Исследование термомеханических свойств фенилона и его композитов с фторопластом-4, полученных взрывным прессованием

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 678. 743:539. 2
Н. А. Адаменко — д-р техн. наук, Н. Х. Нгуен — асп., А. И. Лямин — студ.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЕНИЛОНА И ЕГО КОМПОЗИТОВ С ФТОРОПЛАСТОМ-4, ПОЛУЧЕННЫХ ВЗРЫВНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ
Волгоградский государственный технический университет (e-mail: mv@vstu. ru)
В работе изложены результаты термомеханических свойств фенилона и его композитов с фторопластом-4 после взрывного прессования. Установлено, что взрывная обработка фенилона С3 в цилиндрической ампуле приводит к уменьшению его деформируемости и повышению температуры стеклования.
In work results of thermomechanical properties of phenilon and its composites with ftoroplast-4 after explosive pressing are stated. It is established, that explosive processing phenilon S3 in a cylindrical ampoule leads to reduction of its deformability and rise in temperature of glass-transition.
Ключевые слова: взрывное прессование, фенилон, фторопласт-4, композиты, теплостойкость.
Термостойкий полимер фенилон, обладая высокими прочностными свойствами, широко применяется в технике для изготовления антифрикционных деталей. Однако при сухом трении износостойкость фенилона в ряде случаев оказывается неудовлетворительной из-за высокого коэффициента трения (0,4−0,5). Этот недостаток устраняется введением в фенилон фторопласта-4 (Ф-4), обладающего низким коэффициентом трения, химической инертностью, высокой пластичностью и термостойкостью. Установлено [1, 2], что при введении в фенилон твердых смазок (графит, Ф-4, БК, Мо82) наблюдается снижение его механических свойств и теплостойкости, обусловленное отсутствием прочной связи между матрицей и слоистым наполнителем. Поэтому повышение адгезионной прочности на границе раздела фе-нилон-наполнитель является актуальной задачей при создании композиций, которая может
быть решена применением взрывной обработки полимерных композиций [3, 4], что весьма перспективно для повышения их физико-механических свойств.
Ранее проведенными исследованиями было обнаружено [4, 5, 6], что при взрывном нагружении порошкообразных полимерных материалов наблюдается ряд структурных преобразований, отражающихся при последующем нагреве на температурных характеристиках (температуре стеклования, плавления, текучести и т. п.) и деформируемости полимера. Эти изменения можно оценить по термомеханическим свойствам полимера. Изменение физико-механических свойств с температурой является весьма важной характеристикой полимеров, прежде всего потому, что позволяет уточнить тот температурный интервал, в котором данный полимер имеет достаточную механическую прочность и может применяться в прак-
тических целях. Целью данной работы являлось изучение влияния взрывной обработки на термомеханические свойства фенилона и его композиций с Ф-4.
Для исследования выбраны фенилон С3 и композиции на его основе, наполненные Ф-4 с объемным содержанием от 10 до 60%. Взрывное прессование (ВП) порошков композиций осуществлялось по плоской и ампульной схеме. Полученные взрывным прессованием образцы подвергались спеканию при температуре 360 °C с выдержкой 20−30 минут и охлаждением с печью. Термомеханический анализ (ТМА) полученных материалов производился на установке ТМИ-1 под нагрузкой 1 Н при скорости нагрева 5 град/мин на образцах высотой 3 мм.
Как известно [5, 6], при взрывном нагружении в ампуле свойства и структура прессовки изменяются по высоте и радиусу ампулы. Поэтому для выявления характера термической деформации материала исследовались его термомеханические свойства по радиусу и высоте ампулы (вдоль ее оси). Результаты ТМА обработанного в ампуле фенилона приведены на рис. 1 и в табл. 1. Из рисунка видно, что деформируемость образцов до и после спекания
Рис. 1. Термомеханические кривые фенилона С3, полученного ВП по ампульной схеме до (1, 2) и после (3, 4) спекания при 360 °С:
1, 3 — по радиусу ампулы- 2, 4 — вдоль оси ампулы
различается как по радиусу, так и вдоль оси ампулы. У образца вдоль оси ампулы происходит большее расширение образца по сравнению с полученным по радиусу ампулы, что можно обьяснить особенностью переукладки и деформации порошка в процессе взрывного обжатия. По высоте ампулы частицы порошка деформируются в направлении ударной волны и макромолекулы ориентируются вдоль оси ампулы, а поперек оси ампулы частицы порошка подвергаются более сильному сжатию, что согласуется с микроструктурными исследованиями на фторопласте-4 [5]. При их нагреве происходят релаксационные процессы, которые приводят к расширению образца вдоль оси больше, чем по радиусу ампулы. При этом температура их стеклования до и после спекания различны лишь на 5 °C. Температура стеклования полученного по ампульной схеме фенилона до спекания находится на уровне спрессованного по плоской схеме и составляет 260−270 °С. Однако после спекания наблюдается повышение его температуры стеклования до 315 °C, что на 2025 °C по сравнению с обработанным по плоской схеме. Это свидетельствует об улучшении межмолекулярного взаимодействия и когезионной прочности полимера, обусловленного прошедшими структурными изменениями при взрывной обработке.
Введение наполнителей в полимеры вместе со структурными изменениями может сопровождаться значительным изменением их релаксационного поведения и температур физического и фазового переходов, что приводит к существенному изменению всего комплекса свойств полимеров [7]. Результаты исследования термомеханических свойств композиций фенилона с Ф-4, обработанных по плоской и ампульной схемам, приведены на рис. 2 и 3. Анализ полученных результатов показал, что на термомеханические свойства получаемых композиций влияние оказывает не только со-
Таблица 1
Термические характеристики фенилона С3 после ВП по ампульной схеме
Параметры обработки р, Мг/м3 Ь, °с Относительная деформация (%) при температурах, °С
220 240 260 280 300 320
ВП вдоль оси 1,34 270 -0,37 0 1,85 27 — -
по радиусу 265 -1,43 -2,86 0 30 — -
ВП+360 °С вдоль оси 1,36 315 0 0 0 0 0,34 22
по радиусу 310 -1,2 -2,0 -2,9 -3,3 -2,5 37,1
Рис. 2. Термомеханические кривые фенилона С3 и его композиций с Ф-4, полученных взрывным прессованием по плоской схеме после спекания при 360 °С:
1 — С3- 2 — С3+10% Ф-4- 3 — С3+20% Ф-4- 4 — С3+30%Ф-4
держание Ф-4, но и схема взрывной обработки. При одинаковом содержании Ф-4 полученные в ампуле композиции обладают более высокой температурой стеклования и меньшей деформируемостью при соответствующих температурах по сравнению со спрессованной по плоской схеме. Это обьясняется лучшим адгезионным взаимодествием между входящими в состав композиций компонентами и структурными изменениями при взрывной обработке в ампуле, что, в свою очередь, приводит к ограничению свободного течения полимеров в области температур размягчения и реализуется в изменении характера деформируемости компо-
б
Температура. °С Температура. °С
Рис. 3. Термомеханические кривые композиций фенилона С3 с Ф-4, полученных взрывным прессованием по ампульной
схеме после спекания при 360 °С: а — вдоль оси ампулы- б — по радиусу ампулы- 1 — С3+10% Ф-4- 2 — С3+20% Ф-4- 3 — С3+30% Ф-4- 4 — С3+50% Ф-4- 5 — С3+60% Ф-4
Таблица 2
Термические характеристики фенилона С3 и его композиций с Ф-4, полученных взрывным прессованием по плоской и ампульной схемам после спекания при 360 °С
а
Схема обработки Материалы P, Мг/м3 к, °с Относительная деформация (%) при температурах, °С
280 300 320 340 360
С3 1,32 300 4,90 13,5 49,0 — -
Плоская схема С3+10%Ф-4 1,39 305 3,70 9,10 40,8 — -
С3+20%Ф-4 1,42 315 1,20 4,80 22,8 — -
С3+30%Ф-4 1,51 320 0 2,50 14,6 64,6 —
С3+10%Ф-4 по радиусу 1,4 320 0 0 3,0 — -
вдоль оси 325 0,45 0,90 1,81 — -
С3+20%Ф-4 по радиусу 1,46 330 0 0 0 7,86 —
вдоль оси 335 0 0 0 4,35 48,3
Ампульная С3+30%Ф-4 по радиусу 1,55 340 0,38 0,38 0,38 1,15 19,6
схема вдоль оси 345 0,77 0,77 0,77 1,54 12,3
С3+50%Ф-4 по радиусу 1,71 370 4,40 4,80 5,20 6,0 10,8
вдоль оси 370 0 0 0,38 1,54 5,8
С3+60%Ф-4 по радиусу 1,78 350 4,62 5,38 6,92 13,1 32,7
вдоль оси 350 0,43 0,43 1,30 5,20 33,0
зиционного материала. Введение Ф-4, не зависимо от схемы взрывного прессования, приводит к изменению температуры стеклования фенилона. Причем с увеличением содержания Ф-4 до 50% температура стеклования композиций повышается с 325 до 370 °C, а при содержании выше 50% она снижается (рис. 3). Такое изменение вызвано тем, что доминирующую роль в формировании структуры и свойств композиции оказывает фторопласт-4, у которого после взрывного нагружения температуры плавления кристаллической фазы и текучести снижаются [6]. При 50%-ном содержании Ф-4 температура стеклования композиции достигает максимального значения, что вызвано равноценным влиянием на ее структуру и свойства фенилона и Ф-4. Термические характеристики композиций фенилона С3 с Ф-4, полученных взрывным прессованием по обеим схемам после спекания при 360 °C, приведены в табл. 2.
Выводы
1. Взрывная обработка фенилона С3 в цилиндрической ампуле приводит к уменьшению его деформируемости и повышению температуры стеклования, что связано с увеличением межмолекулярного взаимодействия, в результате этого подвижность цепей уменьшается и скорость релаксационных процессов в полимере замедляется.
2. При создании наполненных композиций фенилона, не зависимо от схемы взрывного прессования, увеличение концентрации фторо-
пласта-4 до 50% приводит к повышению температуры стеклования и понижению термических деформаций фенилона, что свидетельствует о повышении его термостойкости и эксплуатационной теплостойкости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Термостойкие ароматические полиамиды / Л. Б. Соколов, В. Д. Герасимов, В. М. Савинов, В. К. Беляков. -М.: Химия, 1975. — 256 с.
2. Буря, А. И. Влияние твердых слоистых смазок на триботехнические свойства композитов на основе ароматического полиамида / А. И. Буря, О. Г. Приходько, О. В. Хо-лодилов и др. // Трение и износ. — 1996. — № 1. — Т. 17. -С. 105−112.
3. Адаменко, Н. А. Полимерные композиты на основе термостойких полимеров, полученных взрывным прессованием / Н. А. Адаменко, Г. В. Агафонова, Н. Х. Нгуен / Международный симпозиум восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям & quot-Композиты XXI века& quot-. — Саратов, 2005. -С. 63−66.
4. Адаменко, Н. А. Взрывная обработка полимеров и металлополимерных композиций / Н. А. Адаменко, Г. В. Агафонова, А. В. Фетисов // Полимерные материалы. — 2006. -№ 12. — С. 26−29.
5. Структурные изменения фторопласта при взрывном прессовании в цилиндрических ампулах / Н. А. Адаменко, Ю. П. Трыков, В. Н. Арисова и др. // Физика и химия обработки материалов. -2000. — № 5. — С. 54−57.
6. Адаменко, Н. А. Структура и свойства фторопласта и сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученных взрывным прессованием / Н. А. Адаменко, В. Н. Арисова, А. В. Фетисов // Пластические массы. — 2000 — № 10. -С. 12−15.
7. Липатов, Ю. С. Физическая химия наполненных полимеров/ Ю. С. Липатов. — М.: Химия, 1977. — 303 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой