Разработка нагревательных композиционных материалов на основе оксида магния тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Семенихин, Ярослав Вадимович

• Семенихин, Ярослав Вадимович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семенихин, Ярослав Вадимович

Введение.

Глава I. Литературный обзор.

1.1. Строение и свойства композиционных материалов.

1.2. Технология получения изделий из ПКМ.

1.3. Виды и применение ПКМ.

1.4. Получение и применение оксида магния.

1.5. Получение и свойства армирующих волокон.

1.6. Электрические свойства нагревательных композитов. 31 Методическая часть.

1.7. Исследования полученных композитов с использованием физико-химических методов анализа.

1.8. Характеристика исходного сырья и реагентов. ^

Экспериментальная часть

Глава II. Разработка состава модифицированного магнезиального связующего.

Глава III. Разработка методики упрочнения полученного материала на изгиб.

Глава IV. Исследования влияния армирующей добавки на механические свойства полученного материала.

Глава V. Определение электропроводящих свойств и термостойкости полученного композиционного материала

Глава VI. Разработка способа приготовления нагревательного композиционного материала

У1.1. Сравнительный экономический анализ стоимости полученного материала на основе оксида магния

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка нагревательных композиционных материалов на основе оксида магния»

В настоящее время изделия из полимерных композиционных материалов (ПКМ) находят все большее применение в промышленности, особенно в авиационной техники, благодаря уникальному сочетанию прочностных характеристик и малому удельному весу.

В производстве изделий из ПКМ, как правило, используется металлическая оснастка (пресс-форма), получение которой требует сложного, дорогостоящего аппаратурного оформления и числового программного управления.

При формовании изделий из полимерных композиционных материалов необходимо поддерживать температуру и давление в твердеющей системе. В получении композитов, с использованием металлической оснастки, данные условия достигаются при помощи метода автоклавного формования, что приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам.

Представляет интерес разработка пластичного и электропроводящего материала, который может быть использован в качестве основы для нагревательной оснастки. Такая оснастка не только позволит формовать под давлением изделия любой формы, но и обеспечит необходимый температурный режим формования без внешних источников тепла. Такой режим будет поддерживаться непосредственно электропроводящим материалом при подводе к нему электроэнергии. Применение такого материала обеспечит безавтоклавный нагрев оснастки, при формовании изделий из ПКМ, что может привести к снижению материальных и энергетических затрат.

Данная работа направлена на разработку пластичного и электропроводящего материала и, как следствие, на удешевление и упрощения получения оснастки, предназначенной для формования изделий из ПКМ.

Цель работы. Разработать состав и метод приготовления композиционного материала с широким диапазоном величин по механическим и электропроводящим свойствам.

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Семенихин, Ярослав Вадимович

Выводы

1. В результате проведенных исследований определены условия получения модифицированного магнезиального цемента: температура термообработки оксида магния - 1020 К и концентрация оксида кремния-30 масс. %. Прочность на сжатие исходного магнезиального цемента при этом увеличилась в 1,4 раза.

2. Экспериментально установлено, что введение в качестве армирующей добавки углеродного волокна марки ВМН-4 приводит к увеличению механических характеристик полученного материала на сжатие дополнительно в 1,3 раза, а на изгиб более чем в 2 раза. Введение в состав связующего графита марки ГСМ уменьшает механические характеристики полученного материала.

3. Определен кислотно-основной характер адгезионного взаимодействия между наполнителем (углеродное волокно) и связующим (магнезиальный цемент), на основе которого установлены условия поверхностного модифицирования углеродного наполнителя, приводящие к резкому увеличению механических характеристик полученного материала на сжатие дополнительно в 1,2 раза, а на изгиб дополнительно в 1,4 раза.

4. Было показано, что в результате введения армирующих компонентов (графита марки ГСМ, и углеродного волокна марки ВМН-4) можно регулировать удельное электросопротивление полученного материала в широком диапазоне величин от 1200 ом*см до 30 ом*см.

5. По данным метода термогравиметрического анализа определена термостойкость полученного материала (максимальная температура эксплуатации данного материала) при температуре до 770 К.

6. Разработана новая рецептура и функциональная схема получения неорганического нагревательного композиционного материала на основе оксида магния.

7. По данным сравнительного анализа показано, что материал на основе оксида магния дешевле и легче материалов, которые используются для получения металлической оснастки (сталь марки 30 ХГСА и сплав алюминия марки АК-4). Стоимость нового полученного композиционного материала дешевле: в 2,5 раза стали ЗОХГСА, в 8 раз сплава алюминия марки АК-4; удельный вес нового полученного композиционного материала меньше: в 6 раз стали ЗОХГСА, в 2 раза сплава алюминия марки АК-4.

8. В результате проведенных испытаний в ОКБ «Сухого» установлено, что полученный композиционный материал на основе оксида магния по механическим и электропроводящим свойствам, а также по термостойкости соответствует материалу, который может быть для получения нагревательной оснастки в производстве полимерных композиционных материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семенихин, Ярослав Вадимович, 2006 год

1. Федосеев A.C. Композиционные материалы на основе модифицированных углеродных наполнителей. Дисс. Д.т.н. 05.17.07 / РХТУ.-М., 1997.-252 с.

2. Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Сапожникова А.Б, и др. Композиционные материалы в технике. Киев: Техника, 1965. -365с.

3. Симамура С., Синдо А, Ито Е, Абэ Я. Углеродные волокна: пер с япон./ Под ред. С. Симамуры. М.: Мир. 1987 - 304 с.

4. Колбасов В.М. Технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа 1975г

5. Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих. М.: Энергия, 1975 г. 320 с.

6. Комарова Т.В. Углеродосодержащие композиционные материалы. Текст лекций. / Под ред С.Д. Федосеева. — М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1988. 44 с.

7. Комарова Т.В. Углеродные волокна: Текст лекций. / Под ред С.Д. Федосеева. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1994. - 52 с.

8. Композиционные материалы: Справочник./ Под ред В.В. Васильев . -М.: Машиностроение, 1990.- 510 с.

9. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов. Пер с английского Г.А. Молодцова ./ Под ред. A.A. Абибова .М., «Машиностроение», 1975. 272с.

10. Ю.Бутт Ю.М. Технология вяжущих веществ./ Под ред. В.Н. Юнга. М., 1952.

11. Карпинос Д.М., Тучинская Л.И., Вишняков Л.Р. Новые композиционные материалы.- Киев: Высшая школа, 1977. -314 с.

12. Ермоленко И.Н., Люблинер Н.П., Гулько Н.В. Элементосодержащие угольные волокнистые материалы. Минск: Наука и техника, 1982. -272с.

13. З.Конкин A.A. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы -М.: Химия, 1974.

14. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, полученные методом пропитки. М.: Металлургия, 1986.- 208с.

15. Шелягин В.В. Магнезиальный цемент. М.: Госстрой издат, 1933.

16. Кабардин О.Ф, Физика: Справ. Материалы: Учебное пособие. -3-е изд. -М.: Просвещение, 1991. 367 с.

17. Перышкин A.B., Родина H.A. Физика: Учеб. Пособие. 10-е изд., - М.: Просвещение, 1989. -191 с.

18. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов. 2-е изд.-М.: Химия, 1988.464 с.

19. Костиков В. И. Углерод -углеродные композиционные материалы. // Журнал ВХО, 1989, т. 36, N 5

20. Федосеев A.C., Кафтанов C.B. Исследование кинетики процесса взаимодействия углерода с водяным с учетом его адсорбции Химия тв. топлива, 1976, №4

21. Федосеев A.C. Модификация активного угля марок БАУ и СКТ-6А с целью получения сорбента для гемосорбции Химия тв. топлива, 1982

22. Федосеев A.C. Теоретические основы активации древесного угля водяным паром. Химия тв. топлива, 1982, № 5

23. Федосеев A.C. Математическое моделирование реакции углерода с диоксидом углерода с учетом его хемосорбции ЖПХ, 1985, № 5

24. Федосеев A.C. Кинетические параметры реакции углерода с водяным паром Изв. Вузов, Сер. Химия и хим. техн. 1988, т. 31, вып. 6

25. Федосеев A.C. Определение кинетических параметров реакции углерода и диоксидом углерода. ЖПХ, 1989, т., N11

26. Федосеев A.C. Обобщенная математическая модель газофазной модификации поверхности углеродных материалов. -Тез. докладов 1-й

27. Московской международной конференции по композитам. -М.Д990. с.209 (часть). 1

28. Федосеев A.C. Кинетическая модель реакции углерода с кислородом. -ХТТ, 1990, N2 с. 114-119.

29. Федосеев A.C. Математическое моделирование реакции углерода с водяным паром с учетом его хемосорбции. -ХТТ, 1990, N2 с. 120-124.

30. Федосеев A.C., Авруцкая С.Г., Фролов Ю.Г. Влияние температуры газофазного окисления на электро-поверхностные свойства углеродных материалов // Колл. журн.-1990.-Ы 11.

31. Федосеев A.C., Фролов Ю.Г., Авруцкая С.Г. Влияние газофазного окисления на кислотно-основные и комплексообразующие свойства углеродной поверхности //Колл. журн.-1991.-т.53.-Ы5.

32. Федосеев A.C., Авруцкая С.Г., Фролов Ю.Г. Исследование процесса комплексообразования на окисленной поверхности углеродных материалов Тезисы докл. Респ. научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Ташкент, 1988.

33. Федосеев A.C., Фролов Ю.Г., Гаврилкин М.А. Компьютерный анализ спектров термодесорбции функциональных групп с углеродной поверхности. -Тез. докладов 1-й Московской международной конференции по композитам.-М.,1990, с.208 (часть 1).

34. Разработка метода нанесения фенолформальдегидных смол на поверхность углеродных материалов из водных сред: Отчет о НИР (закл.)/МХТИ им. Д.И. Менделеева; Руководитель Федосеев А.С.-№ 8.14-1-90.- Москва, 1990.- 30 с.

35. Федосеев A.C., Авруцкая С.Г., Фролов Ю.Г. Использование индикаторного метода для исследования кислотных свойствповерхности углеродных материалов Тезисы докл. Респ. научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Ташкент, 1988.

36. Фролов Ю.Г., Федосеев A.C., Гродский A.C. и др. Исследование влияния окисления на смачивание поверхности графитовых наполнителей. Деп. в ВИНИТИ, №1596-82,06.04.82

37. Федосеев A.C., Комягин Е.А. Способ получения углеграфитового материала. Авт. заявка N 4382942/31-26.

38. Федосеев A.C. Способ получения изделий, Патент РФ, № 2058965, приоритет изобретения от 27.02.92.

39. Федосеев A.C., Егорова O.JI. Композиты на основе углеродного волокна и цементной матрицы. Ргос. of National Symposium on Polymer Composites, Politechnika Szczecinska, Institute Polimerow, Poland, 1994.

40. Федосеев A.C., Авруцкая С.Г. Химическое меднение углеродных волокон используемых в качестве наполнителя в углепластиках. Ргос. of National Symposium on Polymer Composites, Politechnika Szczecinska, Institute Polimerow, Poland, 1994.

41. Липатов Ю.С. Некоторые физико-химические аспекты механизма усиления пластических масс наполнителями. В сб. Модификация свойств полимеров и полимерных материалов. Киев, Наукова думка, 1965, с. 56.

42. Липатов Ю.С. Физико-химия наполненных полимеров. Киев, Наукова думка, 1967,233 с.

43. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М., Химия, 231 с.

44. Берлин A.A., Басин В.Е., Основы адгезии полимеров. М., Химия, 1974, 391с.

45. Конбановская A.C., Ребиндер П.А., Лукьянова О.И. Коллоид, журн. 1950, т.12, №3, с. 208-217.

46. Лежнев Н.П., Япольский Б.Я., Лялина Н.И., Дренич В.П. ДАН СССР, 1965, т. 160, №4, с. 861-863.

47. Конбановская A.C., Ребиндер П.А., Лукьянова О.И. Влияние добавок наполнителей и поверхностно-активных веществ на деформационные свойства растворов каучуков. Колл. ж. 1950,12, № 3, стр. 208-217.

48. Левит Р. М., Райкин В.Г., Ивин В. Д., Рощина Подвальная Л. А., Малков A.A., Утевский Л.Е. Исследование свойств углеродных волокнистых материалов, обработанных в низкотемпературной плазме. ЖПХ, 1979, 52,5, с. П48-П53.

49. Ермоленко И.Н., Морозов A.A., Люблинер И.П.//В сб. "Сорбционноактивные волокнистые угольные материалы", Мн.-1976.-42 с.

50. Ермоленко И.Н., Морозов A.A., Люблинер И.П.//Коллоидный журн,-1980.-т.42.-№4.-с.770-773.

51. Химические и физические свойства углерода./Под ред. Ф. Уолкера.-М.: Мир, 1969.-360 с.

52. Фудзии Рокуро, Мацуо Кандзи Анодное окисление графита. I. реакция окисления поверхности графита в серной кислоте // Тансо.- 1968.-№ 53.-С.57-60.

53. Родькин С.П., Белихмер Я.А. Дериватографическое исследование углеродистых восстановителей. "Химия тверд, топлива", 1978,2, 82-85.

54. Волошин А.И., Семисалов Л.П., Баскина Е.Б., Нестеренко O.A. Влияние технологических факторов на реакционные и адсорбционные свойства кокса.- Кокс и химия, 1976, N 10, с.21 -23.

55. Литвинова В.А., Касаточкин В.И. Изменение атомной и пористой структуры углерода при взаимодействии с газообразными окислителями. В сб. "Структурная химия углерода и углей", М., "Наука". 1969, с. 45-56.

56. Семенихин Я.В., Федосеев A.C. Разработка композитов на основе керамической матрицы и углеродного наполнителя // «Процессы и методы химической технологии неорганических веществ»: Сб. науч. тр, Вып. 180, М.; РХТУ им. Д.И. Менделеева 2005. С. 85-90.

57. Волькенштейн Ф.Ф. Химическая адсорбция на ионных кристаллах. -ЖФХ, 1954, т.28, вып.З, с.422-432.

58. Волькенштейн Ф.Ф., Рогинский С.З. О ионной связи при химической адсорбции на полупроводниках ЖФХ, 1955, т.29, вып.З.с.485-495.

59. Киселев В.Ф. и др. Исследование поверхности свежего раскола графита /Журн. физ. химии.-1963.-т.З7.-№ 10.-C.2344-2346.

60. Ван дер Плас. Текстура и свойства поверхности углеродных тел В кн. Строение и свойства сорбентов и катализаторов. М.:Мир, 1973.-653 р.

61. Масютин H.H. Окислительно-восстановительные свойства активных углей. Автореф.дис.,.канд.хим.наук.-1970.-19 с.

62. Тарковская И. А. Окислительный уголь. Киев, I98I.-196 с.

63. Брой-Каррэ М.В., Вольф Л.А., Фридман Л.И. и др. Получение углеволокнистых ионитов на основе химических волокон // Хим. волокна.-1980.-N 5.-С. 23-24.

64. Лыгин В.И., Ковалева Н.В., Кавтарадзе H.H., Киселев A.B. Адсорбционные свойства и инфракрасные спектры саж // Коллоид, журн.

65. Мацкевич E.G., Горошко Л.В. Влияние метилирования на свойства окисленных углей, Адсорбция и адсорбенты, 1974, №2, С.14-16.

66. Миронов А.Н., Таушканов В.П. Определение кажущихся констант ионного обмена на окисленном угле БАУ.- Ад сорбция и адсорбенты, 1974, №2,0.32-34.

67. Киселев С.С., Абрамов A.C. Термоокислительная дезактиваация углеродных материалов // Журн. прикл. химии. -1977.-Т. 50, N10. С.2243-2247.

68. Кучинский Е.М., Бурштейн Р.Х., Фрумкин А.Н. Адсорбция электролитов на угле.- Журн. физ. химии, 1940, т.4, №4. С.441-460.

69. Пономаренко Е.А., Фрумкин А.Н., Бурштейн Р.Х. Хемосорбция кислорода и адсорбция электролитов на активированном угле, -Докл. АН СССР, 1963,т.149, №5. С. 1123-1126.

70. Бурштейн Р.Х., Вилинская B.C., Загудаева Н.М., Коробанов А.А Тарасович М.Р. Адсорбция электролитов на активированном угле саже и графите.- Электрохимия, 1975, Т.11, №12, С.1882-1885.

71. Войт A.B., Авраменко В.А., Хабалов В.В. и др. Исследование механизма адсорбции слабых электролитов углеграфитовыми материалами -Изв. АН СССР, сер. хим.,1986,№4,С.756-759.

72. Тарасович М.Р. Электрохимия углеродных материалов. М.: Наука, 1984.-253 с.

73. Фрумкин А.Н. О значении электрохимических методов для исследования поверхностных соединений. -В кн.: Поверхностные химические соединения и их роль в явлениях адсорбции. М.: Изд во МГУ, 1957,С.53-58.

74. Миронов А.Н. Таушканов В.П. Определение кажущихся констант ионного обмена на окисленном угле БАУ// Адсорбция и адсорбенты.-1974.-вып.2.-с32-33.

75. Алесковский В.Б. Химия твердых веществ. М.,1978.-256с.

76. Тарасович М.Р., Руппа В.А., Поляков В.Е., Прищеп Н.И. Ионообменные свойства угольно-минерального сорбента на основе аттапульгита. -Химия и технол. воды, 1989, т.11, №5,С.393-397.

77. Томашевская А.Н., Тарковская И.А., Стражеско Д.Н. О термодинамике ионного обмена на окисленном угле. Укр. хим. журн., 1979, т.45, №5, С.434-437.

78. Тарковская И.А., Томашевская А.Н., Гоба В.Е., Николаева В.А. Ионообменные и электрообменные свойства полукоксов из углей Канск-Ачинского бассейна//Химия тверд, топлива.-1984.-№4,-с99-102.

79. Кузин И.А. Получение исследование и применение окисленных углей //Адсорбция и адсорбенты.-1984.-вып. 2.-е 10-14.

80. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания М., Химия, 1975, с. 115.

81. Радюшкина К.А., Бурштейн Р.Х., Березин Б.Д. // Электрохимия. -1973.-т.9.-№3.-с. 410-412.

82. Макаренко Б.К., Шаврин Н.В., Середа П.А.//В кн. VI Всесоюзн. конф. по электрохимии. М., Наука, 1982.-Т.1.-С.109.

83. Химические и физические свойства углерода./Под ред. Ф. Уолкера.-М., Мир, 1969.-c.27.

84. Берлин A.A., Басин В.Е., Основы адгезии полимеров. М., Химия 1974, с 268.

85. Флоринская H.H. "Химия тверд, топлива", 1988,3, 60-64.

86. Трепнел Хемосорбция, М., ИЛ, 1958

87. Эрлих Г., Катализ. Физико-химия гетерогенного катализа, М., Мир, 1967. С. 103.

88. Попова Н.М., Бабенкова Л.В., Савельева Г.А. Адсорбция и взаимодействие простейших газов с металлами VIII группы. Алма-Ата, Наука КазССР, 1979,279 с.

89. Саттерфилд И.Н. Массопередача в гетерогенном катализе, М., Химия, 1976,240 с.

90. Кучеренко В.А., Сапунов В.А. Восстановительные методы анализа кислородсодержащих функциональных групп углей и углеродистых материалов. В кн.: Строение и св ва угля. Сб. науч. тр. Киев: Наук, думка, 1981,17-36.

91. К.И.Сысков, Т.А. Кухаренко. Заводская лаборатория т.13,1947 с. 25-28.

92. Т. А.Кухаренко. ЖАХ, т. 33 (1948) с. 181-185.

93. В.А. Компанец, Т.Г. Шенлрик и др. Химия твердого топлива, N1 1977 с.31-37.

94. Ю2.0.В. Нечаева, В.И. Лихтенштейн, В.К. Попов. Кокс и химия, N9 1980, 31-37.

95. ЮЗ.М.С.Горпиенко, И.Ф. Сухоруков. В сб. трудов ГНИИЭП "Экономика и производство углеграфитовых изделий", вып. 1, Челябинск 1969, с. 118130.

96. Х.П.Боэм. В сб.: Катализ. Стереохимия и механизмы органических реакций. М,. "Мир", 1969.292с.

97. Е.Ф.Дюккиев, А.Г. Туполев и др. Химия твердого топлива, 1983 N1 с. 3-8.

98. Юб.Егорова И.В., Смирнов Е.П. Исследование кислотных функциональных групп углеродных материалов методом нейтрализации щелочными реагентами // Коллоидный журн.-1988.- Т. 50, N2.-C.359-363.

99. Ю7.Сапунов В.А., Кучеренко В.А., Старостюк Г.Е. Химия твердоготоплива, 1983, N3, с.54-56. Ю8.Писаренко В.В., Захаров JI.C. Основы технического анализа.