Разработка технологии получения термообработанного наполнителя для создания строительных, электротехнических и электронных материалов

1,0

0,5

2

68,0

46,0

31,4

21,4

14,5

10

6,8

0,380

0,380

0,62

100

1

38,0

14,4

5,5

2,1

0,8

0,3

-

2

62,0

38,4

23,8

14,8

9,16

5,7

-

0,324

0,324

0,57

100

1

32,4

10,5

3,4

1,1

0,4

-

-

2

57,0

32,5

18,5

10,6

6,0

-

-

0,285

0,285

0.53

100

1

28,5

8,1

2,3

0,7

-

-

-

2

53,0

28,1

14,9

3,9

-

-

-

0,255

0,255

0.48

100

1

25,5

6,5

1,65

-

-

-

-

2

48,0

25,0

13,5

-

-

-

-

Значении меры адаптивности структур в зависимостьи от меры устойчивости приведены в таблице 2.

Таблица 2.

		M
		2	4	8	16	32	64	128
2	0,465	0,68	-	-	-	-	-	-
3	0,380	0,62	0,79	-	-	-	-	-
4	0,324	0,57	0,75	0,87	-	-	-	-
5	0,285	0,53	0,73	0,85	0,92	-	-	-
6	0,255	0,50	0,71	0,84	0,92	0,96	-	-
7	0,232	0,48	0,68	0,83	0,92	0,95	0,98	-
8	0,213	0,46	0,69	0,82	0,92	0,95	0,98	0,99

На рис 1. приведен зависимость N =f(ri), соответствующее уровнено (1) в двойных логарифмических координатах для композитов с угольным наполнителем.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Зависимость число Nот размер г композита с угольными наполнителями.

Как известно, для определения фрактальной размерности любого материала требуется выполненные двух условий - доказательства самоподобия материала и определения интервала масштабов этого самоподобия.

Для самоподобных фрактальных объектов должно выполнятся условие (при ri/ri+1 =соnst):

Ni- Ni+1? (3)

На рис.2. приведен зависимость в координатах, определяемых уравнением (3) для частиц угольного наполнителя композитов с учетом, данных, приведенных на рис.1.

Из рис.2. видно, что указанные зависимости линейны, проходет через начало координат и, следовательно, описываются соотношением (3).

Таким образом, границы угольного наполнителя обладают статистическом самоподобием.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Зависимость от величины , соответствующие уравнению (3).

2.4 Фрактальный анализ структуры в дисперсно-наполненных полимерных(резиновых) композитах

Присутствие дисперсного наполнителя в резиновой матрице существенно изменяет ее свойства. Этот факт известно, но возникает трудности при количественной оценке этого явления. В настоящее время частично решить эту проблему может позволить фрактальный анализ структуры.

Известно, что любой композиционный или дисперсный материал может быть представлен совокупностью фрактальной структуры и возникает необходимость в определении размерностей фракталов и их взаимодействии в общей структуре композита.

Общее положение фрактального анализа указывают на необходимость учета роли поверхности раздела фаз композита при оценке термодинамического состояния адсорбционного слоя, в качестве которого в композитах может рассматриваться межфазный слой. Именно с этих позиций в описание межфазных слоев композитов вводится нами параметр - фрактальная размерность поверхности частиц наполнителя - dН2 (Н2 означает размерность в двухмерном измерении). Измерение dН2 по контурам проекции частиц угля на поверхности разрушения, полученным из микроскопических снимков. Увеличенная микрофотография границы частицы наполнителя покрывалась сеткой квадратов с размером ячейки n, и затем подсчитывалось число квадратов Ni через которые проходит или которых касается контур границы частицы наполнителя. Если граница наполнителя является фрактальной кривой, то должно выполняется соотношение:

(1)

Для получения фрактальной размерности поверхности частиц наполнителя dН3, т.е. размерности в трехмерном евклидовом пространстве, производился пересчет полученных значений dН2 по формуле [2]:

(2)

где d - размерность евклидова пространства, для которого ведется расчет (в нашем случае d=3).

3. Технология получения электроизоляционных резинотехнических материалов

Развитие науки и техники требует создание материалов с новым комплексом свойств. Таким материалам можно отнести электропроводящие резины, сочетающие в себе специфические свойства эластомеров и способность проводить электрический ток, присущую металлическим проводникам. Электрические характеристики эластомерных материалов удельное объемное электрическое сопротивление или обратная ему величина т.е. электропроводность для многих резиновых изделий играют важную роль.

Поскольку, электропроводные резины обладают рядом преимуществ перед металлами: гибкостью, коррозионностойкостью, способностью перерабатываться в изделия сложной формы, меньшим весом и широко используется космической технике. Самолето- и машиностроении, в медицине, электротехнической и электронной промышленности, в качестве датчиков, резисторов, нагревателей, слаботочных коммутационных системах, для экранирование электрогерметизации электронных приборов и систем, для производства антистатических и многих других изделий.

Для придании эластомерным с материалам необходимых электрических характеристик в состав композиции вводят наполнители с высокой электрической проводимостью. Это показано многочисленными работами отечественных и зарубежных исследователей [3]. В качестве электропроводящих наполнителей часто используют мелкодисперсные металлические порошки и специальные марки технического углерода.

Применение металлов ухудшают физико-механические свойства композиций м связано с расходом больших количеств редких и цветных металлов. А технический углерод придает резинам высокие физико-механические показатели, однако, электрические свойства композиции в ряде случаев не удовлетворяют предъявляемые к ним требования, а также в Кыргызстане не имеются предприятие по выпуску технических углеродов и отсюда возникают определенные сложности и актуальности проблем. Поэтому является целесообразным изыскание новых электропроводящих наполнителей, имеющих высокую собственную проводимость или лишенных недостатков металлов, а также разработка и исследования эластомерных композиций с различными наполнителями из местных сырьевых ресурсов в качестве электропроводных наполнителей является актуальной задачей . Решение этой проблемы позволяет расширить области применения резиновых электротехнических изделий и заменить ею дефицитные импортные материалы.

В течение многих лет со стороны научных исследователей получен большой объем информации, относящиеся способом получение электропроводящих эластичных материалов, измерению их электрических характеристик, фактором, которые оказывает влияние на уровень их электрических свойств [3]. К основным факторам, влияющим на электрические свойства эластомерных материалов относится: тип и содержание наполнителей, эластомерных связующих, пластификаторов и поверхностно-активных веществ, режимы смешения композиции и их последующая технологическая обработка, условия вулканизации, а также условия эксплуатации электропроводящего эластомерного изделия.

Все эти факторы на прямую, или непосредственно связано с параметрами образующейся в материале в результате смещения резиновой смесью. Следовательно, изучение резиновой смеси эластомерного материала-ключ к созданию эластичных электропроводящих композиций не только необходимым уровнем электропроводности, но и сохраняющих высокую стабильность электрических характеристик при эксплуатации.

Как показано многочисленными работами Американских и Японских химиков (Алан Хигер, Алан Мак-Диамид, Хидеки Шикава), лауреаты Нобелевской премии, что, пластики представляют собой полимеры, молекулы которых вытянуты в цепочки. В полимере, способном проводить электрический ток, имеются атомы углерода, соединенные попеременно двойными и одинарными связями. В каждой из этих связей имеется либо лишний электрон, либо вакансия-отсутствующий электрон. Когда к молекуле подсоединяются дополнительные изотопы, вакансии и электроны получают возможность двигаться в противоположных направлениях вдоль молекулы полимера-возникает электрический ток [4].

В статье [5] показаны пути направленного формирование углеродно-эластомерной структуры в электропроводящих резинах с помощью рецептурных и технологических факторов, котрые позволяют получать материалы с широким спектром технологических, электрических и физико-механичексих характеристик, повысит стабильность их применение.

Основной целью работы [6] было исследование влияния состава тиурамной вулканизующей системы, а также некоторых других рецептурных факторов на контактное Rк и удельное объемное (v) `электрическое сопротивление электропроводящих резин на основекаучука СКИ-3 для выбора оптимального состава тиурамной вулканизующей системы. И установлено, что при оптимальном составе тиурамной вулканизующей системы для электропроводящих резин на основе каучука СКИ-3 при комнатной температуре обеспечивается высокая стабильность контактного сопротивление на границе контакта резины и стального электрода по сравнению с резинами серной вулканизации, наилучший эффект достигается для тиурамных вулканизатов без стеориновой кислоты. Использование комбинации техуглерод + графит, техуглерод +графит + нефтяное масло, а также эффективное вулканизующей системы в рецептурах тиурамных вулканизатов без стеориновой кислоты при наполнении 60 масс.ч.техуглерода, обеспечивающим формирование развитой токопроводящей структурой, позволяет обеспечить уровень v, неуступающий v серных вулканизатов при высокой стабильности Rк во времени.

Как показано Японским исследователем, что резиновая смесь содержит силиконовый каучук с электроизоляционными свойствами, электропроводные гранулы сплава AlхSiу, обработанного связующим агентом на основе винилсилоксана и вулканизуются перекисью или при реакции при соединения. Резины с высокими физико-механическими и электрическими свойствами применяют для изготовленгия электрических переключателей, соединительных зажимов электронной промышленности [7] . Эффект усиления каучуков минеральными, физической структуры, дисперсности, формы частиц, которые обусловливают характер взаимодействия каучука с усилителем [8].

Для этой цели нами изучены некоторые физико-химические свойство минеральных наполнителей, в частности тонкоизмельченного базальтового порошока, графита, кокса и алюминиевого пруда. Ранее существовало мнение, что только по результатом непосредственных испытаний резиновых семей, наполнительных различным наполнителями и по механическим свойствам вулканизатов можно оценивать пригодность наполнителей для использования в резиновой промышленностью. Одной из важнейших задач, решенных за последние годы, является установлением таких физико-химических свойств наполнителей, по которым можно судить о проведении их в резиновых смесях и о свойствах получаемых вулканизатов.

В заводской практики проводят физико-химические испытании, которое наиболее показательны для оценки при годностью активных наполнители в качестве усилителей. Относящие к таким испытанием показатели представлены в табл. 1, который определялись экспериментальным путем. В месте с этим, как нам известно, характеристикой, позволяющей определить поведение активных наполнителей в процессе вулканизации, является величина рН водной суспензии активных наполнителей.

В зависимости от типа наполнителей и способа их получение величина рН колеблется значительных переделах, что и оказывает существенное влияния на скорости вулканизации. Наполнителей, рН которых менее 4, не рекомендуется применять в смесях с ускорителям основного характера [9]

Таблица 1.

Наименование показателей.	Наполнители
	Базальтовый порошок	Графит	Цемент	Алюми Ниевая пудра	Пятисе рнистая сурьма
Объемный вес г/см3	1,27	1,62	1,38	0,58	1,25
Влажность %	2,0	1,0	3,0	1,5	2,0
рН водной суспензии	9,5	6	8	Не нормир уется	7,0
Содержание серы %	-	-	1,5	-	40
Содержание; SiO2, %	30	-	10	-	-

При изготовлении резиновых смесей, вулканизатов и образцов для физико-механических и электрических испытании учитывалась приемуществанная ориентации токопроводящих структур наполнителей, образующая под действием сил развивающийся процессе смещения на червячном смесительном оборудовании, физико-механические показатели резин определялись по стандартным методикам, а пробивное напряжение вулканизаторов определялись подачей электрического тока двумя электродами. Методика измерения исключала влияние переходного сопротивления на границе электрод-резина.

Оценка эффективности минеральных наполнителей как электропроводных наполнителей проводилось в сравнение с ненаполненными и наполненными техническими углеродов. Полученные экспериментальные данные сведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

РТМ с различными минеральными наполнителями	Прочность на Разрыв кг/см2 При 200С,fр	Относительное удлинение при разрыве в %, Ер	Модуль эластичности, Е
Алюминиевая пудра 20 мсч.ч. Графит 30 мсч.ч.	220	475	0,48
Алюминиевая пудра 10 мсч. ч. Графит 20 мсч. ч. Базальт 20 мсч. ч.	245	580	0,42
Алюминиевая	240	520	0,46
пудра 30 мсч.ч. Графит 40 мсч.ч. Базальт 30 мсч. ч.
Алюминиевая пудра 20 мсч.ч. Графит 30 мсч.ч. Базальт 30 мсч. ч.	235	530	0,44

Таблица 3.

РТМ с различными минеральными наполнителями	Максимальное пробивное напряжение Uma пр, кВ на см	Максимальный допустимый ток, I max, A	Удельное объемное сопротивление Р,1012 Омм
Алюминиевая пудра 20 мсч.ч. Графит 30 мсч.ч.	55	0,0006	7,3
Алюминиевая пудра 10 мсч.ч. Графит 20 мсч.ч. Базальт 20 мсч. ч.	50	0,0006	6,8
Алюминиевая пудра 30 мсч.ч. Графит 40 мсч.ч. Базальт 10 мсч. ч.	70	0,0006	9,2
Алюминиевая пудра 40 мсч.ч. Графит 10 мсч.ч. Базальт 30 мсч. ч.	60	0,0006	8,6

Выводы

1. Выявлена взаимосвязь между фрактальной размерностью агрегатов термообработанного угля и физико-механическими свойствами наполненных вулканизатов. Показано влияние фрактальной размерности наполнителя на прочностные свойства резины.

2. Показано, что процесс измельчения углеродного наполнителя сопровождается изменением энергетических и адсорбционных свойств его поверхности, изменением его адгезионной способности.

3. Введение дисперсного наполнителя в полимерную (резина) матрицу дает большее число возможных перестроек, чем изменение температуры.

4. Показано, что процесс измельчения угдеродного наполнителя сопровождается изменением энергетических и адсорбционных свойств его поверхности, изменением его адгезионной способности.

5. Выявлена взаимосвязь между фрактальной размерностью агрегатов термообработанного угля и физико-механическими свойствами наполненных вулканизатов. Показано влияние фрактальной размерности наполнителя на прочностные свойства резины.

Список использованной литературы

1. Авгушевич И.В., Броновей Т.М., Еремин И.В. и др. Аналитическая химия и технический анализ угля. М.: Недра, 1987, -336с.

2. Встовский Г.И., Колмаков Л.Г., Терентьев В.Ф. Мультифрактальный анализ особенностей разрушения приповерхностных слоев молибидена //Изв.РАН, Металлы, 1993, №4, с.164-178.

3. М.А. Буланова. Разработка и исследование электропроводящих резин, наполненных углеродными волокнами. // автореф. дис. к. т. н. 05. 17. 12. Л.: 1982, 23с.

4. Наука и жизнь №1 2001.

5. А.Е. Корнев, Н.Я. Овсянников, В.М. Оськин. Электропроводящие резины со стабильными электрическим характеристиками. //Каучук и резина. 2000, №6 с. 28-32.

6. Д.В. Шкапов, А.Е. Корнев, В.М. Оськин. Исследования контрактного и удельного объемного электрического сопротивления электропроводящих резин тиурамной вулканизации в паре резина-металл.// там же с. 32-34

7. Реферативные журнал 1992 №12 с. 8 Электропроводные резины на основе силиконового каучука. (Япония)

8. Б.И. Андрашников Интенсификации процессов приготовления и переработки резиновых семей. М.: Химия, 1986,-220с.

9. А.И. Лукомская, П.Ф. Баденков, Л.М. Кеперша. Расчеты и прогнозирования режима вулканизации резиновых изделий. М.: Химия, 1976, - 280с.

Размещено на Allbest.ru