Разработка составов полимерных композитных материалов специального назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Шафигуллин, Ленар Нургалеевич
- Специальность ВАК РФ05.23.05
- Количество страниц 196
Оглавление диссертации кандидат технических наук Шафигуллин, Ленар Нургалеевич
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
1.1 Эпоксидные, полиэфирные и эпоксиполиуретановые строительные композиционные материалы.
1.2 Методы оптимизации составов композиционных материалов.
1.3 Специальные полимерные композиционные материалы для получения облицовочных, потолочные плиток и элементов фитинговых систем.
Выводы по главе 1.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Исследуемые материалы.
2.2 Приборы и установки, методы исследований.
2.3 Статистическая обработка экспериментальных данных.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ МАТРИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Влияние матричных компонентов на физико-механические и технологические свойства полимерных композитов.
3.2 Влияние объемного содержания наполнителей на физико-механические и технологические свойства полимерных композитов.
3.3 Влияние агрессивных сред на физико-механические, технологические свойства и качество полимерных композиционных материалов.
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
4.1 Топологическая модель дисперсно-наполненных композиционных материалов.
4.2 Прогнозирование физико-механических свойств КМ.
4.3 Кинетические модели коррозионной стойкости полимерных композиционных материалов.
4.4 Оптимизационная модель расчета технологических параметров механической обработки полимерных композиционных материалов специального назначения.
Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
5.1 Система автоматизированного проектирования составов полимерных композиционных материалов специального назначения, используемых в строительстве.
5.2 Практическое применение строительных материалов и изделий специального назначения.
5.2.1 Облицовочные и потолочные плитки из полимерных КМ.
5.2.2 Фитинговые системы из полимерных КМ.
Выводы по главе 5.
ОБЩИЕ ВЫВ ОДЫ.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Строительные материалы и изделия», 05.23.05 шифр ВАК
Исследование высокотехнологичных композиционных материалов с заданными физико-механическими свойствами для изделий машиностроения2009 год, кандидат технических наук Шафигуллин, Ленар Нургалеевич
Разработка композиционных материалов с повышенными вибро-звукопоглощающими свойствами для установочных пластин токарных станков2010 год, кандидат технических наук Гумеров, Марат Ирекович
Повышение эффективности строительных полимерных композитов, эксплуатируемых в агрессивных средах2006 год, доктор технических наук Огрель, Лариса Юрьевна
Научные основы получения вибропоглощающих строительных полимерных композитов2006 год, доктор технических наук Жарин, Денис Евгеньевич
Прогнозирование модуля упругости полимерных композиционных материалов для изделий машиностроения2011 год, кандидат технических наук Курин, Сергей Владимирович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка составов полимерных композитных материалов специального назначения»
Технический прогресс вызывает необходимость создания высокоэффективных полимерных материалов специального назначения, используемых в строительной индустрии.
Новые материалы, появляющиеся вследствие стремления к совершенствованию существующих строительных конструкций "и изделий,' открывают возможности для реализации перспективных конструктивных решений и технологических процессов. В настоящее время перспективы прогресса в строительстве неразрывно связаны с разработкой и широким внедрением полимерных композиционных материалов (ПКМ) в производство.
Разработки и исследования отечественных и зарубежных ученых-показали большие перспективы получения композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных и полиэфирных смол. Благодаря уникальному комплексу эксплуатационных свойств эпоксидные, полиэфирные и эпоксиполиуретановые композиционные материалы (КМ) нашли широкое применение при производстве защитных покрытий,' плиточных материалов, фундаментных плит, наливных полов, фитинговых систем, а также в качестве эффективных материалов при реконструкции и ремонте зданий, восстановлении и защите строительных конструкций, устройстве стыков сборных элементов и т.д.
В процессе производства изделий из строительных полимерных КМ повышенной точности, сложной конфигурации, а также при малых объёмах производства, когда использование трудоёмкой и дорогостоящей технологической оснастки (пресс-форм) экономически нецелесообразно, применяют механическую обработку резанием. Во многих случаях детали повышенной точности и высокого качества могут быть получены только механической обработкой — точением, сверлением и фрезерованием.
Современной тенденцией развития производства строительных облицовочных материалов и элементов фитинговых систем является повышение их технологичности за счёт увеличения габаритных размеров и использования механической обработки для получения готового изделия.
С целью повышения эффективности производства и достижения высокого качества строительных изделий специального назначения из полимерных КМ, необходима разработка моделей, позволяющих прогнозировать их физико-механические свойства и производить расчёты технологических параметров механической обработки заготовок.
Решение данной задачи связано с расчётом параметров физико-механических свойств и нахождением оптимальных технологических показателей (S - подача, V - скорость, t - глубина резания) механической обработки КМ.
Отправными положениями для теоретических и экспериментальных исследований послужили работы Н.К. Барамбойма, Ю.В.Барановского, А.Н. Бобрышева, Г.И. Грановского, В.Т. Ерофеева, Д.Е. Жарина, А.Кабаяши, А.П. Прошина, Р.З. Рахимова, В.П. Селяева, Ю.А. Соколовой, В.И. Соломатова, В.Г. Хозина, В.Д. Черкасова, Б.П. Штучного и других ученых.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в разработке системы автоматизированного проектирования составов полимерных композиционных материалов специального назначения.
Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи исследований:
- исследовать основные физико-механические свойства эпоксидных, полиэфирных, эпоксиполиуретановых композиционных материалов и выявить закономерности изменения деформационно-прочностных показателей композитов на различных смолах в зависимости от вида и концентрации комплексных модифицирующих и пластифицирующих добавок, объёмного содержания наполнителя и его дисперсности;
- разработать достоверные прогнозные модели влияния рецептурно-технологических фактор на физико-механические свойства полимерных строительных композитов специального назначения с последующей разработкой системы автоматизированного проектирования составов полимерных композиционных материалов специального назначения (САПС ПКМ); исследовать влияние режимов механической обработки и агрессивных сред на физико-механические свойства, массопоглощение и коррозионную стойкость эпоксидных, полиэфирных, эпоксиполиуретановых композитов;
- определить алгоритмы оптимизации составов с заданными физико-механическими свойствами и технологических параметров механической обработки полимерных строительных композитов, с последующей разработкой экспертных подсистем «Расчёт режимов механической обработки строительных полимерных композиционных материалов» и «Прогнозирование физико-механических свойств строительных полимерных композиционных материалов»;
- разработать оптимальные составы для производства облицовочных и потолочных плиток и элементов фитинговых систем, в том числе специальных материалов, полученных механической обработкой; реализовать промышленное использование разработанных материалов в строительстве.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- уточнены закономерности влияния рецептурно-технологических факторов на физико-механические свойства полимерных композиционных материалов;
- разработаны основные принципы создания автоматизированной системы оптимизации составов и прогнозирования физико-механических свойств композиционных материалов;
- создана уточнённая методика проектирования составов полимерных
КМ специального назначения, полученных методом механической обработки, учитывающая закономерности изменения физико-механических и технологических свойств композиционных материалов и их стойкости к агрессивным средам.
Практическое значение. Разработана система автоматизированного проектирования и создания полимерных КМ специального назначения. Разработана эффективная двухкомпонентная модифицирующая добавка для эпоксидных КМ, позволяющая существенно повысить физико-механические и технологические свойства получаемого КМ. Найдены оптимальные составы для производства облицовочных и потолочных плиток и элементов фитинговых систем, полученных механической обработкой. Разработаны прогнозные модели физико-механических свойств КМ с учётом топологических особенностей формирования структуры материала. Установлено влияние технологических параметров механической обработки на физико-механические свойства и качество обработанных поверхностей строительных КМ.
Реализация работы. Полученные композиты и разработанная автоматизированная система проектирования и создания полимерных КМ специального назначения прошли опытно-промышленную проверку на предприятиях г. Набережные Челны (ОАО «КАМАЗ» и ООО «Фарнас -сервис»), что подтверждается соответствующими актами использования и внедрения, представленными в приложении к диссертации.
Апробация работы. Результаты выполненной работы обсуждались на таких научно-технических конференциях: II Всероссийская конференция «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза, 2007 г.); Международная научно-техническая • конференция «Современные строительные материалы, конструкции и технологии. Система менеджмента качества (CMC) серии ISO 9000 на предприятиях» (Новосибирск, 2008 г.); Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных, исследований
2008», (Одесса, 2008 г.); VII Конгресс технологов автомобилестроения (Москва, 2008 г.).
Автор выражает глубокую признательность академику РААСН, д.т.н., профессору Ю.А. Соколовой за ценные консультации при выполнении работы, чл.- кор. РААСН, д.т.н., профессору А.Н. Бобрышеву за оказанную помощь при подготовке диссертационной работы, заведующему кафедры ТБК и В (Технологии бетонов, керамики и вяжущих) ПТУ АС д.т.н., профессору В.И. Калашникову за предоставленные условия для проведения испытаний.
Похожие диссертационные работы по специальности «Строительные материалы и изделия», 05.23.05 шифр ВАК
Структурообразование, разработка составов и технологии нанесения защитных эпоксидных композиционных покрытий2011 год, кандидат технических наук Клышников, Андрей Андреевич
Экспериментально-теоретические основы прогнозирования и повышения долговечности защитно-декоративных покрытий2007 год, доктор технических наук Низина, Татьяна Анатольевна
Серные композиционные материалы специального назначения2005 год, доктор технических наук Королев, Евгений Валерьевич
Эпоксидные композиты с улучшенными декоративными свойствами для антикоррозионной защиты строительных конструкций2003 год, кандидат технических наук Черушова, Наталья Владимировна
Разработка составов строительных композитов различного функционального назначения с использованием абразивных и полемерных отходов2007 год, кандидат технических наук Кулявцев, Иван Юрьевич
Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Шафигуллин, Ленар Нургалеевич
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Разработана система автоматизированного проектирования составов полимерных наполненных композиционных материалов специального назначения, обеспечивающая получение изделий повышенной геометрической точности.
2. Получены экспериментально-статистические модели, описывающие влияние рецептурно-технологических факторов на физико-механические свойства композиционных материалов (динамический модуль упругости, предел прочности при одноосном сжатии, твердость и чистота поверхности). Показано, что эти модели соответствуют классическим представлениям разрушения и деформирования композиционных материалов.
3. Разработан состав двухкомпонентной модифицирующей добавки для эпоксидных композиционных материалов, состоящей из простого полиэфира и полиизоцианата в соотношениях 1:1. Оптимальное содержание модифицирующей добавки в композите составляет 10 мас.ч., что позволяет существенно повысить физико-механические (.Ед на 44%, НВКр на 33%), технологические свойства (п на 50%, S на 40%) композиционных материалов и качество обработанных изделий из эпоксидного композита (Ra снизилась на 18,7%) по сравнению с матричным композиционным материалом.
4. Установлены закономерности влияния вида, количества и дисперсности наполнителя на физико-механические и технологические свойства полимерных наполненных композиционных материалов. Определено, что механическая обработка дисперсно-наполненных композиционных материалов наиболее оптимальна в интервале наполнения 3 =0,2 ч-0,4. Установлено, что эпоксидные композиты, наполненные гранитным порошком, обладают высокими физико-механическими (Ед = 5,3 ГПа, Ясж = 160 МПа, НВ5р = 40 МПа), технологическими свойствами и качеством обработанных изделий (Ra = 7-8 мкм). Введение в композиционные материалы полиамидного волокна повышает их упругие (Ел на 19%), прочностные (Ясж на 8%, НВбр на 7%), технологические (п на 42%) свойства и качество обработанных изделий (снижение Ra на 9%).
5. Изучено влияние рецептурно-технологических факторов на технологические параметры механической обработки. Установлено, что полиэфирные наполненные композиционные материалы следует обрабатывать при более низких подачах (5=0,1.0,2 мм/об) и более высоких скоростях резания («=500. 1000 об/мин), чем эпоксидные и эпоксиполиуретановые композиционные материалы.
6. Установлено влияние жидких агрессивных сред (вода, смазочно-охлаждающая жидкость) на физико-механические свойства композиционных материалов. Образцы, экспонированные в смазочно-охлаждающей жидкости, через 28 суток имеют массопоглощение на 15.30% больше по сравнению с композиционными материалами, помещёнными в воду. Предложено кинетическое уравнение массопоглощения и рассчитаны эмпирические коэффициенты процесса поглощения для предлагаемых материалов (Ашт,Г,т).
7. Разработан алгоритм расчёта технологических параметров механической обработки композиционных материалов с учётом необходимых физико-механических свойств и повышенной коррозионной стойкости композиционных материалов.
8. На основании исследований разработаны рекомендации, направленные на повышение эффективности производства полимерных композиционных материалов. Внедрение предложенных рекомендаций позволило существенно снизить временные (20%) и стоимостные (15%) затраты на проектирование и производство изделий из строительных полимерных композиционных материалов. Результаты работы используются в ОАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны), ООО «Фарнас - сервис» (г. Набережные. Челны) и в учебном процессе ГОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия».
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шафигуллин, Ленар Нургалеевич, 2008 год
1. Бобрышев, А.Н. Прочность эпоксидных композитов с дисперсными наполнителями: Автореф. . канд. техн. наук.- М.: 1982. 18 с.
2. Козомазов, В.Н. Структура и свойства высоконаполненных строительных полимерных композитов: Автореф. . доктор, техн. наук. -М: 1996.-42 с.
3. Бобрышев, А.Н. Прочность эпоксидных композитов с дисперсными наполнителями: Автореф. . доктор, техн. наук. М.: 1996. - 42 с.
4. Синергетика композитных материалов / В.И. Соломатова и др.. -Липецк: НПО "ОРИУС", 1994. 153 с.
5. Mandelbrot В.В. The fractal geometry of nature. N.Y.: Freemen, 1983. -480 p.
6. Смирнов, Б.М. Фрактальные кластеры // Успехи физических наук. -1986. Т. 149, № 2. - С.177 - 219.
7. Хакен, Г. Синергетика / Хакен. Г. М.: Мир, 1980. - 404 с.
8. Хакен, Г. Синергетика. Иерархии неустойчивости в самоорганизующихся системах и устройствах / Хакен Г. М.: Мир, 1985.-419 с.
9. Кардашов, Д.А. ^Полимерные клеи. Создание и применение / Д.А. Кардашов, А.П. Петрова. М.: Химия,1983. - 256 с.
10. Пакен, A.M. Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы / A.M. Пакен. Пер. с англ. Л.: Госхимиздат,1962. - 964 с.
11. Благонравова, А.А. Лаковые эпоксидные смолы / А.А. Благонравова, А.И. Непомнящий. М.: Химия, 1970. - С. 110-155
12. Воробьев, В. А. Технология полимеров: учебное пособие/ В. А. Воробьев. 1-е. изд. - М.: Высшая школа, 1971. - С.284-288
13. Лапицкий, В.А. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков / В.А. Лапицкий, А.А. Крицук. Киев: Наук. Думка,1986. 96 с.
14. Ли, X. Справочное руководство по эпоксидным смолам / X. Ли., К. Невилл; Пер. с англ. под ред. Н.В. Александрова. М., Энергия, 1973. -415 с.
15. Соколова, Ю.А. Модифицированные эпоксидные клеи и покрытия в строительстве / Ю.А. Соколова, Е.М. Готлиб. М.: Стройиздат, 1990. -176 с.
16. Справочник по композитным материалам / Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта; под ред. Б.Э. Геллера. Кн.1. М.: Машиностроение, 1988. - 448 с.
17. Справочник по пластическим массам / Под ред. В.М. Катаева. 2-е изд. - М.: Химия, 1978.Т.2. - 568 с.
18. Технология пластических масс / Под ред. В.В. Коршака. 3-е изд. пераб. и доп. - М.: Химия, 1985. - 560 с.
19. Гаврилина, С.А. Лакокрасочные материалы на основе эпоксидных смол / Гаврилина С.А. Черкассы.: НИИ техн.- эконом, информации в хим. Промышленности, 1977. - 32 с.
20. Камон, Т. Отвердители эпоксидных смол / Т. Камон // ВЦП №А 79800. Кобунси како. 1977. - №26. - С. 120-133.
21. Орлова, О.В. Технология лаков и красок: учебник для техникумов / О.В. Орлова, Т.Н. Фомичева. М., Химия, 1990. - С. 101-126.
22. Хувинк, Р. Химия и технология полимеров / Р. Хувинк, А. Ставерман. -М.; Л.: Химия, 1966. 891 с.
23. Чернин, И.З. Эпоксидные полимеры и композиции / И.З. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. М.: Химия, 1982. - 230 с.
24. Эпоксидные олигомеры и клеевые композиции / Ю.С. Зайцев и др.. -Киев: Наукова думка, 1990. 220 с.
25. Кардашов, Д.А. Эпоксидные клеи / Кардашов Д.А. М.: Химия, 1973. -192 с.
26. Иржак, В.И. Сетчатые полимеры/ В.И. Иржак, Б.А. Розенберг, Н.С. Ениклопов. М.: Наука, 179. - 248 с.
27. Иржак, В.И., Розенберг Б.А. Особенности кинетики формирования сетчатых полимеров // Высокомолекулярные соединения: тр. XXVII. -1985.-№9-С. 1979-1809.
28. Розенберг, Б.А. Образование, структура и свойства эпоксидных матриц для высокопрочных композитов / Б.А.Розенберг, Э.Ф. Олейник. // Успехи химии. 1984. - Т. LIII, № 8. - С. 273-289.
29. Николаев, А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе / Николаев А.Ф. М.: Химия, 1966. - С. 638-678.
30. Щелочестойкие эпоксидные композиты строительного назначения / А.Н. Бобрышев и др. Пенза: ПГУАС, 2004. - 164 с.
31. Начакура М. Блокированные изоцианаты // Химия. 1992. - № 6. - С. 257.
32. Хозин, В.Г. Усиление эпоксидных полимеров / Хозин В.Г. Казань: Изд-во ПИК «Дом печати», 2004. - 446 с.
33. Саундерс, Дж. Химия полиуретанов / Дж. Саундерс, К. Фриш; пер. с англ. под ред. С.Г. Энтелиса. М.: Химия, 1968. - 472 с.
34. Справочник по пластическим массам / Под ред. М. И. Гарбара М., 1969.-Т. 2.-С. 7.
35. Соломатов, В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве / В.И. Соломатов, А.Н. Бобрышев, К .Г. Химмлер; под ред. В.И. Соломатова. М.: Стройиздат, 1988. - 312 с.
36. Влияние различных компонентов на вибропоглощающие свойстваполимерных материалов / Л.И. Трепелкова и др. // Пласт. Массы. -1964. -№ 10.-С. 36-40.
37. Физико-химия многокомпонентных полимерных систем / под ред. Ю.С. Липатова. Киев: Наукова думка, 1986. - Т.2. - 384 с.
38. Николаев, А.Ф. Технология пластических масс // Химия Л., 1977. - С. 261-266.
39. Эпоксидные и полиуретановые строительные композиты / А.Н. Бобрышев и др.. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. - 159с.
40. Технология пластических масс / Под ред. В.В. Коршака. // Химия М., 1972. - С.33-48.
41. Сагалаев, Г.В. Общие технические требования к наполнителям // Наполнители полимерных материалов. / МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского М., 1983. - С.57-64.
42. Петров, В.П. Структура минеральных веществ и их использование в качестве наполнителя // Наполнители полимерных материалов. / МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского М., 1983. - С. 139-144.
43. Промышленные композиционные материалы / Под ред. М. Ричардсона. -М.: Химия, 1980.-472 с.
44. Черкасов, В.Д. Строительные композиты с повышенными вибро-поглощающими свойствами: Автореф. дис. . докт. техн. наук. М.: 1995.-40 с.
45. Жарин, Д.Е. Упругие свойства металлополимерных эпоксидных композитов / Д.Е. Жарин, О.Ю. Селиванов, Н.Н. Туманова // Актуальные проблемы современного строительства: материалы XXX
46. Всероссийской иауч.-техи. Конференции / ПГАСА. Пенза, 1999. - С. 35-36
47. Соломатов, В.И. Полимерцементные бетоны и пластбетоны / Соломатов В.И. М.: Изд-во литературы по строительству, 1976.
48. Патуроев, В.В. Демпфирующие свойства полимербетонов / В.В. Патуроев, А.Н. Волгушев, В.А. Елфимов // Бетон и железобетон. -1988. №2. -С. 12-13.
49. Новиков, В.У. Полимерные материалы для строительства: справочник / Новиков В.У. М.: Высш.шк., 1995. - 448 с.
50. Бакушинский, А.Б Регуляризующие алгоритмы в банаховом пространстве, основанные на обобщенном принципе невязки // Некорректные задачи математической физики и анализа / Наука.- Новосибирск, 1984. С. 18-21.
51. Вайникко, Г.М. Методы решения линейных некорректно поставленных задач в гильбертовых пространствах / Вайникко Г.М. -Тарту: Изд-во ТГУ, 1982.
52. Гончарский, А.В., Степанов В.В., Численные методы решения некорректных задач на компактных множествах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 15. Вычислительная математика и кибернетика. 1980.- № 3. С. 12-18.
53. Тихонов, А.Н. Об устойчивости задач оптимизации функционалов // ЖВМ и МФ. 1966. - Т.6, № 4. - С. 631-634.
54. ЭВМ и оптимизация композиционных материалов / В.А. Вознесенский и др. К.: Будивэльнык, 1989. - 240 е.: ил.
55. Строительные материалы: учебник / Под общей ред. В.Г. Микульского- М.: Изд во АСВ, 2000. - 536 е.: ил.
56. Комар, А.Г. Строительные материалы и изделия: учебник для инженерно-экономических специальностей строительных вузов / Комар А.Г. М.: Высш. шк., 1983. - 487 е.: ил.58.61.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.