Композиционные триботехнические материалы на основе олигомеров сшивающихся смол

наполнители и модификаторы: графит, дисульфид молибдена, фторопласт-4,

порошки металлов и их оксидов. Однако традиционные наполнители снижают

коэффициент трения и повышают износостойкость материала только при больших

степенях наполнения (20-40 масс%), что существенно снижает их

технологические и прочностные характеристики. Более эффективным приемом

оказывается введение в состав композиций легкоплавкого полимера в сочетании

с сухой смазкой и смазочным маслом.

Хороший эффект достигается при введении в сшивающее на основе

полиэфирных смол марки ПН-1 стеклоткани и железного порошка. Для повышения

износостойкости в сшивающее рекомендовано вводить полипропиленовые и

полиамидные волокна. Материал с хорошей износостойкостью получают при

модифицировании смолы карбонатом кальция, стекловолокном и

политетрафторэтиленом. Износостойкость связующих повышает волокно из

поливинилового спирта.

Абразивостойкие материалы получают при наполнении связующего на основе

полиэфирных смол порошкообразным полиэтиленом и стекловолокнистым

наполнителем [1,21,22].

Выводы:

1. Наиболее эффективным связующим для разработки абразивосодержащего

материала являются ненасыщенные полиэфирные смолы.

2. Технологические преимущества ненасыщенных полиэфирных смол по сравнению

с другими видами сшивающихся связующих заключаются в следующем:

5. возможность регулирования технологической живучести:

6. возможность формования изделий методом свободной заливки;

7. возможность создания композиций с малой регулируемой усадкой.

3. Эксплуатационные преимущества ненасыщенных полиэфирных смол

заключается в следующем:

8. возможность управления прочностными и триботехническими свойствами в

широких пределах;

9. возможность изготовления изделий сложной геометрической формы и

больших размеров.

4. При создании композиционного материала для обработки металлических

поверхностей необходимо:

10. подобрать отверждающую систему для регулирования времени

гелеобразования и резиноподобного состояния;

11. подобрать абразивный наполнитель с максимальной способностью

абразивного действия по отношению к металлам;

12. разработать состав со стабильным и низким значением усадки.

1.4. Уникальность кремня

1.4.1. Непознанный кремень

Много лет и немало совместных усилий понадобится ученым разных

направлений науки для познания кремня – камня, который своими уникальными

свойствами положил начало человеческой цивилизации. Не одно тысячелетие

длился каменный век, на всем протяжении его кремень оставался

непревзойденным материалом для изготовления орудий труда, наконечников для

копий и стрел и т.п. Более поздние цивилизации продолжали использовать

кремень для производства глазурей, силикатных эмалей, шлифовальных порошков

и др. Более четырех столетий кремень исправно служил для поджига пороховых

зарядов в пушках и ружьях. Кремневые жернова для помола зерна позволяли

получать муку с отменными выпечными и вкусовыми свойствами[16].

В конце 70-х годов XX столетия А.Д.Малярчиков обнаружил, что при

естественном воздухообмене, температуре окружающей среды выше +40С, вода

при контакте с кремнем приобретает неожиданные свойства и может сохранять

их неопределенно долгое время (с кремнем или без него) в закрытом сосуде.

Кроме того, при тех же условиях в течение нескольких суток биологически

заселенная вода восстанавливает свои питьевые свойства.

1.4.2. Взаимодействие кремня с водой и обнаруженные при этом эффекты

11 Июня 1984 года в сосуд со свежей водопроводной водой был помещен

кусочек кремня. Одновременно другой сосуд наполнялся такой же водопроводной

водой (контрольной). Сосуды хранились в одной и той же комнате, но были

оптически изолированы друг от друга.

Спустя 9 лет после начала эксперимента проведено сравнение качества

активированной кремнем воды (АКВ) и контрольной. АКВ продолжает оставаться

исключительно прозрачной, не цветет, не имеет запаха, сосуд чистый.

Контрольная вода зацвела, протухла, а стенки сосуда покрылись большим

количеством водорослей. С помощью универсальной индикаторной бумаги

определена кислотность АКВ и контрольной воды. Разницы обнаружено не было,

в обоих случаях рН=7.

Научный и практический интерес представляет исследование поведения АКВ

в капиллярных системах, в качестве которых выбирались образцы в форме

цилиндра высотой 20 мм, изготовленные из одного и того же корня дерева и

высушенные в комнатных условиях в течениие8 лет. Пропитывающими жидкостями

служили дистиллированная вода, активированная кремнем вода в течение 5

месяцев, и контрольная вода (дистиллированная неактивированная).

Установлено значительное (в 1,5 – 2,5 раза) увеличение скорости

подъема АКВ по сравнению с неактивированной водой. Первый стример на

поверхности образца появился через 4 мин после начала пропитки кремневой

водой и только через 10 мин после начала пропитки контрольной водой.

Массовое появление стримеров наблюдалось через 7 мин после начала пропитки

АКВ и только через 17 мин после начала пропитки контрольной водой, при этом

величина электрического сигнала АКВ после его стабилизации в 1,2 раза

превышала аналогичный сигнал контрольной воды.

Проведено сравнение величин коэффициента поверхностного натяжения и

косинуса угла смачивания АКВ и контрольной воды.

Найдено, что произведение величины коэффициента поверхностного

натяжения на косинус угла смачивания для АКВ и контрольной воды

соответственно составляет 0,11 и 0,05 Н/м, т.е. измеренные величины

отличаются тоже примерно в два раза. Следовательно, эффект подъема

активированной кремнем воды можно объяснить влиянием кремня на капиллярно-

поверхностные свойства воды.

1.4.3. Физико-химические и иные свойства кремня

В составе кремней обнаружено содержание около 20 химических элементов

(магния, кальция, фосфора, стронция, железа, марганца, меди, цинка,

кобальта, никеля, хрома, свинца, алюминия, бора, кадмия, молибдена, титана,

кремния, олова, бария) в концентратах экстрактов кремней черного серого и

красного, в их настоях на дистиллированной и водопроводной воде.

Кремень красный отличается от других исследованных минеральных

образований тем, что в его составе в заметном количестве присутствуют

органические ненасыщенные соединения, имеющие характерное флюорисцентное

свечение.

Концентрации практически всех основных примесей в кремнях различного

возраста и окраски весьма близки, вместе с тем, в зависимости от возраста

различаются по содержанию кальция, калия, алюминия и железа. Примесей

тяжелых элементов в кремниях различного возраста, цвета, из различных

месторождений обнаружено не было.

Зарегистрирован эффект уменьшения исходного количества бария и кальция

в водопроводной воде при ее активировании кремнями отмеченных

разновидностей в ряде случаев более чем на 200%.

Исследованы возможности стабилизации (продления сроков годности)

широко применяемых в медицинской практике препаратов группы биогенных

стимуляторов путем их приготовления на активированной кремнями воде.

Обнаружено заметное стабилизирующее действие активированной кремнями воды

на состав препарата “Экстракт алоэ”.

1.4.4. Исследование термической стабильности кремня методами

термогравиметрии и ДТА-анализа

Метод термического анализа основан на регистрации изменения массы

образца в зависимости от температуры. Экспериментально полученная кривая

зависимости изменения массы от температуры характеризует термостабильность

и состав исследуемого образца[23,27].

Для определения температурной стабильности кремня были приготовлены

три пробы образцов с размерами частиц 3,0-3,5 мм; 1,0-2,0 мм и (1,0 мм

соответственно. Нагрев образцов производился по программе со скоростью

50С/мин в интервале температур 20 – 800 0С. В процессе эксперимента

регистрировались три кривые: изменения температуры (Т), массы (ТG) и

теплового потока. По экспериментальным данным рассчитывались скорость

изменения массы и изменения энтальпии.

ДТА-исследования кремня показали, что физических превращений или

химических реакций, связанных с изменением энтальпии, которые

сопровождаются заметным поглощением или выделением тепла, в исследуемом

интервале температур не наблюдается. Впрочем, это можно объяснить и сильным

размытием процесса разложения фракций в кремне.

Результаты термического анализа приведены в таблице №1.

Таблица №1

|Температура, 0С |Потери массы (TG), % |

| |3,0 – 3,5 мм |1,2 – 2,0 мм |(1,0 мм |

|140 |0,000 |-0,174 |-0,050 |

|190 |0,000 |-0,141 |-0,012 |

|234 |0,000 |-0,113 |0,000 |

|280 |0,000 |-0,113 |0,000 |

|322 |-0,019 |-0,084 |0,000 |

|365 |-0,060 |-0,100 |0,034 |

|407 |-0,171 |-0,194 |0,166 |

|450 |-0,284 |-0,340 |0,316 |

|490 |-0,382 |-0,460 |0,446 |

|534 |-0,483 |-0,562 |0,562 |

|574 |-0,502 |-0,645 |0,624 |

|616 |-0,537 |-0,641 |0,647 |

|660 |-0,521 |-0,694 |0,660 |

|700 |-0,531 |-0,709 |0,744 |

|741 |-0,548 |0,710 |0,745 |

|800 |-0,607 |-0,720 |0,746 |

Анализ данных потерь массы исследуемых проб показывает, что потери

массы лежат в пределах 0,6 – 0,8 %, при этом, чем меньше размеры частиц,

тем больше для заданной температуры потеря массы, что связано с большей

поверхностью частиц.

Заметная потеря массы в образце наблюдается, начиная от 3000С.

Интервал разложения составляет около 300 0С. Это связано не с широким

диапазоном разложения каких-то фракций, находящихся в кремне, а, скорее

всего с медленными диффузионными процессами, которые определяют выход

летучих фракций из глубины частичек кремня.

1.4.5. Применение активированной кремнем воды в медицинской практике

О неожиданных свойствах кремня, судя по всему, в Беларуси знали с

древнейших времен. Быть может, стихийно пользовались люди и водой,

соприкасавшейся с кремнем. М.М.Синявский после применения АКВ в качестве

мочегонного средства, стал применять ее для лечения гипертонической

болезни. Использовал новогрудский кремень черного цвета: настаивал при

нормальных условиях в течение трех суток в стеклянной банке, прикрытой

марлей. Для каждого конкретного человека прием АКВ зависит от потребности в

питье. В среднем Синявский рекомендует четверть стакана после еды.

Применение АКВ позволило ему излечить сотни больных, страдавших

гипертонической болезнью. В последние годы АКВ применялась М.М.Синявским

для лечения трофических язв, ожогов, желче- и мочекаменной болезни,

воспалительных процессов мочеполовой системы и т.д.

Гнойное отделяемое из трофических язв обычно содержит обильную

кокковую флору. Многолетние трофические язвы со зловонием содержат палочку

сине-зеленого гноя. При перевязке (утром и вечером) такая язвенная

поверхность покрывается стерильной марлевой салфеткой, обильно смоченной

АКВ. При подсыхании (между перевязками) салфетка дополнительно смачивается

АКВ. Наблюдения показали, что через 2-3 суток зловоние исчезает, и язвенная

поверхность очищается от некротических тканей, палочка сине-зеленого гноя

также исчезает. При этом резко уменьшается кокковая флора, и быстро

появляются розовые грануляции, которые постепенно заполняют раневой дефект

с последующим заживлением язвы.

Синявским установлено, что на пятый-шестой день после приема АКВ (6-8

раз в сутки) у больных с многолетними трофическими язвами нижних

конечностей увеличивается количество Т- и В-лимфоцитов. А это говорит о

способности АКВ восстанавливать утраченный или ослабленный иммунитет. Кроме

этого, АКВ снижает холестерин крови, особенно при ожирении.

Можно рекомендовать активированную кремнем воду как средство после

бритья, для предотвращения морщин, заживления ран и т.п. Мытье головы АКВ

укрепляет волосяные сумки, а также способствует отрастанию волос.

По глубокому убеждению М.М.Синявского, АКВ препятствует развитию

аденомы и импотенции у мужчин, а также предупреждает бесплодие у женщин.

При наружных воспалительных процессах АКВ рекомендуется в виде

примочек, компрессов, смоченных тампонов (наружный слуховой проход, прямая

кишка, влагалище).

Рекомендуется также АКВ для полоскания полости рта, слизистой носа,

орошения гортани. Она снимает воспалительные процессы, укрепляет ткани и

кровеносные сосуды.

Поскольку АКВ удовлетворяет всем требованиям ГОСТа на питьевую воду, а

также обладает разносторонними лечебно-оздоровительными действиями,

целесообразно ее применение в лечебных учреждениях.

Глава II. Методы исследования

2.1. Метод термического анализа

Термоаналитические методы служат для исследования физических и химических

превращений в веществах или системах, протекающих под действием тепла.

Химические или физические процессы, изменение состояния вещества или фазы

(плавление, кристаллизация, испарение, горение и т.д.) сопровождается

изменением внутреннего теплосодержания системы. Процессы, протекающие с

выделением тепла, называются экзотермическими, а с поглощением тепла-

эндотермическими. Физико-химические процессы часто сопровождаются

изменением массы, которое может быть определено с помощью

термогравиметрического метода.[13]

Сущность метода дифференциально-термического анализа (ДТА) заключается в

измерении микротоков термопары, помещенной в пробирку, которая нагревает с

определенной скоростью.

Термогравиметрия (TG) основана на методе непрерывного взвешивания

исследуемого вещества в процессе изменения температуры.

Метод дифференциальной термогравиметрии (ДТG) основан на измерении

скорости изменения массы навески исследуемого вещества при данной

температуре.

Совмещение методов ДТА, ТG, ДТG позволяет определить направление и

величину изменения теплового эффекта реакции (энтальпии), протекающей в

веществе под действием температуры, определить характер структурных и

фазовых превращений в веществе, определить изменение массы вещества в

зависимости от температуры, а также температуры превращений в веществе. Все

перечисленные методы совмещены в дериватографе Q-1500.

Принцип действия дериватографа Q-1500:

Дериватограф- комплексное термоаналитическое устройство. Дериватограф Q-

1500 позволяет производить измерение температуры (Т), изменение веса (ТG),

скорости изменения веса (ДТG) и изменение содержания теплоты (ДТА)

исследуемого вещества в зависимости от времени в диапазоне температур от 20

до 1500 С в обычном режиме эксплуатации и до 1000 С для квазиизометрических

и изобарных исследований.

В некоторых случаях состав окружающей среды оказывает решающее влияние на

кинетику разложения вещества. Поэтому важно установить, какое влияние на

процесс разложения оказывает собственная газовая атмосфера, образующаяся

при распаде. Для этого процесс разложения вещества проводят в специальном

лабиринтном тигле, который препятствует удалению газообразных продуктов,

однако сохраняет практически 100% среду продуктов распада. такой режим

проведения эксперимента называется квазиизобарныим.

При квазиизотермическом режиме работы в начальной стадии эксперимента

температура образца растет с большой скоростью (2-5 С/мин), а затем,

начиная с момента распада вещества, поддерживается такая температура, при

которой разложение происходит с постоянной, очень малой скоростью.

Прибор Q-1500 состоит из пяти основных блоков:

-блок термовесов;

-сдвоенная печь с рамой;

-шестиканальный регистр с рамой;

-тиристорный блок управления регулировки программ;

-тиристорного блока питания регулирования программ.

Одной из сложных задач кинетики химических процессов является

расчет энергии активации, то есть определение избыточного количества

энергии, которым должна обладать молекула в момент столкновения, чтобы

началась химическая реакция.

Для расчета энергии активации реакции используют методы ДТА, ТG, ДТG.

Энергия активации по кривой ДТА может быть рассчитана из уравнения:

Ln?t = c – E/(RT) ; (1)

где ?t- изменение температуры, соответствующее глубине пика ДТА при

заданной температуре выраженного в мм;

Е- энергия активации кДж/моль, то есть энергия которую нужно сообщить

молекуле, чтобы она вступила в реакцию;

R- универсальная газовая постоянная Дж/мольК;

с- константа.

По кривой ТG-анализа энергию активации расчитывают:

Lnm-2LnT=А-Е/RT; (2)

где m- уменьшение массы вещества, определяется по ТG-кривой, в % или

мг;

А-постоянная величина.

Исходя из кривой ДТG-анализа энергию можно вычислить из уравнения:

cV=B-E/RT; (3)

где V- скорость уменьшения массы вещества, мг/мин или мг/ С;

В- константа;

Т- абсолютная температура, К.

Рис.1. Принципиальная схема дериватографа Q-1500

1- керамическая трубка;

2- держатель проб;

3- печь;

4- включатель;

5,10,12- усилители;

6- электромагнит;

7- катушка;

8- весы;

9- дифференциальный преобразователь сигнала;

11- регестрирующее устройство.

2.2.Определение коэффициента трения и удельного износа

Опыты проводились на трибометре ПД-1А.

Он предназначен для испытания различных материалов (металлов, сплавов,

жестких полимеров и керамики) на трение и износ.

Принцип действия устройства заключается в истирании пары трения,

состоящей из неподвижного цилиндрического образца – пальца, прижимаемого

торцевой поверхностью к плоскости вращающегося диска.

Устройство трибометра.

Структурная схема трибометра содержит испытательный блок и пульт

управления, обеспечивающие возможность оценки фрикционных свойств блочных

образцов и покрытий в широком диапазоне нагрузок и скоростей.

Испытательный блок включает в себя следующие функциональные узлы:

1. Держатели образцов;

2. Блок датчиков измерения характеристик и параметров трения;

3. Привод вращения нижнего образца;

4. Механизм нагружения образцов.

Указанные узлы монтируются на общей станине. Конструкция

испытательного блока обеспечивает надежную виброизоляцию машины при работе

в условиях интенсивных динамических нагрузок.

Испытательный блок электрически связан с пультом управления,

содержащим :

1. Блок управления скоростью вращения двигателя.

2. Измеритель числа оборотов и скорости вращения вала.

3. Систему измерения силы трения.

4. Систему измерения линейного износа.

5. Аналого-цифровой преобразователь.

6. Блок защиты от перегрузок.

2.3. Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Метод АСМ применяется для измерения топографии поверхности твердых тел в

нанометровом диапазоне и анализа особенностей ее строения.

Изображение поверхности в АСМ получают при помощи сканирования образца в

горизонтальной плоскости с использованием иглы с радиусом кривизны острия

порядка десятков-сотен нанометров, укрепленной на консоли (колеблющейся) с

известной жесткостью. При сканировании измеряется отклонение (сдвиг

резонансной частоты колебаний) консоли под действием сил между иглой и

поверхностью. Таким образом, при регистрации сил взаимодействия (градиента

сил) проводят картографирование поверхности.[15]

Аналитический узел сканирования АСМ представляет собой открытую

конструкцию для работы на воздухе с хорошим доступом при установке образца

и смене сканирующего зонда. Обзор места подвода острия зонда к исследуемой

поверхности может обеспечиваться использованием длиннофокусного оптического

микроскопа.

Аналитический зонд АСМ представляет собой ‘Г’-образную консольно

закрепленную балку с острием (радиус закругления –0,1мкм) на свободном

конце, изготовленную из вольфрамовой проволоки методом электро-химического

травления и полирования. Вторым, более длинным концом, бапка связана с

биморфным пьезокерамическим элементом (БД), который при подаче

осциллирующих напряжений от генератора частот (ГЧ) приводит ее в колебания

с собственной частотой (30-100кГц). При приближении зонда к поверхности

образца (О) на расстояние порядка нескольких нанометров, амплитуда

колебаний балки изменяется под влиянием молекулярных сил (отталкивания)

возникающих между острием и поверхностью образца.

Рис.2. Принципиальная схема АСМ

З- зонд;

БМ- биморфный элемент;

ГЧ- генератор частот;

О- образец;

ЛИ- люминисцентный источник;

ОВ- оптическое волокно;

БЭ- блок электроники;

ПК- персональный компьютер;

ПД1,2,3,4- пьезоэлементы двигателя.

Страницы: 1, 2, 3, 4