facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Page translation
 

ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕДИНИЧНЫХ МОНОНИТЕЙ НЕТКАНОЙ ОСНОВЫ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ПОЛИМЕРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО / EXAMINATION OF INTERACTION BETWEEN THE MONIC MONOFILAMENTS OF THE NONWOVEN BASIS OF A COMPOSITE MATERIAL AND THE POLYMER BINDING

ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕДИНИЧНЫХ МОНОНИТЕЙ НЕТКАНОЙ ОСНОВЫ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ПОЛИМЕРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО / EXAMINATION OF INTERACTION BETWEEN THE MONIC MONOFILAMENTS OF THE NONWOVEN BASIS OF A COMPOSITE MATERIAL AND THE POLYMER BINDING
Treschalin Michail, professor, doctor of technical science, full professor

Lomonosov Moscow State University, Russia

Yuri Treschalin , engineer, candidate of technical science

Moscow State Technological University Stankin, Russia

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Russia";

the Open European-Asian Research Analytics Championship;

В статье рассматривается адгезионное взаимодействие структурных элементов нетканой основы композиционных материалов и связующего. Проводится экспериментальное изучение сцепления матрицы и единичной мононити. Дается анализ влияния на прочность композита различных клеевых соединений.

Ключевые слова: мононить, адгезия, связующее, композит, нетканая основа, клеевые соединения, прочность.

The article discusses the adhesive interaction of the structural elements of non-woven fundamentals of composite materials and a binder. A pilot study of the coupling matrix and a single monofilament. The analysis of the impact strength of various composite adhesive joints.

Keywords: monofilament, adhesion, binding, composite, non-woven backing, adhesive bonding, strength.

 

Практически важный критерий прочности композиционных материалов – продолжительность сохранения целостности и заданных механических свойств в условиях внешнего нагружения или воздействия агрессивных сред. Во многом долговечность определяется взаимодействием волокна и полимерного связующего - адгезией, имеющей  первостепенное значение. В [1] указывается, что «...единой теории, объясняющей … адгезию, нет и, вероятно, не может быть». Адгезия (от латинского adhaesio - прилипание) как физическое явление, в настоящее время трактуется как:

  • - возникновение межмолекулярного взаимодействия между приведенными в контакт разнородными конденсированными фазами;
  • - установившееся взаимодействие между фазами на границе раздела и величина, его характеризующая;
  • - связанное состояние разнородных фаз (тел), при котором они удерживаются в межфазном контакте.

Фазы составляют основу образующегося в результате молекулярного (т.е. по всей межфазной площади) контакта адгезионного соединения.

Силы, возникающие на границе раздела, зависят от взаимодействия вторичных (межмолекулярных) сил, обеспечивающих адгезию. Причем, ввиду большой инертности пары «адгезив-субстрат» химическое взаимодействие между ними маловероятно. Обычно субстраты – твердые тела (например, волокна или мононити), адгезивы – связующие вещества, соединяющие между собой субстраты путем сцепления с их поверхностями [2, 3].

Формирование межфазного контакта ускоряется повышением давления и снижением вязкости адгезива и, в значительной мере, определяется площадью контактов: поверхностного и молекулярного.

Эффективность растекания адгезива по поверхности субстрата, помимо межфазных свойств, зависит также от его когезионных показателей [4]:

  • -сцепления между находящимися в контакте поверхностями двух однородных по составу тел;
  • - свойств тела, обеспечивающих связывание его частей.

Закономерности образования и разрушения адгезионных соединений основываются на двух независимых подходах [2]:

  • - термодинамическом, предусматривающем изучение энергетических характеристик (поверхностные энергии адгезива, субстрата и межфазной границы);
  • - молекулярно-кинетическом, в рамках которого рассматриваются когезионные свойства адгезивов и субстратов (прочность и обусловливающие ее параметры, вязкость адгезива), а также условия их контакта (температурадавление и продолжительность).

В общем случае эффективность адгезионного взаимодействия, выражаемая прочностью адгезионных соединений, для полимерных систем зависит от показателей субстрата, характеризующих его адгезионные свойства и конкретного типа нагружения соединения вне зависимости от природы адгезива. Прочность определяется как межфазным взаимодействием, так и деформационными свойствами адгезивов и субстратов (различными в объеме и в приповерхностных слоях фаз) и возникающими в них при адгезионном контакте напряжениями (прежде всего тангенциальнымиразвивающимися в адгезиве при его усадке вследствие полимеризации или взаимодействии с субстратом).

С целью оценки взаимодействия единичного структурного элемента нетканой основы и связующего в процессе его полимеризации, проведены экспериментальные исследования.

Испытаниям подвергались:

  • - одиночные полипропиленовые нити, диаметром 0.0185 мм, аккуратно без механических повреждений извлеченные из образца иглопробивного нетканого полотна «Геотекс М 350»;
  • - силикон-тефлоновая нить, диаметром 0.12 мм;
  • - полиамидная нить.

Диаметрнитейопределялся при помощи микрометра гладкого цифрового МКЦ-750 (погрешность измерений0,001мм).

В процессе испытаний использовались:

1. Связующее на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855, с добавлением отвердителя NORPOL PEROXIDE № 11 ираствора перекиси метилэтилкетона в диметилфталате NORPOL PEROXIDE № 1;

2. Вязкие клеящие вещества:

  • - герметик (прозрачный, белый) KIMTECSilicon 101E – универсальный силиконовый герметик и клей ацетатного отвердения. Эластичный, водостойкий, морозостойкий, термостойкий (от -50 0С до +180 0С), содержит антигрибковые добавки. Производство: Германия, Art.-Nr. 5126010/281009;
  • - резиновый клей – клей специальный «Момент Резиновый» (ТУ 2385-011-89589540-2009) обеспечивает высокую прочность, эластичность, надёжность, долговечность и водостойкость клеевого соединения. Клей морозостойкий, теплостойкий (от -30°C до +100°C.). Состоит из: полихлоропреновых каучуков, смолы, этилацетата, ацетона, алифатических и нафтеновых углеводородов, этилацетата, добавок;
  • - клей ПВА - универсальный клей (ТУ 2385-030-00203789-99) имеющий в своем составе: поливинилацетатную дисперсию, пластификатор, лапрол, карбамид, катамин АБ, натрий-карбоксиметилцеллюлозу, воду.

Выбор указанных веществ обусловлен целевым назначением изделия из композиционного материала: жесткие конструктивные элементы (трубы, пластины, уголки, швеллеры и т.д.) изготавливаются с применением связующего, тогда как гидро-тепло и звукозащитные материалы в первую очередь должны быть водостойкими, эластичными и достаточно прочными на растяжение и изгиб. 

Резиновый клей представляет собой раствор каучука в бензине и широко применяется для склеивания прорезиненных тканей, металлов, резинотканевых и резиновых изделий. Обычно они содержат вулканизующие агенты, модифицирущие добавки, в том числе наполнители (технический углерод, каолин, ТiO2, мел, кварц и т.п.), сшивающие агенты (как правило, полиизоцианаты), растворители или дисперсионную среду, другие полимеры, повышающие адгезию, клейкость, улучшающие технологические свойства. Такие клеи переходят из пластичного (текучего) состояния в эластичное вследствие испарения растворителя или дисперсионной среды (не вулканизующиеся резиновые клеи, например, на основе латексов) или вследствие вулканизации (вулканизующиеся резиновые клеи) [5].

Клей ПВА - эмульсия поливинилацетата в воде, с пластификатором и специальными добавками, обладающая высокой морозостойкостью, нетоксична,пожаро- и взрывобезопасна. Добавление в строительные растворы ПВА повышает адгезию растворов к основам, придаёт пластичность, увеличивает прочность конечного изделия. При застывании стекленеет с малой усадкой, но не становится излишне хрупким, что позволяет заполнять просветы до нескольких миллиметров [6].   

Герметики (герметизирующие составы), пастообразные или вязкотекучие композиции на основе полимеров или олигомеров, которые наносят на различные соединения с целью предотвращения утечки рабочей среды через зазоры конструкции. Герметики обладают: высокой эластичностью, прочностью, адгезией к материалам конструкции, тепло- и морозостойкостью, устойчивостью к действию влаги, света, озона, коррозионной инертностью по отношению к поверхностям, контактирующим с герметиками, а в некоторых случаях, электроизоляционными свойствами, стойкостью к действию ионизирующих излучений [7].

Первоначально нити в расправленном состоянии, но без натяжения, крепились в вертикальном положении на вращающемся диске. Обработка нитей связующим и клеящими веществами производилась равномерно по всей поверхности при помощи мягкой кисти. В процессе полимеризации диск периодически поворачивался, меняя положение на 180º, для того, чтобы избежать стекание жидкого связующего вниз под действием силы тяжести.

Наблюдения показали, что связующее на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855 располагается на нитях в виде шарообразных капелек, которые в процессе полимеризации приклеивались к мононити, но не контактировали и не слипались между собой (рис. 1а). По окончании процесса полимеризации нити оставались эластичными и не теряли свою прочность.

Другой эффект имел место при использовании герметика, резинового клея и клея ПВА (рис. 1б). Указанные клеящие вещества плотным густым слоем обволакивали нити, не образуя капелек, и практически не стекали по их поверхности. При этом, нити не теряли эластичность, в процессе их растяжения и изгиба не происходило трещинообразование или разрыв слоя клеящих веществ.

Рис. 1. Нити после полимеризации: а – связующего на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855 (в виде капелек); б – клеящих веществ.

Используя электронный твердомер, марки ZWICK/ROELLZHU250TOP, при увеличении в 183 раза было установлено, что:

  • - отдельные капельки связующего скатываются по нити в виде шарообразных капелек, которые в процессе полимеризации приклеиваются к ней, но не контактируют и не слипаются между собой на поверхности нитей (рис. 2а);
  • - наличие на нити, находящейся внутри капельки отвердевшего связующего, тончайшего пограничного слоя (рис. 2б);

Рис. 2. Капельки связующего на мононити: а – отсутствие связующего на мононити между капельками связующего; б – наличие пограничного слоя на волокне внутри капельки связующего.

  • - взаимосвязь нитей и полимеризованного связующего крайне не существенна и при приложении незначительной нагрузки, капелька отвердевшего связующего достаточно легко сдвигалась по нити;
  • - клеящие вещества покрывают нить сплошным слоем, на поверхности не наблюдаются трещины и пузырьки воздуха (рис. 3).

Рис. 3. Клеящее вещество на полиамидной нити: а – резиновый клей; б – герметик.

Помимо изложенного, проведены исследования единичной нити, находящейся в толще полимерной матрицы. Эксперимент проводился по следующей методике.

Нить размещалось в форме, размером 50×250 мм, таким образом, чтобы она находилось в центре прямоугольного сечения. После чего форма заполнялась связующим или клеящим веществом. После полимеризации полученные образцы (рис. 4) изучались при помощи твердомера ZWICK/ROELLZHU250TOP.

Рис. 4. Нити в матрице: а – связующее; б – резиновый клей; в – клей ПВА; г – герметик.

Нити, находящиеся внутри застывших матриц клеевых соединений, даже при увеличении в 183 раза обнаружены не были. Имеет место прочное соединение клеев и нитей: попытка вытащить нить из матрицы не увенчалась успехом, что позволяет судить о высоких адгезионных свойствах мононитей и используемых клеящих веществ. Визуальное исследование нитей, находящихся в полимеризованном связующим показало, что нить по всей внешней поверхности полностью взаимодействует с матрицей, в зоне контакта трещины и пузырьки воздуха отсутствуют (рис. 5).

Рис. 5. Расположение мононити в матрице.

В целом на основании проведенного эксперимента было установлено, что взаимосвязь между химическими волокнами (мононитями) и матрицей, представляющей собой связующие на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855 и клеящие вещества (герметик, резиновый клей, клей ПВА), является эффективным. Повышение прочностных свойств композитов на нетканой основе достигается за счет поверхностного слоя, образующегося при адгезии структурных элементов и связующего в процессе его полимеризации.

Литература:

  • 1. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.penta-91.ru/adhesion.htm. Адгезия. Основные термины и определения. С.А. Ненахов
  • 2. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/glossary/glossary.php?gloss_id=25
  • 3. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.mirsmazok.ru/blogs/modules.php?name=articles&id=941
  • 4. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki
  • 5. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3862.html
  • 6. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
  • 7. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/988.html
0
Your rating: None Average: 5.8 (6 votes)
Comments: 10

Grażyna Wójcik

Ламинированные композитов за счет, в частности, высокая устойчивость к механическому износу и эрозии, высокой химической стойкостью, высокой ударной прочностью, тиксотропии широко используются для ремонта и восстановления машин и оборудования, особенно когда на короткое время важно исправить. Было бы полезно проанализировать свои специфические свойства, которые ограничивают возможности их использования, такие как ограниченное время статической устойчивости, снижение усталости, низкой термической стабильностью и процессов, происходящих в процессе старения. Laminated composites due to, inter alia, high resistance to mechanical wear and erosion, a high chemical resistance, high impact strength, thixotropy are widely used for the repair and regeneration of machinery and equipment, especially when a short time is important rectified. It would be useful to analyze their specific properties, which limit the possibilities of their use, such as the limited time static stability, reduced fatigue life, low thermal stability and the processes taking place in aging. Grażyna Paulina WÓJCIK

Lezhnuk Petr

Уважаемые д.т.н., проф Михаил Трещалин и к.т.н. Юрий Трещалин, исследовательская работа проведеная Вами это в первую очередь результат кропотливой работы. К сожалению, я не являюсь специалистом в даной области, но согласен с проф. Бабаевым Н.Х. в силу остутствия конкретных даных связующих компонентов композитного материала. Однако даные выводы могут иметь большое значение в различных отраслях промышлености и смогут повысить эфективность економической состовляющей даного процесса. С уважением д.т.н., проф. Лежнюк П.Д.

Togaev Bahram

Уважаемые проф. М. Трищалин! Моя специальность чуть дальше с Вашей работой. Но я почувствовал, что приведенные результаты исследований не вызывает сомнений. Думаю, что ваша работа будет весьма интересной не только для работающих в этой области но интересна и для общества. Желаю успехов в этой работе. С уважением Х. Тагаев.

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Andrianov Nikolay

Уважаемые Михаил Юрьевич и Юрий, работа интересная и нужная. В промышленности и с.х. такие материалы очень нужны. Как я понял данное исследование является началом пути, поскольку в нем пока выбираются варианты сочетания нити и связующего. Методика не вызывает сомнений, но хотелось бы узнать и результаты (может быть пока прогнозы) исследования какого-либо конечного продукта. Каковы его прочностные свойства и др., например в сравнении с металлом, либо другими традиционными материалами? Насколько это будет дешевле? Желаю Вам творческих успехов, профессор Н.М. Андрианов

Babayev Naqibullo Habibullayevich

Уважаемые д.т.н., проф Михаил Трещалин и к.т.н. Юрий Трещалин я подробно ознакомился с вашей работой. Работа интересная и актуальная. Приведены результаты исследований "ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕДИНИЧНЫХ МОНОНИТЕЙ НЕТКАНОЙ ОСНОВЫ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ПОЛИМЕРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО". В исследовании использованы три состава связующих, из которых положительный эффект получено при использовании двух видов связующих на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855 и клеящие вещества (герметик, резиновый клей, клей ПВА). Однако в статье не приводятся данные при котором из этих двух связующих получился более прочный композитный материал. Не приведены сведения о области применения полученных материалов. В заключении приводятся стандартные выводы "Повышение прочностных свойств композитов на нетканой основе достигается за счет поверхностного слоя, образующегося при адгезии структурных элементов и связующего в процессе его полимеризации". С уважением д.т.н., проф. Бабаев Н.Х. (спец. 05.17.11)
Comments: 10

Grażyna Wójcik

Ламинированные композитов за счет, в частности, высокая устойчивость к механическому износу и эрозии, высокой химической стойкостью, высокой ударной прочностью, тиксотропии широко используются для ремонта и восстановления машин и оборудования, особенно когда на короткое время важно исправить. Было бы полезно проанализировать свои специфические свойства, которые ограничивают возможности их использования, такие как ограниченное время статической устойчивости, снижение усталости, низкой термической стабильностью и процессов, происходящих в процессе старения. Laminated composites due to, inter alia, high resistance to mechanical wear and erosion, a high chemical resistance, high impact strength, thixotropy are widely used for the repair and regeneration of machinery and equipment, especially when a short time is important rectified. It would be useful to analyze their specific properties, which limit the possibilities of their use, such as the limited time static stability, reduced fatigue life, low thermal stability and the processes taking place in aging. Grażyna Paulina WÓJCIK

Lezhnuk Petr

Уважаемые д.т.н., проф Михаил Трещалин и к.т.н. Юрий Трещалин, исследовательская работа проведеная Вами это в первую очередь результат кропотливой работы. К сожалению, я не являюсь специалистом в даной области, но согласен с проф. Бабаевым Н.Х. в силу остутствия конкретных даных связующих компонентов композитного материала. Однако даные выводы могут иметь большое значение в различных отраслях промышлености и смогут повысить эфективность економической состовляющей даного процесса. С уважением д.т.н., проф. Лежнюк П.Д.

Togaev Bahram

Уважаемые проф. М. Трищалин! Моя специальность чуть дальше с Вашей работой. Но я почувствовал, что приведенные результаты исследований не вызывает сомнений. Думаю, что ваша работа будет весьма интересной не только для работающих в этой области но интересна и для общества. Желаю успехов в этой работе. С уважением Х. Тагаев.

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Gorbiychuk Mikhail

Работа имеет практическую напраленность, в которой получены достоверные выводы о взаемодействии между химическими волокнами и матрицей. Желаю авторам таоретического обоснования полученных результатов. С увжением проф. М. И. Горбийчук

Andrianov Nikolay

Уважаемые Михаил Юрьевич и Юрий, работа интересная и нужная. В промышленности и с.х. такие материалы очень нужны. Как я понял данное исследование является началом пути, поскольку в нем пока выбираются варианты сочетания нити и связующего. Методика не вызывает сомнений, но хотелось бы узнать и результаты (может быть пока прогнозы) исследования какого-либо конечного продукта. Каковы его прочностные свойства и др., например в сравнении с металлом, либо другими традиционными материалами? Насколько это будет дешевле? Желаю Вам творческих успехов, профессор Н.М. Андрианов

Babayev Naqibullo Habibullayevich

Уважаемые д.т.н., проф Михаил Трещалин и к.т.н. Юрий Трещалин я подробно ознакомился с вашей работой. Работа интересная и актуальная. Приведены результаты исследований "ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕДИНИЧНЫХ МОНОНИТЕЙ НЕТКАНОЙ ОСНОВЫ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ПОЛИМЕРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО". В исследовании использованы три состава связующих, из которых положительный эффект получено при использовании двух видов связующих на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855 и клеящие вещества (герметик, резиновый клей, клей ПВА). Однако в статье не приводятся данные при котором из этих двух связующих получился более прочный композитный материал. Не приведены сведения о области применения полученных материалов. В заключении приводятся стандартные выводы "Повышение прочностных свойств композитов на нетканой основе достигается за счет поверхностного слоя, образующегося при адгезии структурных элементов и связующего в процессе его полимеризации". С уважением д.т.н., проф. Бабаев Н.Х. (спец. 05.17.11)
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.