффектов осуществляетсяв работе путем изучения поверхностей отклика (свойств ЭКМ) и изолиний на8предмет наличия и вида экстремумов эллиптического и гиперболического типа ввершинах, на сторонах и внутри диаграмм состав-свойство.Проявление синергического эффекта рассмотрено на примере анализатепловых свойств наполненных эластомерных систем.
Каучуки характеризуютсянизкими значениями теплопроводности, что приводит к возникновениюсущественных градиентов температур внутри изделий (в особенности,массивных) при их термообработке (в первую очередь, вулканизации) иэксплуатации (в частности, в динамических условиях), поэтому проблемаповышения теплопроводности и температуропроводности эластомерных системстоит достаточно остро. Повышение данных показателей лимитируетсяколичеством повышающего теплопроводность наполнителя, которое можетбыть введено в резину без ухудшения ее других характеристик. Поэтомуцелесообразно использовать в резиновых смесях комбинации наполнителей, чтобыобеспечить соответствующий эффект взаимодействия синергического характера.Для резин на основе каучука СКИ-3 было проведено три серии экспериментов по определению температуропроводности (м2/с) вулканизатов: при использовании комбинации 1) трех марок печного технического углерода (П514, П324и П234) при суммарной дозировке 10 – 60 масс.ч.; 2) трех модификаций нитридабора и 3) трех фракций порошка алюминия.Рисунок 1.2 – Зависимость температуропроводности резин от соотношенияразличных марок технического углеродаДиаграммы состав-свойство дляпервой серии эксперимента, представленные на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
