Введение к работе
Актуальность. На современном этапе развития строительного материаловедения одной из приоритетных задач является разработка эффективных композиционных материалов для защиты конструкций от коррозии. По данным Госкомстата на большинстве предприятий производственная база изношена более чем на 75 % и в большинстве случаев причиной является коррозионное разрушение.
Обеспечение эффективной работы изделий и конструкций в сложных условиях эксплуатации обычно связано не только с применением материалов высокой коррозионной стойкости, но и композитов повышенной трещиностойко-сти. Эффективное решение указанной проблемы - создание материалов из вы-соконаполненных армированных композитов на основе полимеров. Использование для этой цели низкомолекулярных жидких каучуков, содержащих концевые реакционноспособные группы весьма перспективно, поскольку указанные материалы способны отверждаться в нормальных условиях. Жидкие каучуки выпускаются промышленно и имеют наименьшую стоимость в сравнении с другими наиболее распространенными видами смол, традиционно применявшимися для получения коррозионностойких материалов. Важную роль в антикоррозионных композитах играет дисперсно-армирующий компонент. Постоянно расширяющийся ассортимент волокон для дисперсного армирования позволяет спроектировать наиболее рациональный состав полимерной композиции, исходя из предполагаемых условий эксплуатации.
Создание и применение указанных материалов невозможно без решения комплекса материаловедческих и технологических задач, связанных с проектированием составов, изучением физико-механических, химических и технологических характеристик, а также прогнозированием долговечности и надежности изделий, изготовленных из этих материалов.
Диссертационная работа направлена на решение задач включающих- проектирование рациональных составов высоконаполненных дисперсно - армированных полимерных композиций на основе низкомолекулярных жидких каучуков с реакционноспособньши концевыми группами, получение материалов способных обеспечивать изделиям и конструкциям эффективную работу в агрессивных условиях эксплуатации.
Работа выполнялась в рамках заказа главного инженерного управления Военно-воздушных Сил Российской федерации по программе НИР «Износ».
Цель работы - создание высоконаполненных дисперсно-армированных полимерных композиций на основе низкомолекулярных жидких каучуков, способных обеспечивать изделиям и конструкциям коррозионную защиту и эффективную работу при условиях эксплуатации в агрессивных средах. Для достижения цели в работе решались следующие задачи: - обоснование и выбор микроармирующих добавок и наполнителей активных по отношению к жидким низкомолекулярным каучукам ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с различными реакционноспособньши концевыми группами;
- изучение влияние вида выбранных микроармирующих добавок на деформационно - прочностные и технологические свойства полимерных композиций;
исследование совокупного влияния дисперсного армирования и степени наполнения на физико-механические и технологические свойства полимерных композиций на основе низкомолекулярных жидких каучуков ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с различными реакционноспособными концевыми группами;
разработка рациональных составов высоконаполненных дисперсно - армированных полимерных композиций;
- исследование напряженно-деформированного состояния разработанных
составов дисперсно-армированных полимерных композиций в условиях воз
действия агрессивных сред;
исследование технологии приготовления и применения разработанных полимерных композиций;
опытно-промышленная апробация результатов выполнения исследований;
- оценка технико-экономического эффекта результатов работы.
Научная новизна заключается в создании на основе низкомолекулярных
жидких каучуков ПДИ-ІК и ПДИ-ЗАК, с различными реакционноспособными концевыми группами, наполненных активными наполнителями, эффективных дисперсно-армированных композиций, отличающихся комплексом благоприятных физико-механических характеристик, а также повышенной коррозионной стойкостью и технологичностью.
Впервые изучено влияние вида волокон, параметров дисперсного армирования, модифицирующих добавок на ударную прочность, деформативность и трещиностойкость разрабатываемых композиций.
На основе сравнительного анализа доказана эффективность использования в качестве базовых волокон для дисперсного армирования полимерных композиций на основе низкомолекулярных жидких каучуков ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с различными реакционноспособными концевыми группами - стекло- и полиамидных волокон в сочетании с микроармирующими наполнителями - волла-стонитом и гидроксалем, обеспечивающих возможность получения композитов с заданными свойствами.
Разработаны составы наполненных дисперсно-армированных композиций на основе низкомолекулярных жидких каучуков ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с концевыми гидроксильными и эпоксидными группами и определены значения их физико-механических характеристик.
Исследованы технологические параметры приготовления полимерных композиций и их влияние на изменение физико-механические характеристик последних.
Разработанные новые композиции защищены патентом РФ № 2303045 на изобретение «Полимерная композиция» с приоритетом от 10.04.2006.
Достоверность научных положений, выводов и рекоіиендаций подтверждается соблюдением основных принципов математического и физического моделирования, применением современных методов расчета, результатами проверки в производственных условиях, адекватностью расчетных и экспериментальных данных, сопоставимостью полученных результатов с результатами исследований, выполненных ранее другими авторами.
Практическая значимость состоит в получении новых полимерных композиций на основе низкомолекулярных жидких каучуков ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с концевыми гидроксильными и эпоксидными группами, дисперсно - армированных стекло- и полиамидными волокнами в сочетании микроармирующими наполнителями - волластонитом и гидроксалем, позволяющих создавать материалы различного назначения обладающие высокой коррозионно- и ударостойкостью, обеспечивающие долговечность и надежность строительных сооружений и изделий специального назначения в целом. Установлены рациональные области применения указанных выше дисперсно-армированных полимерных композиций.
Реализация работы. Выявленные зависимости и разработанные составы новых полимерных композиций получили проверку в натурных условиях и опытно-промышленном внедрении. Результаты исследований реализованы: при антикоррозийной защите трубопроводов спецжидкостей в/ч 23326 г. Воронеж. Результаты диссертации применены в учебном процессе Военного авиационного инженерного университета (г. Воронеж) при чтении лекций курсантам факультета инженерно-аэродромного обеспечения по спецкурсу, а также в дипломном проектировании.
На защиту выносятся:
полимерные композиции на основе низкомолекулярных жидких каучуков ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с концевыми гидроксильными и эпоксидными группами, дисперсно-армированных стекло- и полиамидными волокнами в сочетании с микроармирующими наполнителями - волластонитом и гидроксалем, с комплексом благоприятных свойств, обеспечивающих их эффективную работу в различных условиях эксплуатации;
предлагаемые составы дисперсно-армированных полимерных композиций полученные в результате оптимизации их деформационно-прочностных и технологических свойств;
результаты исследования физико-механических характеристик разработанных композиций;
экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии образцов разработанных композиций в условиях длительно приложенной нагрузки;
результаты исследования технологических параметров, позволяющих получать в производственных условиях полимерные композиции на основе низкомолекулярных жидких каучуков ПДИ-1К и ПДИ-ЗАК с концевыми гидроксильными и эпоксидными группами, дисперсно-армированных стекло- и полиамидными волокнами в сочетании с микроармирующими наполнителями -волластонитом и гидроксалем, с заданными показателями ударной прочности и деформативности;
показатели экономической эффективности применения разработанных композиций.
Апробация работы. Основные положения работы и практические результаты докладывались и обсуждались на: IV Всероссийской научно - практической конференции «Инновации в машиностроении» (г. Пенза, 2004 г.); VI Всерос-
сийской научно - практической конференции «Проблемы современного материаловедения» (г. Пенза, 2004 г.); X международной научно - практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2006 г.); V международной научно - технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2007 г.); II Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (г. Пенза, 2007 г.); ежегодной научно-практической конференции «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации» (г. Воронеж, 2005, 2006,2007, 2008 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе I статья опубликована в издании, входящем в Перечень, определенный ВАК РФ. В указанной статье автором отражена методика оптимизации составов высоко-наполненных полимерных композиций на основе модифицированных каучуков, содержащих дисперсное армирование. Установлены закономерности формирования структур указанных композиций при сочетании некоторых наполнителей и армирующих волокон.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять разделов, основные выводы, список использованных источников и приложения.
