CC BY
62
2. Разумовский, С. Д. Озон и его реакции с органическими соединениями / С. Д. Разумовский, Г. Е. Заиков. — М. : Наука, 1974. — 208 с.
3. Белов. В. Т. Сравнение гидратируемости фазового оксида алюминия, полученного в растворах различных электролитов/ В. Т. Белов // Анодное окисление металлов. — Казань : Изд-во КАИ, 1983. — С. 39-45.
КОЛЕНЧИН Николай Филиппович, кандидат технических наук, доцент (Россия), первый проректор по учебной работе.
Адрес для переписки: ко1епсЫп @ tsogu.ru
Статья поступила в редакцию 27.03.2014 г. © Н. Ф. Коленчин
УДК 620.17:678.743.4:539.2
Д. Л. НЕГРОВ Е. Н. ЕРЕМИН
B. Ю. ПУТИНЦЕВ О. Л. ПЕРЕДЕЛЬСКЛЯ
C. Л. ЛНДРЕЕВЛ
Омский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРЛЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НЛ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВЛ ПОЛИТЕТРЛФТОРЭТИЛЕНЛ, МОДИФИЦИРОВЛННОГО ДЕТОНЛЦИОННЫМИ НЛНОЛЛМЛЗЛМИ
Рассмотрено влияние ультразвуковых колебаний на механические свойства политетрафторэтилена модифицированного детонационными наноалмазами. Показано, что введение ультразвуковых колебаний в прессуемый материал приводит к повышению предела прочности и модуля упругости и снижению относительного удлинения синтезируемого композита.
Ключевые слова: полимерный композиционный материал, политетрафторэтилен, механические свойства, ультразвуковые колебания, детонационные наноалмазы, модифицирование.
Введение. В настоящее время в различные отрасли промышленности внедряются новые, технически более совершенные производственные процессы, основанные на использовании при обработке полимерных материалов внешнего энергетического воздействия, в том числе ультразвука [1-4]. Влияние энергии ультразвуковых колебаний на механические и три-ботехнические свойства полимеров обусловлено изменением структуры обрабатываемого материала [5]. В процессе такой обработки полимеров существенно облегчается возникновение и развитие пластической деформации частиц порошка; осуществляется активация дислокаций, происходящая в результате поглощения акустической энергии в местах дефектов кристаллической решетки и других структурных несовершенств [4]. Вследствие этого за короткое время происходит локальный нагрев материала вокруг этих источников поглощения, увеличение молекулярной подвижности, что обусловливает более интенсивное развитие пластической деформации.
Ультразвуковое воздействие (УЗВ) может быть успешно использовано при твердофазной технологии получения (синтезе) полимерных композиционных материалов (ПКМ). Особенно это актуально для
диспернонаполненных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) [6].
Это обусловлено тем, что возможности структурной модификации ПТФЭ за счет введения в полимерную матрицу наполнителей различного типа уже в значительной степени исчерпаны. Совершенствование технологии получения ПТФЭ в направлении приложения ультразвука большой интенсивности непосредственно при прессовании композита позволяет достичь существенного повышения его механических свойств [7, 8].
Использование энергии ультразвуковых колебаний при прессовании порошкообразных или гранулированных полимеров и полимерных композиции приводит к уплотнению прессуемого материала, сопровождающееся удалением газовой фазы. Указанный эффект обусловлен тем, что при воздействии вибрационных импульсов отдельным частицам материала сообщаются индивидуальные скорости и ускорения, разрушаются арочные образования и происходит равномерная укладка частиц порошка [9]. Это обусловливает интенсивную дегазацию, перемешивание и сплавление отдельных частиц в однородную безпористую массу, обладающую высокой структур-
Таблица 1
Результаты исследования предела прочности
а„, МПа с ультразвуком 22,9 25,38 24,2 22,1 19,2
а„, МПа без ультразвука 20,9 23,5 22,8 21,3 18,1
Концентрация ДНА, % 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0
Результаты исследования относительного удлинения
Таблица 2
5, % с ультразвуком 268 276,8 266 249,7 231,3
5, % без ультразвука 288,5 304,5 302 286,4 260,4
Концентрация ДНА, % 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0
Таблица 3 Результаты исследования модуля упругости
Е, МПа с ультразвуком 286,8 298,4 278,4 268,2 260,8
Е, МПа без ультразвука 272,7 279,6 262,8 252,7 240,9
Концентрация ДНА, % 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0
о
го >
Рис. 1. Зависимость предела прочности от концентрации детонационных наноалмазов (ДНА)
Рис. 2. Зависимость относительного удлинения от концентрации детонационных наноалмазов (ДНА)
ной монолитностью и прочностью. В то же время имеющие место при этом процессы структурообра-зования и их влияние на механические свойства изучены недостаточно.
Цель работы — исследование влияния ультразвукового воздействия на механические свойства политетрафторэтилена, модифицированного детонационными наноалмазами, при его синтезе.
Методика эксперимента. Объектом исследования является полимерный композиционный материал (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного детонационными наноалмазами (ДНА). Для исследований были выбраны следующие концентрации ДНА в политетрафторэтилене: 0,1; 0,5; 1,0; 1,5; и 2,0 масс. %.
Образцы для исследований получали по технологии холодного прессования шихты, состоящей из порошкообразного политетрафторэтилена с наполнителем, смешанной в мельнице при частоте вращения ножей 7800 мин-1. Для изготовления образцов использовалась специальная экспериментальная установка на базе гидравлического пресса [8].
При прессовании с использованием энергии ультразвуковых колебаний порошок полимерного композиционного материала засыпается в пресс-форму, закрепленную на шаровой опоре. Ультразвук включается одновременно с касанием волновода-пуансона поверхности порошка. При этом ультразвуковые колебания передаются пресс-форме и всей массе порошка. Усилие прессования составляло 65 МПа, время прессования 90 секунд, амплитуда колебаний волновода-пуансона 14 мкм. После ультразвукового прессования образцы подвергались термообработке (спеканию) при температуре 360 °С.
Соблюдая те же режимы прессования, для сравнения, изготавливали образцы по традиционной технологии без воздействия ультразвуковых колебаний.
Для исследования механических свойств применялась разрывная машина Р 0,5 ГОСТ 11262-80, прошедшая аттестацию. Испытания образцов на растяжение проводились со скоростью деформации 20 мм/мин.
Результаты исследований и их обсуждение. Результаты изменения предела прочности ПТФЭ с различной концентрацией ДНА для двух технологий изготовления ПКМ приведены в табл. 1.
Было установлено, что зависимость предела прочности ПКМ от содержания ДНА для образцов, изготовленных по обычной технологии и с наложением ультразвуковых колебаний, имеют одинаковый характер с экстремумом при концентрации ДНА 0,5 мас. % (рис. 1). При этой концентрации имеют место и наибольшие значения предела прочности, которые при воздействии ультразвуковых колебаний повышаются с 23,5 МПа до 25,38 МПа, что составляет 8%.
Полученные результаты изменения относительного удлинения ПТФЭ с различной концентрацией ДНА для двух технологий изготовления ПКМ приведены в табл. 2.
Относительное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства материала, при наложении ультразвуковых колебаний снижается (рис. 2). Характер кривых для образцов изготовленных по традиционной технологии изготовления ПКМ и с наложением ультразвуковых колебаний абсолютно идентичен с максимумом при 0,5 мас. % ДНА. Наибольшее уменьшение относительного удлинения с 304,5 до 276,9 % наблюдается также при 0,5 мас. % и составляет 10 %.
Рис. 3. Зависимость модуля упругости от концентрации детонационных наноалмазов (ДНА)
Воздействие ультразвуковых колебаний на ПКМ приводит к повышению модуля упругости. Результаты изменения модуля упругости ПТФЭ с различной концентрацией ДНА приведены в табл. 3.
Построенные по этим результатам концентрационные зависимости приведены на рис. 3.
Анализ зависимостей модуля упругости образцов, изготовленных по обычной технологии и с наложением ультразвуковых колебаний, показал, что значительное повышение модуля упругости достигается при концентрации ДНА 0,5 мас. %. Можно отметить, что с увеличением в ПТФЭ концентрации ДНА с 0,1 до 0,5 % модуль упругости незначительно повышается с 272,7 МПа до 279,6 МПа, что составляет 8,6 % и резко уменьшается до 240,9 МПа при концентрации ДНА в 2,0 %.
Вывод. В результате проведенных исследований установлено, что модифицирование ПТФЭ детонационными наноалмазами в количестве 0,5 мас. % оказывает влияние на прочностные и пластические свойства ПКМ. Воздействие ультразвуковых колебаний на ПТФЭ, модифицированный детонационными наноалмазами, в процессе прессования вызывает изменение механических свойств материала, при этом модуль упругости увеличивается на 8,6 %, предел прочности на 8 %, а относительное удлинение уменьшается на 10 %.
Библиографический список
1. Ударно-волновая обработка полимеров и полимерных композиций / Н. А. Адаменко [и др.] // Физика и химия обработки материалов. — 2006. — № 5. — С. 82-87.
2. Влияние вибромеханического воздействия на структуру и свойства полимерных мембран / Н. А. Булычев [и др.] // Материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 3-8.
3. Получение халькогенидных стеклокристаллических материалов ультразвуковой обработкой стекол / Е. А. Чечеткина [и др.] // Материаловедение. — 2011. — № 5. — С. 24-31.
4. Интенсификация твердофазной плунжерной экструзии наномодифицированного полиэтилена высокой плотности ультразвуковым воздействием / Д. Е. Кобзев [и др.] // Материаловедение. — 2012. — № 4. — С. 37-40.
5. Еремин, Е. Н. Структурная модификация дисперсно-наполненного политетрафторэтилена ультразвуковым воздействием при синтезе композиционного материала / Е. Н. Еремин, Д. А. Негров // Физическая мезомеханика. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 95-101.
6. Машков, Ю. К. Влияние энергии ультразвуковых колебаний на структуру и свойства полимерных композиционных материалов / Ю. К. Машков, Е. Н. Еремин, Д. А. Негров // Материаловедение. — 2013. — № 3. — С. 42-45.
7. Негров, Д. А. Исследование влияния ультразвуковых колебаний на структуру и механические свойства полимерного композиционного материала / Д. А. Негров, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. — 2011. — № 2 (100). — С. 17-20.
8. Негров, Д. А. Разработка ультразвукового инструмента для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов / Д. А. Негров, Е. Н. Еремин // Технология машиностроения. — 2012. — № 5. — С. 44-47.
9. Шаталова, И. Г. Физико-химические основы вибрационного уплотнения порошковых материалов / И. Г. Шаталова, П. С. Горбунов, В. И. Лихтман // — М. : Наука, 1966. — 98 с.
НЕГРОВ Дмитрий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».
ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), декан машиностроительного института ОмГТУ, заведующий кафедрой «Машиностроение и материаловедение». ПУТИНЦЕВ Виталий Юрьевич, студент группы МТМ-212.
ПЕРЕДЕЛЬСКАЯ Ольга .Андреевна, студентка группы МТМ-212.
АНДРЕЕВА Светлана Алексеевна, студентка группы МТМ-212.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 19.03.2014 г. © Д. А. Негров, Е. Н. Еремин, В. Ю. Путинцев, О. А. Передельская, С. А. Андреева
УДК 621.6.033:622.692.4
В. Л. ПЕННЕР Т. Л. ТЛРЛСОВЛ
Омский государственный технический университет
ОПТИМИЗЛЦИЯ РЛБОТЫ НЕФТЕПРОВОДЛ С УЧЕТОМ КОНТРОЛЯ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ
Представлена зависимость вязкости от температуры внешней среды. Предложена схема подсоединения обогревателя и вискозиметра к нефтепроводу. Ключевые слова: нефть, вязкость, вискозиметр.
На сегодняшний день крупномасштабным инструментом мировой экономики является нефтяная и газовая промышленность. В настоящее время одним из основных районов добычи нефти считается северная территории России. Главная проблема добычи и транспортировки углеводородного сырья на территории Севера — это природные климатические условия с преимущественно низкими температурами окружающей среды.
Транспортировка углеводородного сырья при низких температурах существенно снижается. Для оптимизации работы нефтепровода в условиях Крайнего Севера и мест к нему приравненных необходимо снижать вязкость нефти путем ее подогрева.
Вязкость имеет прямую зависимость от температуры (рис. 1) [1]. С понижением температуры она незначительно увеличивается, а с повышением уменьшается.
В представленной работе предлагается контролировать вязкость углеводородного сырья и при необходимости обогревать намеченный участок нефтепровода специальной паровой установкой.
Существуют различные варианты приборов по определению вязкости. Ниже представлены некоторые из них.
Капиллярный вискозиметр [2] (рис. 2) относится к технике измерения вязкости различных неорганических и органических жидкостей, а также нефтей и нефтепродуктов, получаемых на химических, неф-
техимических и нефтеперерабатывающих предприятиях и заводах, где показатель вязкости у выпускаемых ими продуктов является величиной, определяющей их качество.
Капиллярный вискозиметр, состоит из системы нагружения и подачи измеряемой жидкости в капилляр под давлением, системы термостатирования, системы измерения и регистрации динамической вязкости, отличающийся тем, что система нагружения и подачи измеряемой жидкости содержит шприц для подачи точно дозированного объема воздуха в цилиндрическую гильзу через трехходовой кран, которая соединена с капиллярной трубкой трехходовым краном, мерный стакан, связанный через трехходовой кран с дифманометром, при этом шприц, цилиндрическая гильза, мерный стакан имеют равные диаметры и одинаковые объемы, причем измеряемая жидкость вытесняется из цилиндрической гильзы через капиллярную трубку в мерный стакан.
Изобретение (рис. 3) относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для определения вязкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидкостей.
Устройство для измерения вязкости топлив [3], содержащее цилиндрический объемный резонатор, устройство возбуждения, приемное устройство, соединенное через линию передачи с амплитудным детектором, аналого-цифровой преобразователь, вход
о
го >
