Коллоидно-химические аспекты агрегации и электропроводности углеродных частиц в электролитах и цементном камне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, кандидат наук Тихомирова Ксения Владимировна

• Тихомирова Ксения Владимировна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Тихомирова Ксения Владимировна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА

1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОЗИТОВ, МАТРИЧНЫЕ КОМПОЗИТЫ

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КОМПОЗИТОВ

1.4. ТОКОПРОВОДЯЩИЕ БЕТОНЫ

1.5. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИЛЫ В БЕТОНАХ КАК ДАТЧИКИ РЕГИСТРАЦИИ ДЕФЕКТОВ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

1.6. МАТРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

1.7. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.8. ПЕРЕХОДНЫЕ ФОРМЫ УГЛЕРОДА В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТОВ

1.9. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИТОВ СОСТОЯЩИХ ИЗ СИЛИКАТОВ И УГЛЕРОДА

1.10. АГРЕГАЦИЯ ЧАСТИЦ УГЛЕРОДА В КОМПОЗИТАХ, ОСНОВЫ ТЕОРИИ

СТРУКТУРНЫХ СИЛ

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИБОРОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.3. ИЗУЧЕНИЕ АГРЕГАЦИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

ДИСПЕРСИЙ

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ДИСПЕРСИЙ АНТРАЦИТОВ И ГРАФИТОВ В ЭЛЕКТРОЛИТАХ

3.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДИСПЕРСИЙ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ ЦЕМЕНТНЫЙ КАМЕНЬ - УГОЛЬ

3.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ СУСПЕНЗИЙ НА ОСНОВЕ

ГРАФИТА И ЭЛЕКТРОЛИТОВ

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4. СМАЧИВАНИЕ, АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ

4.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СМАЧИВАНИЯ

4.2. СМАЧИВАНИЕ УГЛЕЙ И ГРАФИТОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНЫХ ВЕЩЕСТВ

4.3. АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТРАЦИТОВ В ЭЛЕКТРОЛИТАХ. АГРЕГАЦИЯ УГЛЕРОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ В ЦЕМЕНТНОМ КАМНЕ

5.1. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТРАЦИТОВ И ГРАФИТОВ

5.2.СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ В ЭЛЕКТРОЛИТАХ

5.3.СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И УДЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

ПРОВОДИМОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ ЧАСТИЦ В ЦЕМЕНТНОМ КАМНЕ

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

6.1. ТЕХНОЛОГИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ГИДРОФОБНОГО ГРАФИТА

6.2. ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ В ДИНАМИКЕ

ВЫВОДЫ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ:

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Коллоидно-химические аспекты агрегации и электропроводности углеродных частиц в электролитах и цементном камне»

Введение

Электропроводящие композиты на основе углеродных веществ и силикатов применяют для изготовления систем микроклимата в строительном материаловедении, датчиков для измерения температуры в электрохимических системах, в водородной энергетике, в качестве газодиффузионных подложек при создании топливных элементов, заземляющих устройств. Они могут быть применены также в производстве электропроводящих красок, радио экранирующих материалов, (электропроводящие бетоны), в электрокатализе, фотоэлектрокатализе, электроанализе (модифицированные электроды) и в других системах.

Степень разработанности проблемы технологии производства электропроводящих композитов с учетом коллоидных закономерностей к настоящему времени не достаточна как в производстве экономичных приборов и устройств микроклимата, отвечающих требованиям комфорта и пригодных для массового строительства, так и при создании безопасных токопроводящих композиционных материалов со стабильными электрическими свойствами и достаточной механической прочностью.

Особенность композитов на основе дисперсий углеродных материалов и силикатов заключается в том, что они термически устойчивы, не являются дефицитными и совместимы с системами жизнедеятельности, обладают приемлемыми экологическими характеристиками.

Современные технологии формирования композитов на основе цементных материалов и переходных форм углерода включают несколько стадий, основными из которых являются начальная стадия смешивания дисперсных частиц с добавлением воды и стадия отверждения, на которой происходит образование структуры, обладающей необходимыми свойствами. Большое внимание должно уделяться коллоидно-химическим аспектам получения композита, в частности, процессам структурообразования и получения трехмерной сетки из дисперсных частиц, обладающей

необходимыми электрическими свойствами. Также не решены задачи определения энергии взаимодействия между частицами углеродных материалов в рамках современных теорий устойчивости дисперсных систем. Не выявлены условия, при которых происходит образование матричной структуры, определение концентрационных порогов электрической перколяции.

Актуальность работы тем более повышается в связи с исследованиями агрегации дисперсной фазы. Например, исследования электрических характеристик дисперсий углей может дать ценную информацию о строении угольного вещества, матрицы силиката и композитов на их основе.

В целом, установление коллоидных закономерностей технологии электропроводящих композиционных материалов и изделий на основе переходных форм углерода и силикатов является актуальной задачей.

Цели и задачи диссертационной работы. Цель работы заключалась в установлении коллоидных закономерностей агрегации углеродных частиц в электролитах и создание технологии композитов на основе цементного камня и гидрофобных углеродных материалов.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- установить взаимосвязь между агрегацией частиц графита, антрацита, активированного угля и удельной электрической проводимостью суспензий в электролитах;

- выявление взаимосвязи между процессами смачивания и агрегацией углеродных дисперсий в электролитах;

- установление адсорбционных закономерностей углеродных дисперсий в неводных растворах диметилполисилоксана с целью определения концентраций адсорбтива, при которых происходит заполнение адсорбционного слоя;

- установление закономерностей между электроповерхностными свойствами углеродных дисперсий в водных растворах электролитов и их способностью к агрегации.

Научная новизна работы.

Научная новизна работы состоит в установлении коллоидных и электрических свойств дисперсий переходных форм углерода в электролитах, цементном камне, заключающаяся в регулировании концентрационного порога электрической перколяции путем снижения энергии взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды, что приводит к агрегации углеродных частиц и образованию цепочных структур, проводящих электрический ток. Установлена взаимосвязь между работой адгезии границы раздела фаз углеродное вещество - электролит, свободной энергией поверхности и структурообразованием дисперсий в электролитах, цементном камне с возможностью образования структур, проводящих электрический ток, заключающаяся в том, что с уменьшением работы адгезии исследуемых систем происходит агрегация частиц углеродного вещества. В результате процессов агрегации концентрационный порог электрической перколяции по углеродному компоненту снижается с 0,15...0,17 масс. до 0,05...0,07 масс., что характерно для гетерогенных систем, не содержащих водной фазы в процессе компоновки композита. Проведена апробация модели взаимодействия частиц графита в растворах хлорида калия в рамках расширенной теории ДЛФО с учетом структурных сил, возникающих между частицами - гидрофобизация поверхности способствует притяжению и снижению потенциального барьера между частицами графита. Выявлены закономерности адсорбционной способности полиметилсилоксана (ПМС-20) из неводного растворителя (гексан) на графите С-3, антрацитах, активированном угле «Б», заключающиеся в том, что на пористых углеродных адсорбентах (антрацит, активированный уголь) заполнение адсорбционного слоя более интенсивно, чем при адсорбции Ленгмюра. На графитах заполнение адсорбционного слоя наблюдали по двум

видам адсорбционных центров, которое происходит медленнее, чем при адсорбции Ленгмюра.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Установлены коллоидно-химические закономерности (адсорбционная способность, изменение работы адгезии в электролитах, изменения электрокинетического потенциала) агрегации углеродных частиц в электролитах, цементном камне, позволяющие осуществлять регулирование электрических свойств композитов путем изменения концентрационного порога электрической перколяции.

2. Разработаны составы электропроводящих композитов на основе гидрофобных углеродных веществ в цементном камне. Указанные составы безопасны при эксплуатации, так как рабочее напряжение равно 15-45 В. Более того, они обладают низкой себестоимостью, стабильны в работе при длительной эксплуатации.

3. На основе разработанных композитов нами созданы нагревательные элементы для систем микроклимата. Нагревательные системы могут быть применены в помещениях бытового и промышленного назначения, а также для нагрева воды.

4. Разработан технологический регламент и технические условия на производство композита из гидрофобного графита и цементного камня.

Методология работы заключается в применении основных закономерностей коллоидной химии - при изучении адсорбции диметилполисилоксана на поверхности углеродных веществ, применение методологических аспектов теории ДЛФО к процессам агрегации дисперсий графитов, антрацитов, активированных углей, электрокинетических и электроповерхностных явлений в суспензиях углеродных веществ, изучении процессов смачивания углей растворами электролитов.

В работе использовали методы коллоидной химии, такие как адсорбция, электрокинетический метод, лазерная гранулометрия, современные методы определения краевого угла смачивания и обработка

результатов с помощью специализированных программ, оптическая микроскопия, математическая обработка результатов измерений

Внедрение результатов работы.

Работа внедрена в практикум по выполнению лабораторных работ в БГТУ им. В.Г. Шухова и на малом инновационном предприятии «Карбон плюс» при создании регламента на производство нагревательных элементов.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

- установление закономерностей агрегации дисперсий графита, антрацита, активированного угля в электролитах и цементном камне;

- моделирование электрических свойств суспензий в электролитах и композитах цементный камень - углеродное вещество;

- установление закономерностей электрической проводимости дисперсий графита, антрацита и активированного угля в электролитах с целью формирования композитов;

- методология получения электропроводящих композитов обладающих безопасностью и устойчивостью в работе при длительной эксплуатации;

- определение корреляционной связи электрическая проводимость -электроповерхностные свойства композитов;

Апробация работы. Исследования доложены на следующих международных конференциях:

1) «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье, проходившая в Белгороде, в 2011г;

2) «Поколение будущего - 2012: взгляд молодых ученых» проходившей в Курске в 2012 году;

3) «Молодежь и научно-технический прогресс», проходившей в Губкине в 2012, 2013, 2014 гг.

4) «Энергетика и энергоэффективные технологии» проходившей в Белгороде, в 2013 г.

5) «Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов» проходившей в Белгороде, в 2014г.

6) III Международная научно-практическая конференция «Безопасность в строительстве», Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 23-24 ноября 2017г.

Публикации.

Основные положения диссертационной работы представлены в 16 научных публикациях, из них 5 статей опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура работы, ее объем и основные главы.

Диссертационная работа представлена на 166 страницах, включает 25 таблиц, 49 рисунков из них 17 фотографий, 3 приложений - ноу-хау, технический регламент, ТУ.

Личный вклад автора состоит в следующем: самостоятельно проведены исследования и получены научные результаты. Проведена математическая обработка результатов, сформулированы научная новизна, практическая значимость и данные полученные автором впервые.

Достоверность результатов работы. Практическое внедрение в производство, учебный процесс, комплекс использованных современных методов исследования - позволяют сделать заключение о достоверности результатов работы.

Диссертация выполнена по разделам задания Министерства образования и науки России «Техносферная безопасность и охрана труда в технологиях высокоэнергетических веществ и материалов». Проект № 7.4547.2011 выполнен с 01.01.2012 по 31.12.2014 г. Этот проект реализован в соответствии с программой стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова в 2012-2016 г.г. «Разработка функциональных электропроводящих строительных композитов на основе силикатов и различных форм углерода для низкотемпературных электронагревательных систем». Также работа была реализована в рамках гранта № Б1-14 от 10.04.2014 г выполняемая с 10 апреля 2014 г. по 31 декабря 2014 г.

Глава 1. Физико-химические свойства композитов на основе углерода

Совершенствование технологии токопроводящих композитов во многом зависит от установленных и применяемых на практике физико-химических или, в частном случае, коллоидно-химических закономерностей, что важно для оптимизации работы оборудования, состава сырьевых смесей и других параметров, влияющих на качество выпускаемой продукции.

В технологии композитов бетонов и углеродных веществ важными параметрами являются температурный коэффициент электрической проводимости, который зависит от его состава. Состав определяет температуру и условия эксплуатации композита, которые называют факторными пространствами при создании модели его функционирования. .Возникает проблема оптимизации факторного пространства для устойчивой работы изделия, поэтому установление коллоидно-химических закономерностей формирования композита на начальных стадиях производства - актуальная задача прикладной коллоидной химии.

Так, в обзорах по применению электропроводящих композитов указано, что в качестве матрицы, применяют цементный камень, полимерные материалы, а дисперсионной фазой, проводящей электрический ток, являются углеродные частицы - графиты, антрациты, сажа, и другие переходные формы углерода [1-12].

1.1. Определение композитов, матричные композиты

Композитами называют материалы, состоящие из нескольких компонентов, между которыми существуют границы раздела, обладающие различными функциональными свойствами. К композитам можно отнести прессованные смеси металлов, стеклопластик, стеклотекстолит, полимерные углеродные материалы. Сочетание двух или более материалов позволяет использовать различные свойства каждого из компонентов. При

этом свойства композита, не всегда аддитивны свойствам компонентов, так как часто появляется материал с принципиально новыми характеристиками. Так, композит из стеклопластика пропитывают полимером, и в результате достигается его высокая механическая прочность на сжатие и разрыв. В практическом использовании композита прочность полимера недостаточно велика, а прочность стеклянного волокна значительна. Но у стеклянного волокна большой недостаток - волокно обладает большой хрупкостью. После пропитки стеклянных волокон полимером прочность стеклопластика не уступает прочности стеклянных волокон, а хрупкость композита незначительна.

Основными характеристиками электропроводящих композитов являются удельная электрическая проводимость, механическая прочность, теплоемкость, теплопроводность, устойчивость к действию высоких температур.

В технологии композитов важным понятием является понятие матричной структуры. Структура композита является матричной, если, двигаясь по фазе компонента, достигается любая точка факторного пространства, но при этом граница раздела фаз не пересекается. В технологии электропроводящих композитов это понятие является важным потому, что матричная структура означает существование порога электрической перколяции в композите - т.е. система обладает трехмерной сеткой, по которой проходят линии тока.

Электропроводящая компонента называется дисперсной фазой, а электропроводящие частицы окружены дисперсионной средой или матрицей. Например, в композите сажи в полиэтилене полиэтилен является матрицей, частички сажи - это дисперсная фаза.

Электропроводящие композиты применяют для электрического отопления общественных зданий: административных, лечебных, учебных учреждений, предприятий торговли и общественного питания, зрелищных, культурно-просветительных, спортивных центров, строящихся в районах

старой застройки без тепловых сетей, а так же для обогрева таких конструкций, как дорожные покрытия, кровли, остановочные пункты городского транспорта. Введение углеродной дисперсии изменяет не только электрические свойства композита, но и теплопроводность, прочность изделий [13-18]. Так, электропроводный бетон применяют в различных отраслях промышленности для защиты от наведенных электрических и магнитных полей, обогрева ступеней метрополитена и земляных плотин [1923]. Электропроводящие композиты применяют в технологии электрических обогревателей [24,25], которые запатентованы в различных странах, в том числе, в Российской Федерации [26-34].

В строительном материаловедении электропроводящие композиты применяют в технологии производства электроотопительных устройств, отвечающих требованиям комфорта и пригодных для массового строительства. К указанным системам предъявляют специальные требования - они должны обладать стабильными электрическими свойствами и достаточной механической прочностью. Повышение коррозионной стабильности композитов, может обеспечить модифицирование поверхности, в основном электропроводящими полимерами. Для создания модифицированных токопроводящих композиционных материалов в качестве основы могут быть использованы различные вещества, например металлы и металлоиды, их оксиды. Указанные вещества могут быть проводниками, полупроводниками, п- и р-типов, а так же переходные формы углерода. [35,36].

Системы электрического обогрева применяют для обогрева полов, стен жилых и промышленных помещений. В сочетании с паровым отоплением эта система создает комфортный микроклимат в переходные осенние и весенние периоды. Распределенный обогрев крыш и дорожных покрытий применяется для удаления снега и оледенений. Подобная система позволяет проводить очистку улиц от снега и льда.

Обзоры по применению электропроводящих композитов в промышленности представлены в обзорных монографиях и статьях [37-47].

В энергетике электропроводящий композиционный материал может быть использован в первую очередь для изготовления различного рода активных электрических сопротивлений (резисторов), способных рассеивать в кратковременных режимах работы большие мощности (МВт).

Существуют заземляющие конструкции, стойкие против коррозии, возникающей под действием электрического тока. Такого рода конструкции найдут широкое применение при строительстве линии электропередач, контактной сети, фундаментов подстанций.

Применение токопроводящего композита позволит получить эффективные нагревательные изделия и конструкции, работающие в большом диапазоне температур, которые, имея развитую теплоотдающую поверхность с невысокой температурой, создадут наиболее комфортные условия в жилых и общественных зданиях, также обеспечат равномерность и плотность графиков электрических нагрузок.

Изделия из электропроводящих композиционных материалов могут быть использованы для регулировки температурного режима частей сооружения, во время производства строительные работ, а также в процессе их эксплуатации.

1.2. Классификация токопроводящих композиционных материалов

Существуют несколько признаков, по которым проводят классификацию электропроводящих композитов. Рассмотрим некоторые из классификаций.

Так, классифицируя по основному материалу, который используют в композитах, их можно разделить на несколько групп, таких как проводниковые, полупроводниковые, магнитные вещества. Характерным свойством для них является то, что они выдерживают длительные

воздействия электрических и магнитных полей. При течении электрического тока в композитах выделяется теплота и материал нагревается, если электропроводящий композит используют в магнитных системах, то в переменных электрических полях так же выделяется теплота.

По назначению электропроводящих композитов их классифицируют на резисторы, заземлители, нагревательные элементы [35].

По наличию или отсутствию арматуры следует различать неармированные и армированные изделия.

По назначению нагревательные изделия следует разделить на следующие группы: «А» - для обогрева (отопления) частей здания или coopужения при эксплуатации; «Б» - для регулирования температурного режим и обогрева частей здании и сооружений при производстве строительных работ; «В» - для обеспечения температурного режима в технологических процессах.

Устанавливая нагревательные композиты в различных зданиях, сооружениях их классифицируют по следующих признакам: приборное оборудование, нагреватели, системы, используемые как конструктивные элементы. Их устанавливают в зданиях и сооружениях, в виде радиаторов, навесных панелей, конструкционных блоков, в результате в таких конструкциях можно полностью заменить нагревательные системы, которые бывают открытого или закрытого типа. Как правило, к открытым нагревателям обеспечиваются свободные доступы, проходы для безопасной эксплуатации. Если композит используется по типу приборной конструкции, к нему предъявляют специальные требования по электрической изоляции. В результате применения нагревательных элементов из композитов, в зданиях и сооружениях происходит равномерное выделение тепла, что является преимуществом по сравнению с традиционными нагревательными системами. Композиты могут быть выполнены в виде панелей, элементов кровли, фундамента, сваи, перегородок. Более того, форма и размер композита могут

быть таковы, что заменяют все конструкции (бетонные, железобетонные) строительного назначения.

По конструкции электропроводящие композиты могут быть однослойные или многослойные. Однослойный композит представляет собой изделие, выполненное в виде панелей или покрытия. Многослойные электропроводящие композиты, как правило, состоят из бетона, железобетона и слоёв электропроводящего материала. По функциональным свойствам, электропроводящие композиты классифицируют как материалы, предназначенные для сухих условий работы, для среды с высокой влажностью, а так же для агрессивной среды - кислоты, щелочи, соли. Если композит используют в помещениях с высокой влажностью, то применяют гидроизоляцию. Высокая влажность в помещении может нарушить условия безопасной работы и электрические свойства композита.

Для обеспечения стабильной работы электропроводящих композитов во влажных и агрессивных средах применяют покрытие, которые обеспечивают электрическую изоляцию изделия. В качестве покрытий применяют отвержденные эпоксидные смолы, силикатные системы различного состава, другие полимеры. Поверхность композита может быть полностью покрыта изолирующим составом, или частично.

Требования к электропроводящим дисперсным системам определены их назначением: регулируемое удельное электрическое сопротивление; механическая прочность; стабильность электрических параметров; термостойкость; достаточно высокая теплопроводность.

1.3. Перспективные разработки токопроводящих композитов

Получить ряд материалов с различными свойствами можно, применив наполнители различной природы на одной и той же матрице. Свойства матрицы композита, такие как прочность, плотность, удельная электрическая проводимость, регулируются применением специальных наполнителей.

Наполнители улучшают электрическую изоляцию, увеличивают механическую прочность, влияют на функциональные особенности композита (температурный коэффициент электрического сопротивления), но некоторые наполнители применяют для удешевления композита[36-39].

Как правило, удельное электрическое сопротивление композита при применении наполнителей можно изменить на несколько порядков, но физико-химические свойства матрицы сохраняются. При введении в композит электропроводящий наполнитель изменяют удельную электрическую проводимость материала и в зависимости от массовой доли наполнителя изменение электропроводности носит не линейный характер. Как правило, зависимость удельной электрической проводимости от концентрации наполнителя изменяется скачкообразно [41]. Это явление называется электрической перколяцией при которой образуются линии тока или проводящие кластеры, которые обеспечивают наличие проводимости в композите. Если металлические наполнители обладают сферической формой частиц, то порог электрической перколяции может составлять от 50 до 90%, например, для порошка никеля с размерами частиц 10-20 мкм, необходимо ввести 60-70% масс. Удельная электрическая проводимость увеличивается и достигает 10 Ом-1м-1. Серебра следует ввести 75 % и удельная электрическая проводимость достигает 1000 Ом-1м-1, табл.1.1

В качестве электропроводящих материалов применяют различные материалы: алюминий, никель, серебро, волокна из меди стали, никеля, хрома. В случае использования цементной матрицы при введении в нее порошка металла концентрационный порог электрической проводимости наблюдают при содержании электропроводящего компонента более 50% масс.

Например, НПО «Болид» разработало технологию резисторов, нагревателей, применяемых в быту и промышленности. Основные компоненты композита «ЭКОМ»: графит модифицированный кремнием, оксиды железа, оксиды алюминия, ортофосфорная кислота.

Таблица 1.1

Наполнители для электропроводящих полимерных композиций

Наполнитель Вид наполнителя Степень наполнения, % Удельное электрическое сопротивление,

Омсм

Серебро Порошок, частицы 75 10-3

чешуйчатой формы 60 10-4

80 10-3

Медь Порошок 8 88 10 10-3

Алюминий Порошок 30 30 104 10-1

Технический углерод Порошок 30 10-2

При введении в композит различных марок графита в концентрационных пределах 7-20 % масс. электропроводность материала достигает 10-3-10 Ом-1м-1. Добавляя оксид алюминия, увеличивают теплопроводность композита, так как теплопроводность оксида алюминия составляет 20-3 Вт/(мК). Ортофосфорная кислота взаимодействует с оксидом железа с образованием фосфатов которые обеспечивают связку и механическую прочность. Фирма выпускает резисторы различных типов и размеров, так элемент ЭНГФ-15х15х1 имеет размеры 150х150х10 мм, вес элемента 600г, сопротивление 2-4 Ом. В зависимости от удельного электрического сопротивления, способа подключения тепловыделяющих элементов, мощность обогрева может достигать 200 Вт и более в расчете на 1 элемент.

Нагревательные элементы собирают в панели, наименование панели «ПЭГ-500» в которой используют 12 элементов соединенных последовательно. В электрическом нагревателе «ЭЛК0Н-600» соединяют 8 нагревательных элементов, в виде электрической цепи с

последовательными резисторами. Последовательное соединение обеспечивает равномерное распределение мощности нагрева по всей площади и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Если увеличивается мощность нагрева на отдельном элементе, его сопротивление уменьшается, поэтому мощность нагрева падает и на других элементах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тихомирова Ксения Владимировна, 2018 год

// ? //

/ Р ■

--»- »— Т ' ............с:

0,20 0,2 т, 1 апп.

Рис. 5.9. Удельная электрическая проводимость композита цементный камень - активированный уголь «Б» в зависимости от массовой доли дисперсной фазы. 1,2,3 соответственно цементный камень - гидрофобный активированный уголь(ПМС-20); цементный камень - гидрофобный активированный уголь(парафин); цементный камень - активированный уголь

Сопоставляя величины концентрационного порога электрической перколяции для дисперсий графита, активированного угля, антрацита можно отметить следующее. Антрациты обладают наибольшим концентрационным порогом электрической перколяции, достигающим 0,40 масс. Вероятно, это обусловлено относительно сильной гидратацией поверхности частиц угля, так как достаточно прочные гидратные оболочки на поверхности угля препятствуют агрегации частиц. Контактный угол на границе раздела фаз уголь - вода имеет наименьшее значение для антрацитов - 46 (на границе раздела фаз вода - графит С-3, ГТ-1 контактные углы равны 73; 60 °). Указанные значения контактных углов смачивания соответствуют свободной энергии поверхности (СЭП) антрацитов, графитов С-3, ГТ-1 0,0623; 0,0460; 0,0528 Дж/м2, табл. 4.6. Соответственно работа адгезии в воде максимальна для антрацита и составляет 0,122 Дж/м2. Работа адгезии в воде графитов С-3; ГТ-1 равна 0,0923; 0,108 Дж/м2.

Следует отметить еще одну важную особенность углеродных материалов, влияющую на концентрационный порог электрической

перколяции. Особенность заключается в том, что удлиненная форма углеродных частиц способствует снижению концентрационного порога электрической перколяции. Частицы активированного угля имеют удлиненную форму, поэтому концентрационный порог электрической перколяции ниже, чем в композитах на основе графита, рис. 5.11.

а, I 0,020

0,015

0,010

0,005

0,000

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

т, 1 апп.

Рис. 5.10. Удельная электрическая проводимость композита цементный камень - антрацит в зависимости от массовой доли дисперсной фазы. 1,2,3 -цементный камень - гидрофобный антрацит (ПМС-20); цементный камень -гидрофобный антрацит(парафин); цементный камень -антрацит

К- и ^ .

л <

<

- /4ч

' \ * ' •

* > —

Л' *

А) Б)

Рис. 5.11. Форма частиц активированного угля «Б» и их агрегация при гидрофобизации поверхности ПМС-20 (0,03 масс.)

В результате исследований по влиянию формы частиц на концентрационный порог электрической перколяции подтверждено,

следующее. Частицы активированного угля, которые имею удлиненную форму, ориентируются вдоль линий тока, что приводит к увеличению удельной электрической проводимости композита. Для частиц с удлиненной формой концентрационный порог электрической перколяции наблюдают вблизи концентрации частиц графита равной 1/Х2а, где X характеризует степень удлиненности частицы (отношение длины частицы к поперечному размеру).

В цементном камне частицы антрацита практически не агрегированы, поэтому концентрационный порог электрической перколяции находится вблизи концентраций, соответствующих плотной упаковке частиц, табл. 3.1 (0,45 масс.), рис. 5.12.

1 2

Рис. 5.12. Микрофотографии частиц антрацита в цементном камне при их

концентрации 0,2; 0,4 масс. (1, 2)

В отличие от антрацита частицы графита более сильно агрегированы и при их концентрациях 0,15 масс. происходит образование электропроводящей сетки, способствующей увеличению удельной электрической проводимости композита, рис. 5.13. Если при концентрациях дисперсной фазы, равной 0,05 масс. агрегаты образуют единичные фрагменты, не связанные в единую матричную структуру, то при концентрации графита более 0,15 масс. образуются сплошные сеточные структуры, проводящие электрический ток.

1 2

Рис. 5.13. Микрофотографии частиц графита в цементном камне при их концентрации 0,05 ; 0,15 масс. (1, 2)

Гидрофобные частицы графита в цементном камне агрегированы при концентрациях 0,05; 0,10 масс., поэтому концентрационный порог электрической перколяции в указанных композитах снижен вследствие образования линий тока, проводящих электрический ток, рис. 5.14.

Рис. 5.14. Микрофотографии гидрофобных частиц графита в цементном камне при их концентрации 0,05 ; 0,10 масс. (1, 2)

Важным вопросом в технологии композитов является оценка энергии взаимодействия между компонентами, входящими в состав электропроводящей системы. При химическом взаимодействии происходит перестройка кристаллической решетки, межплоскостные расстояния изменяются существенно - это целые и десятые доли ангстрема (специфическое и химическое взаимодействие оценивают на уровне соответственно 12 - 40; > 40 - 400 кДж/моль). Нами сделана попытка

оценить энергию взаимодействия по результатам рентгенофазового анализа,

А) Б) В)

Рис. 5.15. Дифрактограммы графита (А) и композита (В) цементный камень - гидрофобный графит (ПМС-20). Содержание графита 17 % масс.

Б) - строение кристаллической решетки графита.

Установлено, изменения межплоскостных расстояний в графите происходят в сотых долях ангстрема. Основные рефлексы в графите соответствующие величинам 3,376; 1, 681 ангстрем меняются незначительно - 3,357; 1,678 ангстрем соответственно, что свидетельствует о незначительных деформациях кристаллической решетки, соответствующих физическому взаимодействию между компонентами композита - менее 12 кДж/моль.

Выводы

1. Выявлены закономерности изменения электроповерхностных свойств дисперсий антрацита в водных растворах хлорида калия, заключающиеся в том, что величины электрокинетического потенциала закономерно снижаются при увеличении концентрации индифферентного электролита. Диффузная часть ДЭС заряжена положительно

2. Установлены закономерности изменения сил молекулярного притяжения и электростатического отталкивания частиц графита в электролите KCL. Полученные закономерности объясняли в рамках расширенной теории ДЛФО при наличии структурных сил, характерных для лиофильных суспензий графита.

3. Установлено, что концентрационный порог электрической перколяции в композитах цементный камень - углеродное вещество снижается при использовании в качестве токопроводящей фазы гидрофобных частиц графита, антрацита, активированного угля, что вызвано агрегацией частиц и образованием структур, проводящих электрический ток.

4. В отличие от антрацита частицы графита более сильно агрегированы и при их концентрациях 0,15 масс. происходит образование электропроводящей сетки, способствующей увеличению удельной электрической проводимости композита.

5. Установлено, что удлиненная форма углеродных частиц способствует снижению концентрационного порога электрической перколяции. Частицы активированного угля имеют удлиненную форму, поэтому концентрационный порог электрической перколяции ниже, чем в композитах на основе графита.

6. Изменения межплоскостных расстояний в графите происходят в сотых долях ангстрема. Основные рефлексы в графите соответствующие величинам 3,376; 1, 681 ангстрем меняются незначительно - 3,357; 1,678 ангстрем соответственно, что свидетельствует о незначительных деформациях кристаллической решетки, соответствующих физическому взаимодействию меду компонентами композита - менее 12 кДж/моль.

Глава 6. Практическая значимость проведенных исследований

Реализация проведенных исследований на практике заключается в создании технологии нагревательных изделий с достаточно низким содержанием углеродной токопроводящей фазы. Снизить содержание углеродной токопроводящей фазы возможно, применяя гидрофобные материалы. Так, относительно высокая концентрация углеродных материалов способствует снижению прочности изделий, что приводит к снижению эксплуатационных свойств композитов.

Прочностные свойства композита исследовали следующим образом. Формировали образцы кубической формы размером 2x2 см. После твердения композита в течение месяца и сушки при 200°С образцы помещали под пресс и создавали давление, для разрушения образца. Например, при содержании токопроводящей фазы 0,2 масс. разрушение композита при сжатии достигается при напряжениях порядка 8 МПа, рис. 6.1. В образцах без графита разрушение происходит при давлениях порядка 43 МПА.

Р 11а

50 -|-

40 -30 -20 -10 -

0 -I--,---,--,--,---,--

-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

т, 1 апп.

Рис. 6.1. Прочностные свойства композитов (сжатие) в зависимости от содержания графита в цементном камне

Снижение прочностных свойств композитов происходит вследствие нарушения связей между компонентами цементного камня. Снижая

содержание углеродного компонента можно существенно увеличить прочность изделий, рис. 6.2.

Р, I I а

40 -

Р, II а

-1--1-

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

А)

Б)

Рис. 6.2. Прочностные свойства композитов при концентрациях углеродной фазы, соответствующих электрическому порогу перколяции. А) - цементный камень-графит: 1,2,3 - графит; графит, гидрофобизированный парафином,ПМС-20. Б) - цементный камень - антрацит: 1,2,3 - антрацит, антрацит, гидрофобизированный парафином, ПМС-20

25

20

30

15

20

10

10

5

0

2

3

4

В практической технологии нагревательных систем важным параметром является термическая устойчивость оборудования. Для определения температурных режимов работы композита проведен дифференциально-термический анализ образцов цементный камень - гидрофобный графит (ПМС-20), рис. 6.3. Образцы снимали в режиме скорости нагрева 10 град./мин. на дериватографе Q-1500. По кривой TG определили, что потеря массы образцов происходит при температуре свыше 200 °С. Анализируя кривые DTG, DTA, можно отметить, что при указанной температуре начинается интенсивное выгорание токопроводящей фазы - графита. Процесс сопровождается увеличением тепловыделения вследствие окисления графита. Снижение массы образцов до температуры окисления графита, вероятно, обусловлено потерей связанной воды в гидратированных формах цементного камня.

Рис. 6.3. Кривые ДТА композита гидрофобный графит - цементный камень. Размеры частиц графита - 500-100 мкм. Сверху вниз соответственно зависимости от времени: Т °С, ТО, ВТА, ВТО

Учитывая, что рабочая температура систем микроклимата не превышает 200 °С, работа нагревательных элементов на основе гидрофобного графита будет устойчивой. Моделирование работы нагревателя позволяет установить, что термическая устойчивость композита зависит от дисперсности токопроводящей фазы [213]. В частности расчеты, адиабатической температуры горения графита по методике [214] подтверждают, что при дисперсности частиц графита менее 50 мкм необходимо учитывать площадь поверхности частиц. Высокие величины поверхностной энергии снижают термическую устойчивость композита.

т, 1 а

'М

Рис. 6.4. Потеря массы композита в зависимости от температуры нагрева образца. Скорость нагрева 10 град./мин. 1,2 - размеры частиц графита соответственно 100-50 мкм; менее 50 мкм

Экспериментальные зависимости потеря массы - температура нагрева позволяют установить, что снижение дисперсности частиц графита менее 50 мкм приводит к снижению устойчивой работы композита, как нагревательного элемента. Температурная устойчивость снижается более чем на 100 °С. Но при температурах менее 200 °С композит работает устойчиво без потери массы образца.

Показано, что композиты на основе цементного камня и гидрофобного графита обладают водоотталкивающими свойствами, что важно при их эксплуатации в условиях повышенной влажности.

Рис.6.5. Краевой угол смачивания с содержанием гидрофобного графита 0,1;

0,05; 0,03 соответственно

Работа адгезии на границе раздела фаз композит - вода равна 0,140; 0,127; 0,072 Дж/м2 при содержании гидрофобного графита (ПМС-20) 0,03; 0,05; 0,10 масс. показана в табл. 6.1.

Таблица 6.1.

Работа адгезии на границе раздела фаз

N Содержание графита, масс. Работа адгезии композит-вода, Дж/м2

1 0,03 0,14

2 0,05 0,127

3 0,1 0,072

6.1. Технология нагревательных элементов на основе гидрофобного

графита

Результаты проведенного нами анализа зарубежной и российской научной литературы, а также международной практики показал, что используемые методы являются эффективными в том случае, когда применяются современные высокоэффективные технологии. Проведенные исследования в Российской Федерации и зарубежных государствах показали, что методика получения материалов, в состав которых входит углеродный наполнитель и цементная основа, используемые для нагрева строительных конструкций - не используется. Помимо этого, в процессе эксплуатации данный состав будет отличаться низкой себестоимостью и стабильностью свойств.

Предполагается выпуск новых систем электрического обогрева, отличающиеся от аналогов повышенной надежностью и высокой прочностью, вследствие применения гидрофобного графита. Маркетинговая стратегия развития организации предполагает, что рост имиджа организации в результате реализации проекта сыграет важную роль в повышении уровня социально-экономического развития Белгородской области, а также развития научно-технического сотрудничества (в том числе трансфера технологий)

институтов с сервисными центрами. В соответствии с разработанным планом предполагается освещение в прессе деятельности организации, прием делегаций из регионов РФ и зарубежных государств: предпринимателей, ученых, политиков и других заинтересованных лиц с целью развития сотрудничества и реализации проекта.

Характеристика конечной продукции производства. Технические характеристики композита. Удельная электрическая проводимость: 0,01 - 100 Ом-1*м-1; Прочность образца на сжатие: 20-35 мПа;

Работа адгезии на границе раздела фаз «вода-композит»: 0,07 - 0,12 Дж/м2 Технологическая и аппаратурная схема производства представлены на рис. 6.6, 6.7.

Изложение технологического процесса

ТП-1.Измерение и распределение стартовых составляющих композита. Измерение стартовых составляющих выполняется по средствам технических весов (дозаторов)в соответствии с аппаратурной схемой производства и спецификацией оборудования. Берем 35 кг цемента, 6,2 кг графита, 1 кг ПМС, 14 кг воды.

ТП-2. Рассеивание на ситах дисперсий графита.

Дисперсии графита рассеивали на ситах, отбирали фракцию 20-50 мкм в соответствии с аппаратурной схемой производства и спецификацией оборудования.

ТП-3. Добавка гидрофобизатора. ТП-4. Перемешивание компонентов.

Перемешивание в соответствии с аппаратурной схемой производства и

спецификацией оборудования.

ТП-5. Формирование в цилиндрические образцы.

Формование образца в форме цилиндра производим под давлением2107 Па диаметром 2.10-2 м, длиной 1 .10-2 м в соответствии с аппаратурной схемой производства и спецификацией оборудования.

ТП-6. Высушивание материала.

Для проведения измерений исходные материалы высушивали при 200 оС в соответствии с аппаратурной схемой и спецификацией оборудования. После отверждения в течении 20 дней получают 50 кг образцов с удельной электропроводностью 1 Ом-1м-1 ТП-7. Измерения электрической проводимости.

Определение электропроводности композита осуществляли по средствам моста переменного тока при частоте 1000 Гц. ТП 8. Проверка качественных свойств изделия.

Проверка качественных свойств изделия при выпуске товаров на рынок, должна производиться путем приемочного контроля. ТП 9.Хранение и складирование заготовленных композитов. Температура воздуха не менее 15°С и относительная влажность не более 60% - требования к подготовленному изделию при его складировании и хранении в сухом помещении.

Рис. 6.6. Технологическая схема производства композита цементный камень - гидрофобный графит

Аппаратурная схема производства композита цементный камень гидрофобный графит представлена на рис. 6.7.

Формирование

Рисунок 6.7. Аппаратурная схема производства

Характеристика сырья

Таблица 6.2

Наименование

Химическая формула

Плотность,г

/см3

Обозначение НТД

Свойства

Графит

С

2,08—2,23

ГОСТ 17022-81

Хорошо проводит электрический ток. После воздействия высоких температур становится немного тверже, и становится очень хрупким. Цвет тёмно-серый,блеск металлический. Природный графит содержит 10—12 % примесей глин и оксидов железа. Теплопроводность графита: от 278,4 до 2435 Вт/(м*К), зависит от марки/

ПМС-20

[(СН3)2-8Ю]12

0,96

ГОСТ 13032-77

Бесцветная нетоксичная жидкость

Цемент

2.74 - 2.83

ГОСТ: 305152013

порошок

Вода

Н2э

ГОСТ 6709-72

жидкость

1

По степени пожаро- и взрывоопасности помещение, в котором находятся необходимые компоненты в холодном состоянии будет относиться к «Д»-

категории (в соответствии с НПБ-10595 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности».

Таблица 6.3

Техника безопасности, пожарная безопасность и производственная санитария

Наименование стадии технологичес кого процесса Профессии работающих на стадии СИЗ работающих Наименование и номер НТД

ТП 1. Дозирование исходных компонентов Оператор, лаборант • Каска RFI-7 TITAN RAPID (Титан Рапид) строительная • Полумаска фильтрующая (респиратор) РПГ-67, укомплектована фильтрующими патронами B1 • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. • Пояс УП I (ПП1) предохранительный • Перчатки защитные диэлектрические. ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.028-76 ГОСТ 12.4.010-75 ГОСТР 12.4.18495

ТП 2. Рассеивание на ситах дисперсий графита Лаборант • Каска RFI-7 TITAN RAPID (Титан Рапид) строительная • Полумаска фильтрующая (респиратор) РПГ-67, укомплектована фильтрующими патронами B1 • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. • Пояс УП I (ПП1) предохранительный • Перчатки защитные диэлектрические ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.028-76 ГОСТ 12.4.010-75 ГОСТР 12.4.18495

ТП 3. Добавка гидрофобизатора Лаборант • Каска RFI-7 TITAN RAPID (Титан Рапид) строительная • Полумаска фильтрующая (респиратор) РПГ-67, укомплектована фильтрующими ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.028-76 ГОСТ 12.4.010-75 ГОСТР 12.4.18495

патронами B1

• Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м.

• Пояс УП I (ПП1)

предохранительный

• Перчатки защитные

диэлектрические

• Каска RFI-7 TITAN

RAPID (Титан Рапид)

строительная

• Полумаска фильтрующая (респиратор) РПГ-

ТП-4. Перемешивание компонентов Лаборант 67, укомплектована фильтрующими патронами B1 • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. • Пояс УП I (ПП1) предохранительный • Перчатки защитные диэлектрические ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.028-76

ТП 5. • Каска RFI-7 TITAN

Высушивание материала Бетонщик, мастер RAPID (Титан Рапид) строительная • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.010-75 ГОСТ 12.4.137-84 ГОСТ Р 12.4.19699

• Ботинки кожаные

Спецодежда (костюм)

• Каска RFI-7 TITAN

RAPID (Титан Рапид)

ТП-6 строительная

Формирование в цилиндрические образцы Бетонщик, • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. • Ботинки кожаные Спецодежда (костюм) ГОСТ 12.4.087-84

ТП 7. • Каска RFI-7 TITAN

RAPID (Титан Рапид) строительная

Измерение электрической Инженер • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.010-75

проводимости • Ботинки кожаные Спецодежда (костюм)

ТП 8. Лаборант, • Каска RFI-7 TITAN ГОСТ 12.4.087-84

Контроль качества продукции инженер RAPID (Титан Рапид) строительная • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. • Пояс УП I (ПШ) предохранительный Перчатки защитные диэлектрические. ГОСТ 12.4.010-75 ГОСТР 12.4.18495 ГОСТ Р 12.4.204-99

ТП - 9 Складирование готовой продукции Лаборант, инженер • Каска RFI-7 TITAN RAPID (Титан Рапид) строительная • Рукавицы рабочие брезентовые ОП 1 480 гр./кв.м. • Пояс УП I (ПШ) предохранительный Перчатки защитные диэлектрические. ГОСТ 12.4.087-84 ГОСТ 12.4.010-75 ГОСТР 12.4.18495 ГОСТ Р 12.4.204-99

На производстве работники должны быть обеспечены средствами для тушения возгорания:

- огнетушитель (порошковый, переносной) - для тушения пожара электрооборудования под напряжением не более 1000 В

- пожарные гидранты

- сухой песок

- асбестовое полотно

- Для тушения электропроводов и электроустановок использовать воду запрещается.

6.2. Эффективные экономические показатели в динамике

Для того, чтобы выявить факторы эффективной деятельности нам следует учесть следующий ряд необходимых затрат - капитальных вложений:

- Организация производства;

- Оснащение (приобретение, транспортировка и монтаж) основного современного технологического оборудования;

Уровень оплаты труда прочие вложения.

В табл. 6.4. рассчитаны основные вложения за сырье за один цикл работы оборудования

Таблица 6.4.

Сырьевая себестоимость продукции

Наименова ние Единица измерения Стоимость единицы, руб. Количество (кг) Стоимость, руб.

На технический цикл На технический цикл

Графит кг 50 6,2 310

Цемент кг 5 35 175

ПМС-20 кг 509 0,02 10,18

вода кг 0,015 14 0,21

Итого: 495,39

Стоимость одного килограмма продукции вычисляется по формуле:

Содного экз. Собщ•Qmц(6.1)

где, Собщ- общая себестоимость продукции, руб.; Qтц - количество продукции затрачиваемой на один цикл, кг.495,39 : 55,22 = 8,97руб 1. Необходимы затраты, на производство вычисляются следующим образом:

К С + Кис,С Смат Сзп +Ссоц.н + Сэкс1_-> (6.2)

где С - затраты на текущий период, руб.; Кис - затраты, обусловленные

применением определенных материально- технических, трудовых и

финансовых ресурсов, в том числе и капитальных вложений, руб.; Смат -

затраты на сырьё (основные материалы и покупные изделия)495,39 руб. Сзп-

уровень оплаты труда научному и техническому персоналу, руб.,

п х

С =у ч--з -Т -(1+-)

зп ^ 1 ст- нир 4 100

1=1 1 р 100 (6.3.)

где Чi — количество персонала, занимающегося научно-исследовательской работой, чел;3 _ - оплата труда единицы НИР, руб.; Тнир- длительность

СТ|

проведения научно-исследовательской работы, мес; х -процентная доплата в тарифный фонд (средняя величина), руб.

Капительные вложения в оплату труда персонала, (учитывая, что оплата труда для инженера (6800 руб.), рассчитаем оплату труда для лаборанта и руководителя.

70

СЗПШ1Ж=1 10000-3 (1+ ^) = 51000руб.

70

Слаб=1 100003(1+ ^) = 51000руб.

70

СзП.рук=1130003(1+ ^) = 66300руб.

Сзп = Сзп.инж.=+ Сзпрук = 45900 + 61200 = 168300руб. Ссоц.н. — социальные отчисления, руб., определим по формуле:

С = С

соц.н. зп 100

(6.4)

где у — процентный показатель отчислений

Ссоц.н. = 107100 * (22% : 100) = 23562 руб. Сэкс - затраты на оснащение (приобретение, транспортировка и монтаж) основного современного технологического оборудования (279706руб):

Сэкс Сприоб. +Са + Ср + Сэн(6.5)

где Сприобр - вложения на покупку современного оснащения, руб.; Са -вложения на амортизацию механизма, руб.; Ср - вложения в ремонт оборудования; Сэн_количество затрачиваемой энергии необходимой для технологического процесса и ее оплата:

(6.6)

где N — мощность, потребляемая оборудованием, кВт; ТЭф.м.-реальное время работы оборудования, час за один цикл.; Цэн - цена за 1 кВтч энергии, руб.;

Сэн=10кВт2часа■ 5,3= 106 руб.

Сэкс = 135000+ 10900 + 12000 + 106 = 158006руб С = 495,39 +168300 + 23562 + 472063,39 руб. Для начала реализации данного проекта необходимо 472063,39 рубля. Механизм реализации проекта представлен на рисунке 6.3. В результате реализации проекта в первый год планируется:

- рентабельность - 36,3 %;

- создание не менее 2 рабочих мест со среднемесячной заработной платой 35 000ри 30 000 рублей, с 11 месяца текущего года

-отчисления в бюджет и внебюджетные фонды - 23230 рубля. Планируемый срок окупаемости проекта - менее 1 года.

Рис. 6.8. Схема реализации проекта

Во второй год планируется:

- рентабельность - 41,31%

- создание не менее 2 рабочих мест со среднемесячной заработной платой 10000 рублей;

- отчисления в бюджет и внебюджетные фонды составят - 111480 рублей. В третий год планируется:

- рентабельность - 45,13%

-создание не менее 3 рабочих мест со среднемесячной заработной платой 15000 рублей;

отчисления в бюджет и внебюджетные фонды - 253080 рублей. Прибыль к концу третьего года составит 676 920 рублей.

Таблица 6.5.

Календарный план реализации проекта на 1 год

№ п/п Этапы проекта Стоимость, руб. Длительность этапа, мес.

1 Приобретение оборудования: 135 000,00р. 6 мес

*смесители для пилотной установки

*дозаторы для пилотной установки

2 Проведение исследовательских работ уполномоченными организациями 10 000,00р. 11 мес.

3 Проведение работ по подготовке комплекта документов 5 000,00р. 12 мес.

4 Работы по выходу на рынок (реклама, участие в выставках и др.) 30 000,00р. Постоянно с начала проекта

5 Сопровождение проекта (заработная плата, налоги и отчисления во внебюджетные фонды и др.) 88230 с 11 месяца текущего года: 65000р

Таблица 6.6.

Основные показатели производственной и предпринимательской деятельности на 3 года реализации проекта, в динамике.

№ Наименование № Строк Сумма руб.

1 год 2 год 3 год

1 Единовременная субсидия (грант): 1 200000

2 Собственные средства: 2 30000

3 Выручка от финансово-хозяйственной деятельности: 3 60000 650000 1500000

4 Приобретение оборудования: 4 135000

5 Оплата труда исследователей и др.: 5 65000 240000 540000

6 Исследовательские работы 6 10000 5000 5000

7 Проведение работ по подготовке 7 5000

комплекта документов для получения охранного документа:

8 Расходы на рекламу: 8 30000 25000 25000

Налоги, отчисления всего, в том числе: 23 230,00р. 111 480,00р. 253 080,00р.

9 Единый налог при УСН 3 600,00р. 39 000,00р. 90 000,00р.

Отчисления во внебюджетные фонды 30,2% 9 19 630,00р. 72 480,00р. 163 080,00р.

10 Коммунальные платежи: 10

11 Аренда: 11

12 Итого расходы: 12 268 230,00р. 381 480,00р. 823 080,00р.

13 Прибыль: 13 21 770,00р. 268 520,00р. 676 920,00р.

14 Рентабельность: 14 36,28% 41,31% 45,13%

Учитывая то, что производственный процесс на начальном этапе планируется создать на базе уже действующего предприятия ООО «Карбон плюс», расположенного в Белгороде, выполнили расчет себестоимости низкотемпературных композиционных электронагревательных элементов.

Выводы

1. Установлено, что применение гидрофобных частиц углеродной токопроводящей фазы в технологии формования композита с использованием цементного камня в качестве матрицы позволяет улучшить эксплуатационные свойства электропроводящих изделий и конструкций вследствие повышения их прочностных свойств.

2. При концентрации дисперсий графита, соответствующих концентрационному порогу электрической перколяции, предел прочности на сжатие увеличивается до 30.35 МПа по сравнению с гидрофильными дисперсиями графита - 11...15 МПа.

3. При концентрации дисперсий графита, соответствующих концентрационному порогу электрической перколяции, предел прочности на

сжатие увеличивается до 30...35 МПа по сравнению с гидрофильными дисперсиями графита - 11...15 МПа.

4. При концентрации дисперсий антрацита, соответствующих концентрационному порогу электрической перколяции, предел прочности на сжатие увеличивается до 18.22 МПа по сравнению с гидрофильными дисперсиями антрацита - 5...6 МПа.

5. Установлены температурные пределы работы электропроводящих композитов цементный камень - гидрофобный графит при размерах частиц токопроводящей фазы 500-100 мкм, не превышающие 680 °С. Снижение дисперсности частиц графита (менее 50 мкм) приводит к снижению устойчивой работы композита, как нагревательного элемента. Температурная устойчивость снижается более чем на 100 °С. При температурах до 200 °С композит работает устойчиво без потери массы образца.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Представлена феноменологическая модель, в которой выведены формулы по функциональной зависимости удельной электрической проводимости частиц графита, антрацита, в электролитах в зависимости от массовой доли дисперсной фазы. Полученные закономерности установлены для переменного и постоянного электрического поля. Выполнены расчеты ёмкостной, активной составляющих удельной электрической проводимости суспензий графита, антрацита в электролите KCL. Установлено снижение электропроводности суспензий для концентрированных электролитов (больше 0,1 М)

2. Концентрационный порог протекания электрического тока (порог электрической перколяции) в суспензиях графита в электролитах, композитах цементный камень - графит происходит при массовой доле графита, равной 0,15, что обуславливает увеличение удельной электрической проводимости вследствие агрегации частиц токопроводящей

фазы. Установлена зависимость концентрационного порога электрической перколяции от энергии взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой. При снижении энергии взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды происходит снижение концентрационного порога электрической перколяции.

3. Предложена модель смачивания, основанная на измерении параметров равных отношению площадей контактирующих фаз жидкости, твердого тела - жидкость к площади капли, наносимой на поверхность. Модель смачивания основана на законах термодинамики и позволяет оценить процесс качественно и количественно. Гистерезисные явления в меньшей степени влияют на точность измерений, так как измерения проводят не краевых углов, а площадей контактирующих фаз.

4. Проведены расчеты свободной энергии поверхности для антрацитов, графитов. Установлено, что наиболее выражено изменение полярной составляющей СЭП. Технические и спектральные графиты существенно не отличаются от антрацитов по величинам СЭП, но полярная компонента СЭП имеет более низкие значения, чем для антрацитов - 0,0054.0,0117 Дж/м2.

5. Выявлены закономерности адсорбционной способности полиметилсилоксана (ПМС-20) из неводного растворителя (гексан) на графите С-3, антрацитах, активированном угле «Б», заключающаяся в том, что на пористых углеродных адсорбентах (антрацит, активированный уголь) заполнение адсорбционного слоя более интенсивно, чем при адсорбции Ленгмюра. На графитах заполнение адсорбционного слоя происходит по двум видам адсорбционных центров и происходит медленнее, чем при адсорбции Ленгмюра.

6. Выявлены закономерности изменения электроповерхностных свойств дисперсий антрацита в водных растворах хлорида калия, заключающиеся в том, что величины электрокинетического потенциала закономерно снижаются при увеличении концентрации индифферентного электролита. Диффузная часть ДЭС заряжена положительно. Установлены

закономерности изменения потенциальных барьеров между частицами графита при различных значениях потенциала. Показано, что интерпретация полученных закономерностей объясняется в рамках расширенной теории ДЛФО при наличии структурных сил, характерных для гидрофильных золей.

7. Установлено, что удлиненная форма углеродных частиц способствует снижению концентрационного порога электрической перколяции. Частицы активированного угля имеют удлиненную форму, поэтому концентрационный порог электрической перколяции ниже, чем в композитах на основе графита.

8. Установлено, что применение гидрофобных частиц углеродной токопроводящей фазы в технологии формования композита с использованием цементного камня в качестве матрицы позволяет улучшить эксплуатационные свойства электропроводящих изделий и конструкций вследствие повышения их прочностных свойств. При концентрации дисперсий графита, соответствующих концентрационному порогу электрической перколяции, предел прочности на сжатие увеличивается до 30.35 МПа по сравнению с гидрофильными дисперсиями графита - 11...15 МПа. При концентрации дисперсий антрацита, соответствующих концентрационному порогу электрической перколяции, предел прочности на сжатие увеличивается до 18.22 МПа по сравнению с гидрофильными дисперсиями антрацита - 5... 6 МПа.

9. Установлены температурные пределы работы электропроводящих композитов цементный камень - гидрофобный графит при размерах частиц токопроводящей фазы 500-100 мкм, не превышающие 680 °С. Снижение дисперсности частиц графита менее 50 мкм приводит к снижению устойчивой работы композита, как нагревательного элемента. Температурная устойчивость снижается более чем на 100 °С. При температурах менее 200 °С композит работает устойчиво без потери массы образца.

Библиографический список литературы

1. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. - Л: Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

2. Возможности использования электропроводного бетона (бетэла) в гражданском строительстве: сб. науч. трудов / Под ред. Л. Е. Врублевского. -Новосибирск: СибЗНИИЭП, 1971. - 52 с.

3. Добжинский, М.С. Физико-химическая механика образования структуры и влияние ее на свойства бетэла / М.С. Добжинский // В кн. Физико-химические исследования новых электротехнических материалов. — Новосибирск: изд-во «Наука», 1978. - С. 3 - 14.

4. Пугачев, Г.А. Технология производства изделий из электропроводных бетонов / Г.А. Пугачев; отв. ред. В.Е. Накоряков. - Новосибирск: Институт теплофизики АН СССР, 1988. - 198 с.

5. Chung, D.D.L. Interface Engineering for Cement-Matrix Composites. Composite Interfaces, 2001, vol. 8, no. 1, pp. 67-82.

6. Sihai, W., Chung D.D.L. Cement-based controlled electrical resistivity material. J. Electron. Mater, 2001, vol. 30, no 11, pp. 1448-1451.

7. Jingyao C., Chung D.D.L. Coke Powder as an Admixture in Cement for Electromagnetic Interference Shielding. Carbon. 2003, vol. 41, pp. 2427-2451.

8. Jingyao C., Chung D.D.L. Colloidal graphite as an admixture in cement and as a coating on cement for electromagnetic interference shielding. Cem. Concr.Res, 2003, vol. 33, no. 11, pp. 1737-1740.

9. Chung, D.D.L. Electrical application of carbon materials. J. Mater. Sci, 2004, vol. 39, pp. 2645-2661.

10. Chung, D.D.L. Use of polymers for cement-based structural materials. J. Mater. Sci, 2004, vol. 39, pp. 2973-2978.

11. Chung, D.D.L. Functional properties of cement-matrix composites. J. Mater. Sci, 2000, vol. 36, pp. 1315-1324.

12. Виноградов, А.П. Электродинамика композитных материалов / А.П. Виноградов. - М.: Едиториал УРСС, 2001. - 208 с. - ISBN 5-83600283-5.

13. Емец, Ю.П. Электрические характеристики композиционных материалов с регулярной структурой / Ю.П. Емец. - Киев: Наукова Думка, 1986. — 192 с.

14. Дульнев, Г.Н. Теплопроводность смесей и композиционных материалов / Г.Н. Дульнев, Ю.П. Заричняк. — Л.: Энергия, 1974. — 264 с.

15. Shoukai, W. Chung D.D.L. Resistance heating using electrically conductive. Adv. Cem. Res, 2004, vol. 16, no. 4, pp. 161-166.

16. Chugh R., Chung D.D.L. Flexible graphite as a heating element. Carbon, 2002, vol. 40, no 14, pp. 2285-2289.

17. Chung, D.D.L. Electrically conductive cement-based materials. Adv. Cem. Res, 2004, vol. 16, no. 4, pp. 167-176.

18. Sihai, W. Cement as a thermoelectric material. J. Mater. Res, 2000, vol. 15, no. 12, pp. 2844-2848.

19. Манчук, P.B. Электропроводный бетон — материал для защиты электронного оборудования и обслуживающего персонала от электромагнитных воздействий / Р.В. Манчук // Изв. вузов. Строительство. — 2001. — №2 - 3. — С. 44 - 47.

20. Манчук, Р.В. Предотвращение обледенения ступеней открытых входов станций метрополитена / Р.В. Манчук // Изв. вузов. Строительство. — 2005. -№11-12. - С. 94-103.

21. Манчук, Р.В. Обогрев гребней каменно-земляных плотин в северной строительной зоне / Р.В. Манчук // Изв. вузов. Строительство. — 2009. — №1. — С. 58 - 62.

22. Манчук, Р.В. Обоснование технических параметров электротепловой защиты грунтового основания Вилюйской ГЭС-3 от промерзания / Р.В. Манчук // Изв. вузов. Строительство. — 2006. - №1. — С. 52-61.

23. Манчук, Р.В. Оценка надежности электротепловых систем гидротехнического назначения / Р.В. Манчук // Изв. вузов. Строительство. — 2008. - №2. — С. 49-57.

24. Расчет и проектирование низкотемпературных композиционных электрообогревателей / В.В. Евстигнеев, Г.А. Пугачев, Т.М. Халина, М.В. Халин. — Новосибирск: Наука, 2001. - 168 с. - ISBN 5-02-031723-3.

25. Фанина, Е.А. Электропроводящие конструкционные материалы строительного назначения / Е.А. Фанина, А.Н. Лопанов // Вестник МГСУ, № 4. - 2009. - С.258-261.

26. Пат. 2037895 Российская Федерация, МПК6 Н 01 С 7/00. Композиционный резистивный материал / Халин М.В., Госьков П.И., Тарабанов В.Л; патентообладатель Халин М.В. - № 93011354/10; заявл. 02.03.1993; опубл. 19.06.1995.

27. Пат. 2231845 Российская Федерация, МПК7 Н 01 С 7/00. Резистивный композиционный материал / Раевская Г.А., Репях JI.H., заявитель и патентообладатель ООО «НТЦ-Ползучесть». — № 2002109371/09; заявл. 04.04.2002; опубл. 27.06.2004.

28. Пат. 2055446 Российская Федерация, МПК6 Н 05 В 3/34. Гибкий композиционный электрообогреватель / Халин М.В., Халина Т.М, Автономов И.В.; патентообладатель Халин М.В. - № 93006711/07; заявл. 02.03.1993; опубл. 03.02.93.

29. Ping Xie, Ping Gu, Yan Fu, James J. Beaudoin, assignee National Research Council of Canada. Conductive cement-based composition. Patent US, no. 5447564. filing date 16.02.1994; publication date 05.09.1995.

30. Alan Freeman, William Hymers, assignee The Marcony Company Ltd. Electrically conducting concrete. Patent US, no. 3962142. filing date 07.02.1974; publication date 08.06.1976.

31. Ian Thorpe, Terence Edwards, assignee Doulton and Co. Ltd. Electrically conductive cement. Patent US, no. 3903349. filing date 09.05.1973; publication date 02.09.1975.

32. Peter R. Carney, Raymond F. Stevens, Stickney Township, assignee Superior Graphite Company. Thermally conductive concrete with heating. Patent US, no. 3626149. filing date 02.01.1970; publication date 07.12.1971.

33. Earl H. Barnard, Raymond F. Stevens, Stickney Township, assignee Schlumberger Well Surveying Corporation. Patent US, no. 3166518. filing date 29.12.1960; publication date 19.01.1965.

34. Бернацкий, А.Ф. Электрические свойства бетона / А.Ф. Бернацкий, Ю.В. Целебровский, В.А. Чунчин; под ред. Ю.Н. Вершинина. - М.: Энергия, 1980. -208 с.

35. Долгинов, Б.Н. Новый строительный материал - Бетэл / Б. Н. Долгинов, Е. Н. Маевский, Л. Е. Врублевский. - Новосибирск: Изд. НИИВТ, 1973. - 103 с.

36. Наполнители для полимерных композиционных материалов / Справочное пособие под ред. Г.С. Карца // Пер. с англ. Под ред. П.Г. Бабаевского. - М.: Химия, 1981. - 466 с.

37. Крикоров, В.С. Электропроводящие полимерные материалы / В.С. Крикоров, Л.А. Колмакова. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 168 с.

38. Lin S.C. Adv. Technol. Mater. And Processes. 30th nat. SAMPE Symp. And Exib. Govina, Calif, 1985. 42 p.

39. Зубов, П.И. Структура и свойства полимерных покрытий / П.И. Зубов, Л.А. Сухорева. - М.: Химия, 1982. - 256 с.

40. Баженов, Ю.М. Технология бетона: учебник / Ю.М. Баженов - М.: Изд. АСВ, 2003. - 500с.

41. Электротехнические бетоны // Труды СибНИИЭ. - Новосибирск: СОАН СССР, 1964. - вып. 2(21)

42. Щекотков А.М. Получение пластобетонов и области применения в строительстве / А.М. Щекотков, Г.А. Исаакович //Строительные материалы. -1960. - № 5. - С.15-18

43. Отопление и вентиляция. - М.: Стройиздат, 1965. - Изд. 2. - Ч. 1. - 379 с. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учебник / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьев. - 3-е изд., доп и перераб. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

44. Каверинский, В.С. Электрические свойства лакокрасочных материалов и покрытий / В.С Каверинский, Ф.М. Смехов. - М.: Химия, 1990. - 157 с.

45. Технология изготовления нагревательных элементов из бетона для отопления жилых и общественных зданий / Сборник научных трудов // Под ред. Терехина В.Г. - Новосибирск, 1997. - № 15. - 60 с.

46. Мачкаши, А. Лучистое отопление / А. Мачкаши. - М.: Наука, 1985. - 204 с.

47. Han B., Yu X., Ou J. Self-sensing concrete in smart structures. Elsevier, 2014. 385 p.

48. Tawie R., Lee H.K., Park S.H. Non-destructive evaluation of concrete quality using PZT transducers. Smart StructSyst, 2010, no. 6(7), pp. 851-66.

49. Tawie R., Lee H.K. Characterization of cement-based materials using a reusable piezoelectric impedance-based sensor. Smart Mater Struct, 2011, no. 20(8), pp. 85023-31.

50. Meyers F.N., Loh K.J., Dodds J.S., Arturo B. Active sensing and damage detection using piezoelectric zinc oxide-based nanocomposites. Nanotechnology, 2013, no 24(18), pp. 185501.

51. Zhao Y., Loyola B.R., Loh K.J. Characterizing the viscoelastic properties of layer-by-layer carbon nanotube-polyelectrolyte thin films. Smart Mater Struct, 2011, no. 20(7), pp. 75020-30.

52. Han B., Yu X., Ou J. Development of a wireless stress / strain measurement system integrated with pressure-sensitive nickel powder-filled cement-based sensors. Sensor Actuat A-Phys, 2008, no. 147(2), pp. 536-43.

53. Azhari F., Banthia N. Cement-based sensors with carbon fibers and carbon nanotubes for piezoresistive sensing. Cement Concrete Comp, 2012, no 34(7), pp. 866-73.

54. Alessandro A. D., Ubertini F., Materazzi A.L. Carbon nanotube cement-based transducers for dynamic sensing of strain. Cement Concrete Comp, 2013, no. 37, pp. 2-11.

55. Galao O., Baeza F., Zornoza E., Garces P. Strain and damage sensing properties on multifunctional cement composites with CNF admixture. Cement Concrete Comp, 2014, no. 46, pp. 90-8.

56. Alessandro A. D., Ubertini F., Materazzi A.L., Laflamme S., Porfiri M. Electromechanical modelling of a new class of nanocomposite cement-based sensors for structural health monitoring. StructHealthMonit, 2014, pp. 1-11.

57. Ubertini F., Laflamme S., Ceylan H., Materazzi A.L., Cerni G., Saleem H., et al. Novel nanocomposite technologies for dynamic monitoring of structures: A comparison between cement-based embeddable and soft elastomeric surface sensors. Smart Mater Struct, 2014, no. 23(4). 12p.

58. Cardoso S., Shukla A., Chalivendra V., Yang S. Damage detection of rubber toughened nanocomposites in the fracture process zone using carbon nanotubes. EngFractMech, 2012, no. 96, pp. 380-91.

59. Vadlamani V., Chalivendra V., Shukla A., Yang S. In situ sensing of non-linear deformation and damage in epoxy particulate composites. Smart Mater Struct, 2012, no. 21(7). 10 p.

60. Heeder N., Shukla A., Chalivendra V., Yang S., Park K. Electrical response of carbon nanotube reinforced nanocomposites under static and dynamic loading. ExpMech, 2012, no. 52(3), pp. 315-22.

61. Heeder N., Shukla A., Chalivendra V., Yang S. Sensitivity and dynamic electrical response of CNT-reinforced nanocomposites. J Mater Sci, 2012, no. 47(8), pp. 3808-16.

62. Cardoso S., O'Connell C., Pivonka R., Mooney C., Shukla A., Chalivendra V., et al. Effect of external loads on damage detection of rubber-toughened nanocomposites using carbon nanotubes sensory network. Polym Composite, 2014. 10 p.

63. Vadlamani V., Chalivendra V., Shukla A., Yang S. Yang. Sensing of damage in carbon nanotubes and carbon black-embedded epoxy under tensile loading. PolymComposite, 2012, no. 33(10), pp. 1809-15.

64. Fabrication of highly conducting

65. Zheng Q., Geng Y., Wang S., Li Z., Kim J.K. Effects of functional groups on the mechanical and wrinkling properties of graphene sheets. Carbon, 2010, no. 48(15), pp. 4315-22.

66. Le J., Du H., Dai Pang S. Using graphite nanoplatelet reinforced cementitious composites as a self-sensing material: Theory and experiments. EMI 2013 Conference, 2013, pp. 4-7.

67. Du H., Pang S., Quek S. Transport properties of cement mortar with graphite nanoplatelet. ICCE-20, 2012, pp. 22-8.

68. Le J., Du H., Dai Pang S. Use of 2D Graphene Nanoplatelets (GNP) in cement composites for structural health evaluation. Comos Part B-Eng, 2014, no. 67, pp. 555-63.

69. Huang S. Multifunctional graphite nanoplatelets (GNP) reinforced cementitious composites. Singapore, National University of Singapore, Master thesis, 2012.

70. Pan Z., Duan W., Collins D. Li, F. Graphene oxide reinforced cement and concrete. Patent AU, no. 096990. 2013.

71. Lv S., Ma Y., Qiu C., Sun T., Liu J., Zhou Q. Effect of graphene oxide nanosheets of microstructure and mechanical properties of cement composites. Constr Build Mater, 2013, no. 49, pp. 121-7. Singh A.P., Mishra M., Chandra A., Dhawan S.K. Graphene oxide /ferrofluid/ cement composites for electromagnetic interference shielding application. Nanotechnology, 2011, no. 22(46). 9 p.

72. Peyvandi A., Soroushian P., Balachandra A.M., Sobolev K. Enhancement of the durability characteristics of concrete nanocomposite pipes with modified graphite nanoplatelets. Constr Build Mater, 2013, no. 47, pp. 111-7.

73. Kim K. S., Park S. J. Synthesis of Microporous Carbon Nanotubes by Templating Method and their High Electrochemical Performance. ElectrochimicaActa, 2012, vol. 78, pp. 147 - 153.

74. Liu X. M., Huang Zh., Oh S., Zhang B., Ma P. Ch., Yuen M.M.F., Kim J. K. Carbon Nanotube (CNT)-based Composites as Electrode Material for Rechargeable Li-ion Batteries: A review. CompositesScienceandTechnology, 2012, vol. 72, pp. 121 - 144.

75. Лысенко, В.А. Пористые углерод-углеродные композиты для топливных элементов / А.А. Тарасенко, А.А. Лысенко, В.А. Лысенко // Химические волокна. - 2007. - №2. - С. 55 - 58.

76. Лысенко, В.А. Современные направления дизайна газодиффузионных подложек топливных элементов / В.А. Лысенко // Химические волокна. -2008. - №3. - С. 44 - 50.

77. Электропроводящие углеродные волокнистые сорбенты / А.А. Лысенко, О.В. Асташкина, В.А. Лысенко [и др.] // Химические волокна. - 2008. - №4. -С. 38 - 41.

78. Исследование зависимости электрического сопротивления волокон углеродных нанотрубок от температуры / А.О. Омарбекова, К.М. Исламкулов, Б.М. Верменчиев, Д.У. Смагулов// Вестник Казахской Национальной Академии Естественных наук (КНАЕН), Астана. - 2013. - № 1. - С. 76-80.

79. Елецкий, А.В. Транспортные свойства углеродныхнанотрубок / А.В. Елецкий // УФН. - 2009. - Т. 172, № 3. - С. 225-242.

80. Shaki^. I., Nadeem М.,Shahi S. A., and Mohamed N. М. Carbon nanotube electric field emitters and applications. Nanotechnology, 2006, vol. 17, pp. 41-56.

81. De Jonge A. N., Bonard J. N. Carbon nanotube electron sources and application. Proc. R. Soc. London A, 2004, vol. 362, pp. 2239 - 2266.

82. Cheng Y., Zhou O., Physique C. R. Electron field emission from carbon nanotubes, 2003, vol. 4, pp. 1021-1033.

83. Возможности использования электропроводного бетона (бетэла) в гражданском строительстве: сб. науч. трудов / Под ред. Л. Е. Врублевского. -Новосибирск: СибЗНИИЭП, 1971. - 52 с.

84. Новый строительный материал - бетэл / Б.Н. Долгинов, Е.К. Маевский, Л.Е. Врублевский, В.Н. Шмигальский. - Новосибирск: Новосибирский институт инженеров водного транспорта, 1973. - 108 с.

85. Пугачев, Г.А. Технология производства изделий из электропроводных бетонов / Г.А. Пугачев; отв. ред. В.Е. Накоряков. - Новосибирск: Институт теплофизики АН СССР, 1988. - 198 с.

86. Горелов, В.П. Низкотемпературные нагреватели из композиционных материалов в промышленности и быту / В.П. Горелов. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 208 с. - ISBN 5-283-00690-5.

87. Бернацкий, А.Ф. Фазовый состав и электрофизические свойства шлакопортландцемента / А.Ф. Бернацкий // В кн. Физико-химические исследования новых электротехнических материалов. - Новосибирск: изд-во «Наука», 1978. - С. 87 - 92.

88. Манчук, Р.В. Влияние минерального состава цемента на конечные продукты гидратации цементно-углеродистых композиций / Р.В. Манчук, Б.Н. Виноградов // В кн. Физико-химические исследования новых электротехнических материалов. - Новосибирск: Наука, 1978. - С. 107-116.

89. Манчук, Р.В. Фазовый состав композиций основных клинкерных минералов цемента с углеродом при различных условиях гидратации / Р.В. Манчук, Л.Е. Врублевский // В кн. Физико-химические исследования новых электротехнических материалов. - Новосибирск: Наука, 1978. - С. 117 - 126.

90. Манчук, Г.Р. Фазовый состав продуктов гидратации цементно-углеродистых композиций на различных цементах / Г.Р. Манчук, Р.В. Манчук // Изв. вузов. Строительство. - 2008. - №11-12. - С. 19-25.

91. Полак, А. Ф. Твердение минеральных вяжущих веществ / А. Ф. Полак, В. В. Бабков, Е. П. Андреева. - Уфа: Башкирское книжное издательство, 1990. -216 с.

92. Гидросиликаты кальция. Синтез монокристаллов и кристаллохимия / В.В. Илюхин, В.А. Кузнецов, А.Н. Лобачев, В.С. Бакшутов. - М.: Наука, 1979. -184 с.

93. Бирюков, А.И. Твердение силикатных минералов цемента / А.И. Бирюков. - Харьков: Харьковский филиал издательства «Транспорт Украины», 1999. - 288 с.

94. Курбатова, И. И. Химия гидратации портландцемента / И.И. Курбатова. -М.: Стройиздат, 1977. - 159 с.

95. Врублевский, Л.Е. Силовые резисторы / Л.Е. Врублевский, Ю.В. Зайцев,

A. И. Тихонов. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 256 с. - ISBN 5-283-00616-6.

96. Гидросиликаты кальция. Синтез монокристаллов и кристаллохимия / В.В. Илюхин, В.А. Кузнецов, А.Н. Лобачев, В.С. Бакшутов. - М.: Наука, 1979. -184 с.