CC BY
9
пилки щ додатковi напруження становитимуть ax = 2 p0 = 126 МПа. У такому pa3i полотно пилки буде додатково навантажене значними напру-женнями, величина яких сумiрна з напруженням вiд попереднього натягу.
Л1тература
1. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон : пер. с анг. - М. : Изд-во "Мир", 1989. - 510 с.
2. Гулвда Е.М. Прикладна мехашка : тдручник [для студ. ВНЗ] / Е.М. Гулща, Л.Ф. Дзюба, 1.М. Ольховий. - Льв1в : Вид-во "Свгт", 2007. - 386 с.
Дзюба Л. Ф., Ольховый И.М., Ребезнюк И. Т. Теоретическое исследование контактных напряжений в зоне контакта полотна ленточной пилы с направляющим роликом с учетом силы трения
Определены контактные напряжения в зонах контакта полотна ленточной пилы с направляющими роликами с учетом силы трения на площадке контакта. Определены эквивалентные напряжения по третьей теории прочности в центре площадки контакта при заданном коэффициенте трения между полотном пилы и направляющим роликом. Проанализировано распределение этих напряжений по глубине контакта ленточной пилы с направляющим роликом в центре площадки контакта и на ее границах.
Ключевые слова: ленточная пила, контактные напряжения, направляющий ролик.
Dzyuba L.F., Olkhovy I.M., Rebeznyuk I.T. The theoretical investigations of contact stresses in the region of contact of saw band with directing roll taking into account the friction force.
The contact stresses in the region of contact of saw band with directing roll, taking into account the frictional force on contact plane, were determined. The equivalent stresses in the center of contact region (at predetermined friction coefficient between saw-band and directing roll) according to third theory of strength, were determined. The distribution of above stresses in dependences on contact depth of band-saw with directed roll in the center of contact plane as well as on their borders, was analyzed. Keywords: Saw-band, contact stresses, directing roll.
УДК 667.64:678.026 Проф. П.Д. Стухляк1, д-р техн. наук;
доц. 1.В. Чихiра1, канд. техн. наук; проф. А.В. Букетов2, д-р техн. наук
АВТОМАТИЗАЦ1Я В1СКОЗИМЕТРА ДЛЯ ДОСЛ1ДЖЕННЯ РЕОЛОГ1ЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕПОКСИДНИХ КОМПОЗИЦ1Й
Розроблено автоматизовану установку для дослщження реолопчних властивос-тей епоксидних композицш, що мютять дисперсш частки рiзноi фiзичноi природи. Розроблена установка передбачае керування експериментом у процес змши власти-востей об'екта дослщжень залежно вщ задажй програмою температури. Проведено експериментальш дослщження реолопчних властивостей епоксидних композицш. ОбГрунтовано необхщшсть введення мжмальжй кшькост дисперсних часток для отримання композицш з оптимальними показниками в'язкосп.
Ключовг слова: автоматизована установка, реолопчш властивосп.
Постановка проблеми. Розроблення нових прилад1в для дослщження технолопчних процешв ставить проблему iх автоматизацп та передбачае об-
1 Тернотльський нацюнальний техтчний утверситет ¡м. 1вана Пулюя;
2 Херсонська державна морська академ1я
ладнання таких приладiв сучасними системами керування, зчитування та фж-сацп результатiв експерименту. Особливо актуально ця проблема стосуеться дослщження реологiчних властивостей композицiй на основi епоксидних смол, котрi мютять рiзну кiлькiсть дисперсних наповнювачiв. Сучасний стан фiзико-хiмп поверхневих явищ у гетерогенних полiмеркомпозитних системах мае ютотну теоретичну базу щодо розроблення матерiалiв з необхiдним комплексом властивостей [1, 2]. Теоретичш та експериментальш дослiдження у цiй галуз^ нагромаджеш упродовж останнiх десятилггь, вiдкривають широк перспективи для створення нових технолопчних методiв формування та дослщження властивостей гетерогенних композитних матерiалiв. При цьому ос-таннiм часом найбшьш iнтенсивно розвиваються новi методи дослщження ре-ологiчних характеристик композицiй та 1хньо1 в'язкостi у текучому сташ [3].
Метою роботи е дослщження кiнетики змiни реологiчних параметрiв систем при течи та визначення 1хньо1 в'язкосп на розробленому автоматизо-ваному приладi.
Матер1али 1 методика дослщжень. Об'ектом дослiдження вибрано епоксидiановий олтомери марки ЕД-20 (ГОСТ 10587-84), який характеризуемся високою адгезiйною та когезшною мiцнiстю, незначною усадкою i технологiчнiстю пiд час нанесення на довговимiрнi поверхнi складного про-фшю, розвиненою сировинною базою. Для зшивання епоксидних композицiй використано твердник ПЕПА (ТУ 6-05-241-202-78), що дае змогу формувати композитний матерiал за юмнатних температур. Його формували методом гiдродинамiчного сумiщення компонентiв пiсля введення наповнювача. У дослiдженнях використовували дисперснi наповнювачi рiзноl фiзичноl при-роди: карбщ бору (В4С), карбiд кремнiю (8Ю) i оксид алюмiнiю (А1203). Дис-перснiсть наповнювачiв становила 40 мкм.
Попередньо умовну в'язкiсть полiмерних композицш визначали методом вимiрювання довжини слщу порцп матерiалу матрицi та композицш, що стжае по похилш склянiй площинi. На горизонтальну площину розмiром 400x300x6 мм наносили однакову кшьюсть (5,0 см3) ол^омерно! матриц та композицiй на 11 основi з наступною змiною кута нахилу площини. За довжини слщу порцп матрицi - 200 мм вимiрювали величину стiкання усiх композицш. Стутнь вщносно! в'язкостi композицш ощнювали у вiдсотковому вщ-ношенш кiлькiсних значень слiдiв наповнених систем та ол^омерно! епок-сидно1 смоли, кшетичну в'язкiсть яко! вiдомо.
Результати експерименту. Для дослщження залежностi реолопчних властивостей композицiй та в'язкостi композицш вщ кiлькостi та природи на-повнювачiв застосовували електровiбрацiйний вискозиметр (рис. 1). Граду -ювання вискозиметра проводили за розробленими градуйованими рiдинами, що дало змогу отримати реальш значення динамiчноl в'язкостi композицп. Як градуйовану рiдину використовували сумiшi, як складаються iз касторо-во! олп (ГОСТ 6757-53) i оксиду хрому дисперснютю 2...5 мкм (ГОСТ 291279). Змшюючи вмiст наповнювача у композицп, отримували в'язкiсть гра-дуйованих сумшей у широкому дiапазонi. В'язкiсть градуйованих складiв визначали за методом Стокса.
Рис. 1. Схема електровШрацшного вискозиметра: 1 - електрод; 2 - шпиндель;
3 - потенцюстат; 4 - ПК; 5 - блокуправлтня; 6 - стабiлiзатор напруги; 7 - амортизатор; 8 - генератор; 9 - обмотка електромагнту; 10 - пружинний амортизатор; 11 - мiлiвольтметр; 12 - випрямляч; 13 - обмотка тдукцтного датчика; 14 - посттний магнт; 15 - каркас обмотки; 16 - пружина пластинчаста; 17 - осердя електромагнту; 18 - яюр; 19 - сттка;
20 - кронштейн; 21 - до^джувана композищя
3 метою отримання бшьш стабшьних результапв i тдвищення точ-ност показниюв електровiбрацiйного вискозиметра в електромагнт симет-рично встановлено двi котушки по 1200 витюв кожна iз перерiзом дроту ПЕВ-1 у дiаметрi 0,1 мм. Резонансна частота при цьому становила 23,5 Гц. Вимiрювання в'язкост проводили в металевих тиглях дiаметром 40 мм i ви-сотою 50 мм. Об'ем дослiджуваних композитiв становив 45±2 см3.
Розроблений електровiбрацiйний вискозиметр працюе таким чином. Дослiджувану композицiю помщали у металевi тиглi за нормальних умов дослiдження (температура дослiджень становить Т=293±2К), пiсля чого 11 тд-водили до шпинделя i закршлювали тигель вертикально у захоплювачах. Вар-то зауважити, що шпиндель повинен помщатися у композицп не менш як на 50 % висоти тигля. На початковому етапi дослщжень електромагнiтне поле, яке створюеться стабшзатором напруги 6, пiдсилювачем 8 на обмотках
9 осердя електромагшту 17, забезпечуе рiвномiрно-поступальний рух шпинделя 2. При цьому осьовий рух шпинделя по вертикалi досягаеться шляхом використання якоря 18, який мютиться на амортизаторi 7 у нижнш частинi корпусу 19 розробленого пристрою. Над обмотками електромагшту 9 у вер-хнш частит корпусу розмщено каркас 15 постшного магнiту 14 для тдси-лення частоти коливань поздовжнiх i поперечних хвиль шпинделя 2. Електро-магштне поле, створюючи поздовжнi та поперечш хвилi, спонукае до коливань шпиндель 2, який здшснюе рiвномiрно-поступальнi рухи у дослщжува-нiй композицп. Накладання поздовжнiх i поперечних хвиль зумовлюе явище резонансу, який вщбуваегъся за частоти коливань шпинделя 23,5 кГц. Пдси-лення амплiтуди коливань забезпечуеться використанням постiйного магнiту 15, до якого тдводиться торець шпинделя 2. Осьовий рух шпинделя у вертикальны площин також забезпечуеться використанням пристрою у виглядi пластинчасто! пружини 16, пружинного амортизатора 10 та амортизатора 7. Кр^ення установки на кронштейн 20 до вертикально! площини забезпечуе динамiчнiсть i тдвищення точностi проведених дослiджень у стацюнарних умовах. Час закiнчення випробувань визначали за змiною потенцiалу на по-тенцiостатi 3. Пiд час тдвищення температури композицп до критичних зна-чень (Ткр = 303-308 К) на потенщостап 3, який з'еднаний iз електродом 1 та шпинделем 2, спостер^аеться пiдвищення потенцiалу, що е сигналом для персонального комп'ютера 4 про закiнчення випробувань. Персональний комп'ютер 4, з'еднаний з генератором 8 i потенцiостатом 3, у момент тдвищення температури до критичних значень подае сигнал про закшчення досль джень, забезпечуючи можливють автоматизованого управлiння результатом експерименту. Обмотка iндукцiйного датчика 13, яка розмщена на постшно-му магнт 14, з'еднана через випрямляч 12 iз мiлiвольтметром 11. Це забезпечуе градуювання е.р. с. вiскозиметра залежно вiд в'язкостi градуйованих рiдин.
Вщомо, що реологiчнi властивостi наповнених полiмерних компози-цiй визначаються: хiмiчною будовою макромолекул полiмера, мiжмолекуляр-ною взаемодiею, фiзико-хiмiчними характеристиками та вмiстом дисперсних наповнювачiв [4]. Дисперснонаповненi системи неможливо охарактеризувати лише динамiчною в'язкiстю, оскшьки у процесi текучостi по похилш площинi вiдбуваеться деформацiя лiнiйних макромолекул олтомера та руйнування структури течп композицп [5]. Тому при вивчент реологiчних властивостей полiмерних гетерогенних систем за одиницю вимiрювання прийнято умовну в'язкiсть, що характеризуеться градiентом швидкосп деформацп та руйнуван-ням структури наповнених композицш залежно вiд природи матерiалу напов-нювача та його вмюту.
Було проведено дослiдження впливу дисперсних наповнювачiв з роз-мiром часток 40 мкм на реолопчт властивостi гетерогенних систем. Встанов-лено, що композицп, як мiстять частки оксиду алюмшю, мають значну умовну в'язюсть внаслiдок агрегацп структурних елементiв i взаемодп наповнюва-ча з олтемерною матрицею (рис. 2). Показано, що за вмюту цього наповнюва-ча q = 60-100 мас.ч. на 100 мас.ч. жшмера умовна в'язюсть композицш стано-вить 58-93 %, а за умови збшьшення вмiсту наповнювачiв в'язкiсть тдви-
щуеться, внаслщок зростання кiлькостi елементарних контактiв мiж диспер-сними частками. Встановлено також, що найбiльш текучими е композицп, на-повненi частками 8Ю i В4С, як за значного вмюту наповнювачiв (100 мас.ч. на 100 мас.ч. полiмерноl композицп) мають умовну в'язюсть 60-68 %.
0 20 40 60 80
Рис. 2. Залежшсть умовноЧ в'язкост композиций в1д природи I вм1сту наповнювача: 1 - 81С; 2 - ВС; 3 - А1203
Характерною особливютю наповнених полiмерних композицш е пере-будова фазово! структури за деформацшного руху по похилiй площинi. Шд час зсуву полiмерноl композицп частинки дисперсно! фази м^ують у поперечному перерiзi потоку в область менших градiентiв швидкосп, концентру-ючись у центрi потоку, що е причиною змши профiлю швидкостей у перерiзi. Виникае "пробкова текучiсть", коли центральна частина потоку майже не шддаеться зсуву, на вщм^ вщ кра!в. У цьому випадку система зводить до мшмуму затрати енергп на деформацiю [6].
У разi введення у полiмерний зв'язувач порошюв неорганiчних сполук вiдбуваеться !х седиментащя. Осiдання наповнювачiв внаслiдок 1хньо1 нез-начно! стiйкостi до седиментацп негативно впливае на формування однорщ-них композипв. Попередити перерозподiл часток наповнювача внаслщок !х седиментацп можна завдяки збшьшенню в'язкостi середовища. Вiдомо, що основна умова стшкосп до седиментацп - висока дисперснiсть i участь час-ток дисперсно! фази у броушвському руш [7]. Тому для досягнення рiвномiр-ного розподiлу часток у композицп необхщно додатково вводити дрiбнодис-персний наповнювач (2-10 мкм).
Висновки. Отже, у робот на основi розробленого пристрою проведе-ш в автоматизованому режимi дослiдження реолопчних характеристик олто-мерних композицiй за змши температури. Встановлено, що для досягнення оптимальних параметрiв композищя повинна мати 65 %> умовно! в'язкосп, що вiдповiдае 9±0,2 ПаС динамiчноl в'язкостi. У виглядi основного наповнювача можуть бути використанi порошки БЮ i B4C за вмюту 60- 100 мас.ч. на 100 мас.ч. епоксидного олтемера ЕД-20. Цжавими з наукового i практичного пiдходiв е порiвняльнi дослiдження седиментацшно! стшкосп та реологiчних властивостей гетерогенних полiмерних систем. Такi випробування плануемо провести у майбутньому.
Л1тература
1. Суберляк О.В. Вплив полiвiнiлпiролiдону на структурування епоксиамiнних компо-зицiй / О.В. Суберляк, Т.Г. Гуменецький, О.В. Лавренюк, О.А. Миган // Вюник Нацiонального унiверситету "Львiвська полiтехнiка". - Сер.: Х^я, технологiя речовин та ïx застосування. -Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полiтеxнiка". - 2003. - № 447. - С. 71-73.
2. Лщов М. Застосування жшмеризацшноздатних рщких систем та двошарових rnrni-мерних стрiчок з активною поверхнею для протикорозiйного захисту трубопроводiв / М. цов, А. Лщов, О. Максимова // Фiзико-xiмiчна мехашка матерiалiв. - 2004. - Т. 1, № 4. -С. 396-400.
3. Чернин И.З. Эпоксидные полимеры и композиции / И.З. Чернин, Ф.Н. Смехов, Ю.В. Жердев. - М. : Изд-во "Химия", 1982. - 232 с.
4. Букетов А.В. Фiзико-xiмiчнi процеси при формуванш епоксикомпозитних матерiалiв / А.В. Букетов, П.Д. Стухляк, С.М. Кальба. - Тернотль : Вид-во "Збруч", 2005. - 182 с.
5. Стухляк П.Д. Епоксидш матерiали, модифiкованi енергетичними полями / П.Д. Стухляк, А.В. Букетов, 1.Г. Добротвор. - Тернотль : Вид-во "Збруч", 2008. - 208 с.
6. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров / В.Н. Кулезнев // Химия. - 1984. - № 8. - С. 16-21.
7. Мороз А.С. Фiзична та колощна xiмiя / А.С. Мороз, А.Г. Ковальова. - Львiв : Вид-во "Свгт", 1994. - 279 с.
Стухляк П.Д., Чихира И.В., Букетов А.В. Автоматизация вискозиметра для исследования реологических свойств эпоксидных композиций
Разработана автоматизированная установка для исследования реологических свойств эпоксидных композиций, содержащих дисперсные частицы различной физической природы. Разработанная установка предполагает управление экспериментом в процессе изменения свойств объекта исследований в зависимости от заданной программе температуры. Проведены экспериментальные исследования реологических свойств эпоксидных композиций. Обоснована необходимость введения минимального количества дисперсных частиц для получения композиций с оптимальными показателями вязкости.
Ключевые слова: автоматизированная установка, реологические свойства.
Stuhlyak P.D., Chihira I.V., Buketov A.V. Automation rheometer to study rheological properties of epoxy compositions
Developed automated installation for the study of rheological properties of epoxy compositions containing dispersed particles of different physical nature. A control unit provides an experiment in changing the properties object studies depending on the desired application temperature. Experimental study of rheological properties of epoxy compositions. The necessity to input a minimum number of dispersed particles for compositions with optimum viscosity indices.
Keywords: automated installation, the rheological properties.
УДК 674. 684. 047 Доц. Л А. Яремчук, канд. техн. наук;
маг1стр О.1. Юца - НЛТУ Украши, м. Львгв
ВПЛИВ МОДИФ1КАТОР1В НА РЕОЛОГ1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 ВИСИХАЮЧИХ ОЛ1Й
Дослщжено реолопчш властивост висихаючих олш (змочування, робота адге-зи, поверхневий натяг) залежно вщ виду модифжатора i його кшькостг Визначено, що з метою пщвищення фiзико-механiчних властивостей покритв кращим модиф^ катором е кашфоль. Визначений оптимальний вмют кашфол^ за якого не будуть по-пршуватись реолопчш властивосп композици.
Ключовг слова: висихаюча олiя, кашфоль, кут змочування, поверхневий натяг, адгезiя.
