Синергические системы в многокомпонентных эластомерных материалах - идентификация, анализ, формирование (1090182), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Это подтверждается и тем, чтонаблюдаемое явление присуще всем исследованным синергическим системамвулканизующих групп на основе каучуков общего и специального назначения.На основании исследования влияния соотношения эластичных наполнителей резиновая крошка/фактис на комплекс свойств эластомерных материаловотмечено следующее. Построение диаграмм состав-свойство для оценки эффектовсинергизма по отношению к таким показателям как усадка, пластичность,23энергии активации вязкого течения и процесса вулканизации в совокупности сфизико-механическими показателями, позволяет не только обнаружить соотношения наполнителей, демонстрирующие эффекты синергизма и антагонизма, нои проследить эволюцию материала, начиная от его поведения в технологическихпроцессах до конечного изделия (рис.

2.8).Поведение ЭКМ на технологических этапах изготовления резиновых смесей и изделий:смешения, формования, вулканизацииСОДЕРЖАНИЕФАКТИСА, масс.ч.пластичность, усл.едусадка рез.смесей,% Е вязкого теченияЕактпроц.вулк-цииакт6151515155.0120.4880.49105.25.60.5010101010 1518МДж/моль120.5114145 0.525555.6 кДж/моль0.5212120.516.06.410990000051015 051015 051015 051015СОДЕРЖАНИЕ РЕЗИНОВОЙ КРОШКИ, масс.ч.Свойства вулканизатов и изделий:Y1 – условное напряжение при удлинении 300%, Y2 – условная прочность при растяжении,Y3 – относительное удлинение при разрыве, Y4 – остаточное удлинение, Y5 – сопротивлениераздиру, Y6 – эластичность, Y7 – твердость, Y8 – истираемость, Y9 – динамическая выносливостьРисунок 2.8 – Влияние соотношения эластичных наполнителей на комплекс свойствэластомерных материалов (СКД/СКИ-3 30/70 % мас.)Для интерпретации результатов влияния комбинаций дисперсных наполнителей была разработана компьютерная программа «Claster 3D», с помощьюкоторой, используя показатели – индекс фрактальности и коэффициент активностичастицы наполнителя, осуществлялось моделирование распределения частицнаполнителей в матрице эластомера и рассчитывались концентрации, прикоторых образуются соединяющий кластер.3.

Оптимизация рецептур эластомерных материалов на базесинергических системКак показал анализ литературы оптимизация составов полимерныхкомпозиционных материалов (ПКМ) при использовании бинарных и тройныхкомбинаций ингредиентов проводится по одной или нескольким характеристикамПКМ. Если выбор состава определяется достижением заданных численных24значений одного из свойств материала, то в данном случае оптимизациясводится к поиску составов, сочетания ингредиентов, применение которых обеспечивает достижение экстремально низких или высоких показателей (наличиеэкстремумов на диаграммах состав-свойство). Если рассматривается совокупностьпоказателей свойств материалов, то речь идет о решении компромиссной задачи,этому вопросу посвящена третья глава.Решение задачи оптимизации при реализации синергических и антагонистических эффектов, наблюдаемых при взаимодействии компонентов вулканизующей группы в шинных эластомерных материалах на основе бутилкаучука,рассмотрено применительно к физико-механическим показателям вулканизатов.Области варьирования компонентов вулканизующей группы: (x1) ускорительтетраметилтиурамдисульфид 1.0 – 2.0 масс.ч., (x2) 2-меркаптобензтиазол 0.5 – 1.5масс.ч., (x3) сера 1.0 – 3.0 масс.ч.

Вулканизация: 166ºС, 10 мин.Исследовались следующие показатели вулканизатов: (y1) условное напряжение при удлинении 300%, (y2) условная прочность при растяжении, (y3)относительное удлинение при разрыве, (y4) твердость. На основании количественных критериев, характеризующих адекватность модели, для каждого изпоказателей было выбрано уравнение следующего вида:y=bo+b1x1+b2x2+b3x3+b11x12+b22x22+b33x32+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+(3.1)+b233x2x32+b223x22x3+b123x1x2x3Совмещая контурные графики, построенные согласно уравнению (3.1),можно продемонстрировать решение задачи оптимизации при следующихограничениях: условное напряжение при удлинении 300% y13.4 МПа, условнаяпрочность при растяжении y211.0 МПа, относительное удлинение при разрывеy3750%, твердость y455 усл.ед.При содержании серы 1.0 масс.ч.

(рис. 3.1) не выдерживаются ограниченияпо условному напряжению при удлинении 300% и относительному удлинениюпри разрыве. При повышенном содержании вулканизующего агента (3 масс.ч.)можно выделить область (рис. 3.2), соответствующую системе ограничений.Обозначения линий:условное напряжение при удлинении 300%;условная прочностьпри растяжении;относительное удлинение при разрыве;твердостьРисунок 3.1 – Решение задачи оптимизацииРисунок 3.2 – Решение задачи оптимизации(содержание серы 1.0 масс.ч.)(содержание серы 3.0 масс.ч.)В работе продемонстрированы варианты решения задачи оптимизации нетолько для комбинации ускоритель I – ускоритель II, но и для вариантаускоритель – сера, что позволяют установить области концентрации25компонентов вулканизующей группы, применение которых обеспечиваетдостижение эластомерным материалом требуемого комплекса свойств.Для количественной оценки синергических эффектов проведен анализвклада отдельных составляющих уравнения регрессии в значения критериевкачества моделей на примере модели следующего вида:y=bo+b1x1+b2x2+b3x3+b11x12+b22x22+b33x32+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+(3.2)+b111x13+b222x23+b333x33+b123x1x2x3+b1233x1x2x32,которая включала коэффициенты, отвечающие за эффекты взаимодействия –бинарные, тройные и четвертого порядка.На рис.

3.3 показанырезультаты анализа динамики изменения коэффициента бинарного синергизма b12 в уравнении(3.2), характеризующегосовместное влияние двухускорителей для рассматпоказателейРисунок 3.3 – Динамика изменения коэффициента бинарного риваемыхсинергизма b12 для комбинации ускоритель I – ускоритель II вулканизатов.при варьировании содержания серыНелинейный харакA – условное напряжение при удлинении 300% (МПа),тер зависимости обусB – условная прочность при растяжении (МПа), C – относительноеловлен тем, что уравнеудлинение при разрыве (%), D – твердость, усл.ед.ние (3.2) содержит коэффициент тройного синергизма b123 и эффект взаимодействия четвертого порядка b1233, которые превращаются в коэффициенты бинарного синергизма при задании уровня варьирования серы.

Сопоставлять между собойэти коэффициенты нельзя, потому что они имеют различную единицу измеренияи характеризуют существенно численно отличающиеся между собой отклики.Влияние коэффициента тройного синергизма b123 и эффекта взаимодействиячетвертого порядка b1233, оценивали, сравнивая между собой критерии качестваполучающихся моделей (рис.

3.4).При исключении этих двух коэффициентов резко уменьшаются значениякоэффициента детерминации и критерия Фишера, растет стандартная ошибка (этоможно видеть, рассматривая верхний ряд графиков на рис. 3.4). Былоустановлено, что при последовательном исключении параметров до десяти, чтосоответствует полиному второго порядка, качество модели существенноснижается при исключении коэффициентов тройного синергизма b123 и эффектавзаимодействия четвертого порядка b1233.

Если же сначала исключатькубические составляющие модели, коэффициент детерминации и стандартнаяошибка практически не изменяются, а критерий Фишера даже растет; этоявствует из рассмотрения нижнего ряда графиков. Таким образом, показано, чтокоэффициенты тройного и четверного синергизма оказывают решающеедействие на уровень адекватности модели.260.31500.250.90.8510111213141510.951000.20.150.10.051011121314150.30.250.2A500101112131415200150B1000.150.9500.10.8510КРИТЕРИЙ ФИШЕРА0.95СТАНДАРТНАЯ ОШИБКАКОЭФФИЦИЕНТ ДЕТЕРМИНАЦИИ111121314150.05101112131415010КОЛИЧЕСТВО ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ1112131415Рисунок 3.4 – Критерии качества модели, характеризующей зависимость условной прочностивулканизатов от состава вулканизующей группыА – из уравнения (3.2) последовательно исключаются b1233, b123, b333, b222 и b111.B – из уравнения (3.2) последовательно исключаются b333, b222, b111,а затем b1233 и b1234.

Явления синергизма в материалах, получаемых переработкойрастворов полимеровФундаментальные работы в области изучения растворов и смесейполимеров, осуществленные А.А. Тагер и В.Н. Кулезневым, обеспечилисущественный прогресс в вопросах создания изделий на основе растворовполимеров, однако исследования последних лет с использованием современнойнаучно-исследовательской аппаратуры показали, что требуется новыйинновационный подход к изучению этой сложнейшей системы, который невозможен без использования математических методов.В развитие работ, выполняемых под руководством Л.Р.

Люсовой, в качествеобъектов исследования в четвертой главе рассмотрены технологические растворыполимеров – растворные эластомерные адгезионные композиции, пропиточныесоставы, формовочные растворы и материалы, получаемые их переработкой –нетканые материалы, клеевые соединения, эластомерные покрытия. Технологические растворы представляют собой сложные многокомпонентные системы,в которых одни целевые компоненты композиции образуют при взаимодействиис растворителем истинный раствор, а другие формируют коллоидные системы идисперсии с размером частиц 1-10 нм.

Это является предпосылкой дляреализации синергических эффектов, проявляемых в растворных композицияхкак в технологическом процессе, так и при формировании комплексаэксплуатационных свойств получаемых из них материалов.Особенность данной группы материалов заключается в том, что их переходв конденсированное состояние сопровождается практически полным удалениемрастворителя. Их исследование с позиции идентификации, анализа и формирования синергических систем имеет важную особенность, которая связана стем, что все полученные результаты интерпретировались с позиции ролирастворителя.Выбор индивидуального растворителя или смеси растворителей, применяемых27для изготовления клеев, лакокрасочных и нетканых материалов, осуществляетсясогласно технологическим, техническим, санитарно-гигиеническим, экологическими экономическим требованиям.

Но определяющим здесь является растворяющаяспособность. Существует ограниченное количество жидкостей, которые обладают растворяющей способностью по отношению к полимерам, поэтомуактуальным является применение их комбинаций.Учитывая, что в технологической практике приходится иметь дело сшироким ассортиментом низкомолекулярных жидкостей и их комбинаций, дляпрогнозирования растворяющей способности смесевых растворителей в работебыл сделан выбор в пользу трехмерной концепции параметра растворимости,предложенной Хансеном, которая позволяет учитывать неспецифические испецифические межмолекулярные взаимодействия:(4.1) = ((Ed + Ep + Eh) / Vm)1/2 = (d2 + p2 + h2)1/2,где Ed, Ep, Eh – энергии дисперсионного взаимодействия, полярного взаимодействия ивзаимодействия за счет водородных связей; Vm – молярный объем;d=(Ed/Vm)1/2 –параметр, учитывающий наличие дисперсионных сил; p=(Ep/Vm)1/2 – параметр,учитывающий наличие полярных (ориентационных) сил; h=(Eh/Vm)1/2 – параметр,учитывающий наличие водородных связей.Значения параметров растворимости известны для большого числарастворителей, а в случае смесевых растворителей могут быть определены спомощью следующего соотношения:(4.2)i = АА + В  В +…+NN,где А, В и N – параметры растворимости отдельных компонентов смесирастворителей; А, В и N – объемные доли этих компонентов.В работе в рамках трехмерной концепции параметра растворимости былипостроены диаграммы растворимости полихлоропрена (ПХП) и бутадиенстирольного термоэластоплата ДСТ-30, представляющие собой концентрационныйтреугольник Гиббса, одна из вершин которого соответствуют 100% доледисперсионного взаимодействия, а две других – 50% долям взаимодействия засчет полярных сил и наличия водородных связей.Каждый растворитель представлен как точка на плоскости.

Характеристики

Список файлов диссертации