Введение к работе
Актуальность работы. Среди постоянных магнитов, без использования которых невозможно представить многие стороны нашей жизни, магнитоэласты (МЭ) занимают особое место. Это связанно с тем, что в МЭ удачно сочетаются эластические и магнитные свойства. Их достоинством также является то, что они обладают достаточно высокой прочностью, легко поддаются механической обработке, из них можно формировать детали сложной конфигурации, а эластичность МЭ позволяет им плотно прилегать к искривленным поверхностям из ферромагнитных материалов.
По структуре МЭ представляют собой композиционные материалы, состоящие из эластичной полимерной матрицы и наполнителя - магнитотвердого дисперсного порошка (МДП).
Наиболее известная сфера применения МЭ – магнитные вставки уплотнителей холодильников. Кроме того, современные МЭ нашли широкое применение в таких областях, как: медицина, реклама и торговля, образование, бытовая техника, строительство (магнитное покрытие полов, автоматизированные шоссе) и др.
МЭ незаменимы при эксплуатации в условиях тряски, вибрации и ударов. Можно также отметить их коррозионную устойчивость.
В современном автомобилестроении научно-технический прогресс невозможен без применения постоянных магнитов, в том числе резинометаллических уплотнителей – кассетных сальников, содержащих локализованный магнитный элемент (магнитный кодировщик), создающий во внешнем пространстве магнитное поле, что позволяет считывать частоту вращения различных валов автомобиля и преобразовать ее в электронную информацию. Поэтому отечественные автозаводы применяют кассетные сальники зарубежных фирм «Freudenberg» Германия, «NOK» Тайвань и др., содержащие магнитный кодировщик из композита на основе фторкаучука с магнитным порошком, привулканизованный к металлическому каркасу.
Очевидно, что количество МДП на единицу объема определяет магнитные свойства МЭ, поэтому для достижения наивысших магнитных характеристик необходимо обеспечить максимально возможную степень наполнения композита за счет снижения доли эластичной полимерной матрицы, а это вступает в противоречие с требованиями, предъявляемыми к эластическим свойствам. Поэтому современные МЭ, обладая приемлемой эластичностью, имеют магнитные свойства существенно ниже, чем у спеченных магнитов, что сужает область их применения.
По этой причине, разработка МЭ, сочетающих одновременно высокие магнитные и эластические характеристики, является актуальной и востребованной промышленностью.
Цель работы: разработка технологии магнитных эластомеров с повышенными магнитными и эластическими характеристиками, способных конкурировать с магнитами, изготовленными по порошковой технологии и обеспечивающих повышение технологичности и качества изделий, в которых они применяются.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
- изучить процессы формирования структуры и свойств МЭ на основе магнитного порошка сплава Nd-Fe-B и различных резиновых смесей;
– определить механизм взаимодействия в системе «резиновая смесь - магнитный наполнитель» и исследовать образующуюся микроструктуру магнитного эластомера;
- изучить взаимосвязи между химическим строением исходных ингредиентов и сформированных структур с магнитными, физико-химическими и механическими свойствами МЭ;
– разработать составы и режимы получения МЭ с повышенными магнитными и механическими свойствами;
- определить параметры процессов технологии МЭ, обеспечивающей высокое качество и низкую себестоимость изделий.
Достоверность полученных результатов определяется сопоставимостью основных теоретических положений физики и химии твердого тела с практическими рекомендациями и выводами результатов комплексных исследований, выполненных с помощью комплекса современных взаимодополняющих методов исследования: физико-химических, оптической микроскопии, электронной сканирующей микроскопии, статистической обработки экспериментальных данных.
Научная новизна:
-
Доказано, что химическая модификация поверхности МДП 3-аминопропилтриэтоксисиланом (АГМ-9) повышает адгезионное взаимодействие МДП с фтористой резиной в 1,10-1,15 раза. Установлено преимущество метода химической модификации поверхности магнитного наполнителя 3-глицидоксипропилтриметоксисиланом (А-187) перед АГМ-9, при этом повышается адгезионное взаимодействие МДП с фтористой резиной в 1,20-1,25 раза.
-
Определен механизм повышения адгезионного взаимодействия МДП с резиной при обработке АГМ-9 и А-187, заключающийся в химическом взаимодействии матрицы резины (каучука) и привитыми силанольными группами, которые образуются на поверхности порошка Nd-Fe-B после модификации его поверхности.
-
Доказана возможность уменьшения содержания макрогеля в каучуке СКФ-26 за счет введения магнитного наполнителя, обеспечивающего разбиение гелевой составляющей.
-
Установлена взаимосвязь прочностных и эластических свойств высоконаполненных МЭ с фракционным составом МДП.
Практическая значимость:
– разработаны научные основы технологии МЭ на основе фторкаучука СКФ-26 и порошка сплава Nd-Fe-B, обладающих высокими магнитными и эластическими характеристиками;
– определены факторы, влияющие на адгезию между МДП и резиновой смесью, а также предложен способ усиления адгезии между МДП и резиной;
- определены технологические параметры процессов изготовления листовых магнитов из МЭ и магнитного кодировщика кассетного сальника;
- проведены испытания МЭ в составе изделий, изготовленных по разработанной технологии.
На защиту выносятся следующие результаты:
методы модификации магнитного наполнителя для повышения адгезии к резине;
результаты комплексного исследования по оценке влияния магнитного наполнителя на структуру фторкаучука;
составы резиновых смесей и технологии изготовления магнитных эластомеров с повышенными эксплуатационными свойствами;
адгезивный состав для крепления фтористой резины к металлическим поверхностям арматуры;
составы резиновых смесей для листовых магнитов из МЭ и магнитного кодировщика кассетного сальника.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или совместно с соавторами опубликованных работ, при этом автор принимал непосредственное участие в проведении экспериментов, разработке методик испытания, расчетах, анализе полученных результатов и формулировке выводов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на I региональной научно-технической конференции (Балаково, 2009); XXI Симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2010); II всероссийской научно-технической конференции (Балаково – 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 2 работы в журналах, рекомендованных ВАК, подано 3 заявки на изобретения.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 135 страниц, а также включает 24 рисунка, 33 таблицы и список использованной литературы из 152 наименований.
Похожие диссертации на Технология магнитных эластомеров с повышенными эксплуатационными свойствами
