CC BY
3Литература
1. Слепцов О.И., Шульгинов Б.С., Михайлов В.Е., Сивцев М.Н., Слепцов Г.Н. Повышение прочности сварных металлоконструкций горнодобывающей и транспортной техники в условиях Севера. Новосибирск: Наука, 2012. 201с.
2. Гуляев А. П. Металловедение. Москва: Металлургия, 1986. 544 с.
3. Берштейн М.Л. Металловедение и термическая обработка стали. М.: Металлургия, 1983. 352 с.
4. Barrett Ch., Massalsky T., Structure of metals, Metallurgy, 1984. 654 p.
5. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. Учебник. 4-ое изд., М.: Металлургия, 1986. 480 с.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1-217-219
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИАМИДА 6 В СОСТАВЕ ПКМ
В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ
Злобина И. В.1, 2, Бекренев Н.В.1, Чуриков Д.О.1, Пасечная А.А.1 1 СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов 2 НИЦ «Курчатовский институт», г. Москва irinka 7 @mail.ru
Активное развитие Арктики обуславливает поиск решений по использованию широкого спектра материалов, в том числе композиционных, и применение различных методов обработки с целью повышения адгезии на границе компонентов «матрица-волокно», а также устойчивости в широком диапазоне температур. В связи с этим актуальным представляется использование в составе композиционного материала ПА 6 и непрерывных углеродных волокон с последующей электрофизической обработкой для повышения адгезионной прочности.
В настоящее время активно развивается направление, связанное с вопросами расширения применения термопласта ПА 6 как самостоятельного конструкционного материала или в составе композитов [1]. Этот полимер является обладает рядом преимуществ, среди которых высокая жесткость, прочность, химическая и износостойкость [2].
Приведенный спектр свойств ПА 6 делает его актуальным для использования в составе полимерных композиционных материалов (ПКМ). Одним из возможных наполнителей при этом является углеродное волокно (УВ). Оба эти компонента являются перспективными материалами, однако их совместное использование в составе одного композита затруднено. В частности, это обусловлено недостаточной адгезией ПА 6, выступающего в роли матрицы, к УВ. Так в работе [1] задача повышения адгезии решается активацией поверхности УВ. В работе [3] показано применение дополнительного покрытия УВ для повышения адгезионной прочности на границе «матрица-волокно».
Т. о. актуальным представляется поиск решений, направленных на повышение адгезии суперконструкционного полимера ПЭЭК к УВ для расширения использования ПКМ, в том числе в условиях Арктики, что обусловлено значительным диапазоном рабочих температур компонентов.
Целью исследования явилось изучение влияния термоциклирования и УФ воздействия на углепластики, сформированные на основе ПА-6, прошедшие электрофизическую обработку в виде УЗ и СВЧ воздействия.
Для проведения эксперимента, были изготовлены опытные образцы. Использовался метод 3D печати филаментами на основе термопласта ПА-6. В качестве армирующих элементов выступали углеродные волокна, предварительно пропитанные эпоксидной смолой ЭД-20. Размер образцов составлял 40х20х1 мм. Образцы были разделены на 3 группы - контрольные, обработанные с помощью ультразвука (УЗ) и обработанные с помощью СВЧ.
Ультразвуковую обработку образцов осуществляли на экспериментальной ультразвуковой установке с многочастотным ультразвуковым генератором, обеспечивающим частотный диапазон выходного напряжения 20-60 кГц с дискретностью регулировки 10 Гц. Обработку образцов в СВЧ электромагнитном поле осуществляли на экспериментальной СВЧ технологической установке, собранной на базе микроволнового рупорного излучателя «Жук-2-02» производства ООО «АгроЭкоТех» (г. Обнинск, Калужской обл.). Параметры обработки были выбраны на основе предыдущих исследований - частота излучения - 2450 МГц, плотность потока энергии (ППЭ) - (45-50) х104 мкВт/см2, время обработки - 2 минуты.
Испытания образцов на светопогодоустойчивость проводили в режиме «температура-влажность-ультрафиолет» в климатической камере «8о1агЬох 1500Е КН» (НИЦ «Курчатовский институт») при следующих условиях: тип излучателя - дуговая ксеноновая лампа; поверхностная плотность энергии интегрального излучения: 1000 Вт/м2; температура стандартной чёрной панели - (45±2) °С; влажность воздуха в камере - (50±5)%; облучение образцов в непрерывном режиме с одной стороны; без орошения дистиллированной водой.
Проведение испытаний на трехточечный изгиб осуществляли в соответствии с ГОСТ Р 56805-2015. Определяли значения напряжения при заданной изгибной деформации о^.
Учитывая особенности состава и размеров испытуемых образцов, образцы доводили до единого значения деформации (прогиба), определяя при этом величину изгибающей нагрузки и вычисляя значения изгибающих напряжений ок
На рисунке представлены результаты испытаний.
Чяпр YJ ™
>KW4'
Рис. Изменение изгибающих напряжений при трехточечном изгибе контрольных и опытных образцов монослоя
с учетом влияния климатических факторов
Из данных графика видно, что СВЧ обработка позволяет получить статистически значимый прирост (17%) изгибающих напряжений по сравнению с контрольными образцами. Обработка УЗ не дала значимых результатов, прирост составил 2%.
Проводя сравнительный анализ результатов, полученных после климатических испытаний, можно выделить значимое увеличение (по сравнению с образцами этой же группы до климатических испытаний - 36%, по сравнению с контрольными образцами после климатических испытаний - на 22%) изгибающих напряжений у образцов, обработанных УЗ. Группа образцов, прошедшая СВЧ обработку, значимого прироста изгибающих напряжений не показала.
Полученные результаты можно интерпретировать следующим образом. УЗ обработка является контактной и предполагает сочетание силового и волнового воздействий на образцы. В результате уплотнение компонентов материала происходит физически. Воздействие СВЧ поля является бесконтактным и изменения физико-механических свойств связаны с повышением температуры и конформационными вращениями элементов макромолекул полимеров. Предположительно воздействие ультрафиолета и повышенных температур при испытаниях обеспечило сходные условия. Что и объясняет полученную динамику свойств у различных групп образцов.
Кроме того, была проведена визуальная оценка состояния поверхности образцов после климатических испытаний. Была отмечена выраженная дефектность поверхности образцов контрольной группы, что проявилось в виде локальных отслоений полимера и частичной утраты его областей. Образцы обеих опытных групп не имели выраженных дефектов поверхности.
Таким образом, полученные в ходе испытаний результаты коррелируют с данными, приведенными в литературных источниках, и показывают эффективность электрофизической обработки исследованных композитов. Механизмы, лежащие в основе полученных эффектов, нуждаются в дополнительном, более детальном изучении.
Аналитические исследования выполнены с использованием научного оборудования ЦКП «Исследовательский химико-аналитический центр НИЦ «Курчатовский институт».
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 23-79-00039 «Обоснование методологии комплексного модифицирования композиционных материалов для экстремальных условий эксплуатации на основе изучения фазово-структурных превращений под влиянием электрофизических воздействий различного частотного диапазона».
Литература
1. Хассан Е. А. М., Эль-Абид A. E. A., Башир E. O., Элагиб T. Х. Х Влияние модификации углеродных волокон на механические свойства полиамидных композитов для автомобильных применений // Механика композитных материалов. 2022. Т. 58. № 2. С. 369-382
2. Arsad A., Rahmat A. R., Hassan A., Iskandar S. N. Mechanical and rheological characterization of PA6 and abs blends-with and without short glass fiber // Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010, № 29, P. 2808-2820.
3. Dike A. S. Improvement of mechanical and physical properties of carbon fiberreinforced polyamide composites by applying different surface coatings for short carbon fiber // Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2020, Vol. 33. № 4, P. 541-553.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1 -219-223
ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ СМЕШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ НА СВОЙСТВА
КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПТФЭ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОВОЛОКОН
Исакова Т.А., Петрова П.Н., Маркова М.А.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа
СО РАН, г. Якутск
В данной работе изучено влияние способов смешения компонентов на деформационно-прочностные и триботехнические свойства полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и углеродных нановолокон УНВ-01, УНВ-02, УНВ-03. Рассмотрены две технологии получения полимерных композитов: 1) простое смешение компонентов в лопастном смесителе (технология № 1), 2) поэтапное смешение наполнителя с ПТФЭ с использованием технологии совместной активации компонентов (технология № 2). При введении наполнителя УНВ-01 до 5 масс.% по технологии № 1 износостойкость повышается в 70 раз, УНВ-02 в 317 раз, УНВ-03 в 54 раза. При исследовании ползучести композитов, было выявлено, что технология простого смешения снижает ползучесть полимерных композитов в 8 раз по сравнению с исходным политетрафторэтиленом и в 3,6-4,5 раза по сравнению с композитами, полученными с применением механоактивации.
