Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Сергеев Иван Викторович

Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида
<
Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сергеев Иван Викторович. Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида: диссертация ... кандидата технических наук: 05.16.09 / Сергеев Иван Викторович;[Место защиты: Волгоградский государственный технический университет].- Волгоград, 2014.- 190 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Структура, свойства и перспективы применения металлополимерных композиционных материалов 16

1.1 Общие положения о полимерных композиционных материалах 16

1.2 Композиционные материалы на основе фторопласта-4 17

1.3 Композиционные материалы на основе полиимида 31

1.4 Технология изготовления наполненных композиционных материалов 34

1.4.1 Получение малонаполненных фторопластовых композиционных материалов 35

1.4.2 Получение каркасных фторопластовых композиционных материалов 36

1.4.3 Получение полиимидных композиционных материалов 39

1.5 Полимерные наноматериалы и методы их получения 41

1.6 Ударно-волновая обработка

полимерных материалов 49

Выводы к первой главе 58

ГЛАВА II. Материалы, методы взрывного прессования и методики исследования 61

2.1 Исследуемые материалы 61

2.2 Взрывное прессование дисперсных металлополимерных порошковых смесей 63

2.2.1 Определение давления подпрессовки металлополимерных смесей .. 63

2.2.2 Схемы взрывного прессования композиционных смесей 64

2.2.3 Влияние технологических параметров взрывного прессования на физические характеристики ударного уплотнения смеси 66

2.3 Методы исследования структуры и свойств

композиционных материалов 69

2.3.1 Микроструктурные исследования 75

2.3.2 Исследование физико-механических свойств 78

Кандидатская диссертация Сергеева И. В.

Содержание

2.3.3 Теплофизические испытания 80

Выводы ко второй главе . 88

ГЛАВА III. Исследование закономерностей структурообразования в металлополимерных композиционных материалах на основе фторопласта-4 и полиимида при взрывной обработке 90

3.1 Влияние параметров взрывного прессования на структуру металлополимерных композиционных материалов 90

3.2 Исследование кристаллической структуры металлополимерных композиционных материалов 111

3.3 Влияние параметров взрывного прессования на механические свойства металлополимерных композиционных материалов 120

Выводы к третьей главе 127

ГЛАВА IV. Влияние параметров взрывного прессования на тепло- и электрофизические свойства металлополимерных композиционных материалов 130

4.1 Исследование теплофизических свойств композиционных материалов 130

4.1.1 Влияние параметров взрывного прессования на термомеханические характеристики КМ 130

4.1.2 Влияние параметров взрывного прессования на тепловое расширение КМ 138

4.2 Исследования тепло- и электрофизических свойств композиционных материалов 142

4.2.1 Влияние параметров взрывного прессования на теплопроводность КМ 142

4.2.2 Влияние параметров взрывного прессования на электропроводность КМ 145

4.3 Исследование термических свойств композиционных материалов 149

Выводы к четвертой главе 154

ГЛАВА V. Разработка технологии получения металлополимерных композиционных изделий взрывным прессованием 156

5.1 Рекомендации по применению взрывного прессования для получения металлополимерных изделий 156

5.2 Получение взрывным прессованием антифрикционных металлополимерных изделий 160

5.2.1 Получение взрывным прессованием антифрикционных Кандидатская диссертация Сергеева И. В.

Содержание цилиндрических изделий 162

5.2.2 Получение взрывным прессованием металлополимерных покрытий на цилиндрических изделиях 164

5.2.3 Получение взрывным прессованием плоских металлополимерных антифрикционных нанокомпозитных изделий 166

Выводы к пятой главе 170

Общие выводы 172

Список использованной литературы . 175

Композиционные материалы на основе фторопласта-4

В машиностроительных узлах современной техники все более широкое распространение находят термопластичные полимеры, способные длительно работать в тяжелых условиях эксплуатации [1-13]. Одними из наиболее перспективных термостойких полимеров являются политетрафторэтилен (фторопласт-4, Ф-4, ПТФЭ) и полиимид марки ПМ-69 (ПИ), позволяющие получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Однако развитие техники требует дальнейшего повышения их эксплуатационных свойств. Эту проблему можно решить путем введения в полимерную матрицу наполнителей, в том числе с последующим усилением адгезионного взаимодействия между полимером и наполнителем, то есть создание композиционных материалов (КМ) [1-13]. В качестве наполнителей широкое применение получили порошки металлов (алюминия, никеля, меди и др.) и их сплавов (бронзы и др.), которые не только повышают тепло- и электропроводящие характеристики КМ, но также активны при создании адгезионных контактов с полимером, что повышает работоспособность деталей из металлополимеров [3-5].

Создание КМ на основе термостойких полимеров с последующим применением эффективных технологических процессов получения изделий из них, позволяющих значительно расширить области их применения, является одной из важнейших научных задач, о чем свидетельствует опыт мировых лидеров по производству пластмасс, в частности фирмы «DuPont» (США), Davies Nitrate Co. (США), Rogers Corp. (США), Liqvio Nitrogen Processing Corp. (США), Richard Klinger Ltd. (Англия), Allegheny Plastics Corp. (США), и другие [1, 2, 6, 8, 9, 12].

Введение дисперсных наполнителей в термопластичные матрицы способствует структурно-фазовым превращениям с формированием Кандидатская диссертация Сергеева И. В модифицированных структур, сопровождающихся существенным изменением физико-механических свойств и повышением износостойкости КМ.

Следовательно, наполнение полимеров следует рассматривать как физико-химическую модификацию матрицы, которая структурированием полимера на самых различных уровнях организации позволяет получить КМ с необходимой структурой и обладающих требуемыми свойствами [1-13]. Для обеспечения направленного модифицирования полимерной матрицы решающее значение имеет выбор наполнителя по таким критериям, как химический, фазовый состав, форма, размер частиц, адсорбционная способность, реакционная и структурная активность и т. д. [2-14]. Основными требованиями, предъявляемыми к наполнителям являются [1-13]: способность смешиваться с полимером с образованием системы заданной степени однородности; стабильность свойств в процессах переработки, при хранении и эксплуатации термостойких полимеров; доступность и низкая стоимость.

Ф-4 имеет уникальный комплекс эксплуатационных свойств: высокую химическую и климатическую стойкость, электроизоляционные свойства, низкий коэффициент трения, а также биосовместимость и нетоксичность [2-13]. Однако Ф-4 характеризуется низкими механическими свойствами, износостойкостью и коэффициентом теплопроводности и высоким коэффициентом теплового расширения.

Физико-механические свойства фторопластовых КМ изменяются в зависимости от концентрации наполнителей: при содержании наполнителей от 1 до 10 % об. материалы обладают высокими прочностью при растяжении и относительным удлинением, хорошим сопротивлением многократному изгибу, низким содержанием пор около частиц наполнителя. Такие материалы имеют пониженное сопротивление износу, хотя и значительно большее, чем у чистого Ф-4; микроструктура КМ Ф-4+9,7 % об. Кандидатская диссертация Сергеева И. В. сплава Tribaloy T-401 (сплав состоит из сферических частиц бронзы, рубленных углеродных волокон и измельченного графита) приведена на рис. 1.1 [15]. – при содержании наполнителей от 10 до 20 % об. получаются материалы для невысоких нагрузок и невысоких скоростей скольжения механизмов, работающих непрерывно: они имеют высокую износостойкость и быстро прирабатываются; – при содержании наполнителей от 20 до 40 % об. обеспечиваются наибольшие износостойкость, стойкость к деформации под нагрузкой, что имеет большое значение при работе с наибольшими нагрузками и скоростями скольжения при непрерывной работе [2-13].

Определение давления подпрессовки металлополимерных смесей

Технологический процесс производства малонаполненных фторопластовых КМ состоит из следующих последовательных стадий: подготовка компонентов; приготовление композиционной смеси; прессование; спекание прессовок; калибровка. При изготовлении КМ в качестве исходного материала применяются механические смеси порошков Ф-4 или его суспензии (Ф-4Д, Ф-4ДП, Ф-4ДВ) с дисперсной упрочняющей фазой. Возможны два основных способа получения смесей фторопластовых КМ [3, 69]: 1) смешивание и размалывание порошков Ф-4 и наполнителя на механических мешалках и мельницах; 2) коагуляция суспензии Ф-4 совместно с наполнителем. В первом случае наилучшие результаты дает смешивание при низких температурах (охлаждение жидким азотом) или в ударном режиме, так как при обычной температуре Ф-4, обладая волокнистой структурой, легко комкуется, что препятствует равномерному распределению наполнителя [3].

Второй способ обеспечивает более качественное смешение компонентов, что способствует повышению физико-механических свойств КМ. Смешение осуществляют в растворах спирта, ацетона, дистиллированной воды и т.п., иногда для улучшения межчастичного взаимодействия в суспензию вводят поверхностно-активные добавки [3, 6, 10, 56]. Наиболее равномерное распределение наполнителя в матрице, обеспечивающее повышенные физико-механические свойства КМ, получают в смесителях типа коллоидной мельницы, получивших широкое распространение в отечественной практике [4]. Статическое прессование (СП) композиционных смесей давлением 50-70 МПа обеспечивает их первичную монолитизацию и придание заданной формы изделиям. Окончательное формирование структуры и свойств КМ происходит в процессе спекания при температурах 360-390 С и выдержке 15-20 мин на мм толщины образца [3, 10, 11, 66-68]. Спекание может осуществляться как в свободном состоянии, так и под давлением. Давление Кандидатская диссертация Сергеева И. В. создается внешней нагрузкой или за счет ограничения термического расширения прессовки, при спекании в замкнутой пресс-форме, обеспечивая более высокое взаимодействие компонентов КМ и меньшую пористость материала. Важным фактором является скорость охлаждения заготовки после спекания. При низких скоростях охлаждения образуется более плотная структура, обеспечивающая повышенные прочностные свойства [3, 6, 11, 12, 40, 65-69].

Технологический процесс производства каркасных КМ состоит из следующих последовательных стадий: прессование металлических порошков или нанесение порошкового слоя на металлическую ленту; спекание металлического каркаса; заполнение пор полимером; спекание фторопласта в порах и поверхностном слое в единое целое; калибрование [3, 40, 69-72].

Создание металлического каркаса осуществляется прессованием порошков металлов (меди, олова) давлением до 250 МПа, обеспечивающим необходимую пористость (40-60 %). После прессования проводится спекание полученного каркаса в восстановительной атмосфере, температура спекания 800-870 С, время спекания 15-90 мин. Последующее охлаждение проводится в восстановительной или инертной атмосфере.

Распространенная методика пропитки [69] заключается в нанесении и вдавливании в поры заготовки листового или порошкового Ф-4 или его композиций длительным приложением высоких давлений при температуре 350-400 С. Недостатками такого способа введения фторопласта являются требуемые высокие давления до 200 МПа, большая длительность их приложения, необходимость охлаждать заготовки под давлением, так как при повышенных температурах Ф-4 стремится восстановить первоначальную форму и покидает поры. Заполнение пор полимером значительно облегчается, если его молекулы ориентированы параллельно направлению прессования, Кандидатская диссертация Сергеева И. В. когда требуется преодоление в основном лишь значительно более слабых межмолекулярных сил [3]. Порошок Ф-4 при этом обжимается приблизительно в 5 раз, частицы, имеющие волокнистую структуру, ориентируются параллельно деформирующим плоскостям пуансонов, что определяет анизотропию свойств Ф-4 вдоль и поперек направления прессования. Для ускорения скорости пропитки могут применяться различные физико-механические воздействия (вибрация, ультразвук и др.) [3, 69], однако даже это не позволяет использовать метод горячего впрессовывания Ф-4 в пористый слой для массового производства композиционных изделий.

Промышленное применение получил способ пропитки пористых заготовок водной суспензией Ф-4 в вакууме («Полислип») [3, 69]. Для этого пористые металлические каркасы в вакууме помещаются в суспензию Ф-4, после чего вакуумная камера сообщается с атмосферой и воздух вгоняет суспензию в поры. После заполнения пор заготовки суспензией Ф-4 производится сушка при температуре менее 100 С. Чтобы полностью заполнить поры заготовки Ф-4, эту операцию повторяют 8-10 раз. При последних операциях пропитки принимают меры для образования на поверхности детали тонкого поверхностного слоя Ф-4, необходимого для приработки.

Для обеспечения возможности заполнения Ф-4 мелких пор и сокращения числа операций пропитки разработан метод заполнения пор приложением избыточного гидростатического давления, основанный на фильтрующем действии пористого материала [3]. Также известен центробежный способ пропитки внутренних поверхностей цилиндрических деталей [3, 69], при котором пористая заготовка с помещенной в ее внутреннюю полость суспензией Ф-4 приводится во вращение вокруг своей оси. Применение этого способа ограничивается заготовками цилиндрической формы и невозможностью применения наполненных суспензий ввиду их расслоения. Известен способ получения электропроводных металлофторопластовых КМ [40, 46, 47], заключающийся в предварительном формовании пространственного губчатого каркаса из металлофторопластовой смеси, Кандидатская диссертация Сергеева И. В. например порошков Ф-4 и меди, и его термообработки для достижения минимально необходимой прочности. Затем полученные заготовки под давлением армируют расплавами жидких металлов (олово-свинцовые и олово-свинцово-кадмиевые припои, свинец, олово и др.), в результате чего расплав, проникая в губчатый металлополимерный каркас, связывает металлические частицы наполнителя в единую структурно-конструкционную систему, увеличивая механические и электрические характеристики КМ.

Для заполнения пустот пористого металлического слоя на сплошном основании наиболее приемлема схема вкатывания пасты в поры. Паста, предварительно нанесенная на поверхность пористого слоя, последовательно впрессовывается вдоль ленты при прохождении ее между валками, при этом воздух из пор полностью удаляется через сообщающиеся поры.

При производстве сравнительно небольших деталей для заполнения пор на сплошном основании возможно применение методов последовательного впрессовывания Ф-4 (с наполнителем или без него), осуществляемого пуансонами из упругого материала, качающимися пуансонами (рис. 1.15), протягиванием или дорнованием.

Исследование кристаллической структуры металлополимерных композиционных материалов

Реализация ударно-волнового нагружения может производиться по различным схемам, которые отличаются конфигурациями ударного импульса, что позволяет изменять уровень теплового фактора и напряженного состояния вещества в процессе ударного нагружения. В настоящее время широко применимы схемы нагружения скользящей ударной волной в цилиндрической ампуле. При инициировании заряда взрывчатого вещества (ВВ) в порошке создается конусообразная радиально-симметричная ударно-волновая конфигурация, скользящая вдоль ампулы и переводящая порошок в спрессованный материал. Прессование определяется совместным влиянием основных факторов, как динамический арочный эффект, схождение (конвергенция) ударной волны, образование трещин и макроскопические течения с образованием осевого канала [97, 117].

Динамический арочный эффект обусловлен прочностным сопротивлением сжатого материала ампулы и спрессованного порошка. Эффект схождения, известный из теории ударных волн [97, 117], состоит в усилении ударной волны при ее продвижении к центру, поскольку при этом поток энергии, переносимый волной, приходится на все уменьшающуюся площадь ударного фронта. Эффект схождения означает увеличение давления и температуры за фронтом обжатия по мере его приближения к оси ампулы. Растрескивание хрупких прессовок обусловлено кинематически необходимым Кандидатская диссертация Сергеева И. В. деформированием ранее спрессованного порошкового материала. Это деформирование происходит как в процессе обжатия ампулы, так и при ее динамической разгрузке. При сдерживании разгрузки ампулой получается более качественный материал. Образование осевого канала является следствием выноса сильно сжатого и нагретого порошкового материала из осевой зоны ампулы.

Применяемые в данной работе схемы ВП фторопластовых и полиимидных порошковых смесей изображены на рис. 2.2. Схема расположения кольцевых слоев в начальный момент и в процессе обжатия ампулы с порошком приведена

Ввиду сложности картины волновых взаимодействий при ВП в ампуле измерение и расчет параметров нагружения затруднены. Однако если ввести некоторые допущения, то можно охарактеризовать картину нагружения и оценить параметры ударно-волнового сжатия. Для упрощения анализа в последующем не учитываются диссипативные потери при прохождении ударных волн в пористых средах. Картина нагрузка-разгрузка рассматривается в объеме ампулы без учета изменений с внешней стороны ампулы. Будут рассматриваться только случаи фронтального взаимодействия волн в объеме ампулы. Влияние давления со стороны забойки на изменение кинематических параметров в объеме ампулы не учитывается.

Характерной особенностью разработанного метода нагружения является двукратность сжатия обрабатываемого материала за исключением случаев с использованием схемы II с введением вкладышей, имеющих большую динамическую жесткость, чем материал частиц прессуемого порошка. Этот Кандидатская диссертация Сергеева И. В. случай будет рассмотрен отдельно. Первая фаза сжатия уплотняемого порошка в ампуле происходит со стороны ВВ продуктами детонации (рис. 2.4). При использовании в данном методе нагружения тонкостенных ампул за счет многократного отражения ударных волн давление в оболочке ампулы и продуктах детонации выравниваются, поэтому влиянием оболочки ампулы на изменение кинематических параметров можно пренебречь. Первая фаза сжатия заканчивается при достижении проходящей ударной волной плоскости симметрии ампулы (I-I), рис. 2.4. За фронтом этой волны сжатия порошок уплотнен до какой-то плотности, возможно до монолита, потому что динамический предел прочности металлополимеров высок (используемое в работе ВВ – аммонит марки 6ЖВ при детонации дает давление в продуктах более 4 ГПа).

Достигнув плоскости симметрии I-I, проходящая ударная волна сталкивается со встречной ударной волной и, отразившись от нее, движется в обратную сторону (вторая фаза сжатия, рис. 2.4). Параметры отражений ударной волны значительно больше, чем у проходящей, и если её давление превышает динамический предел прочности частиц сжимаемого порошка, то порошок уплотняется этой ударной волной до монолита. Как правило, давление в отраженной волне больше, чем в продуктах детонации. Поэтому, выйдя на границу раздела оболочка ампулы – продукты детонации, по последним пойдет ударная волна, а по спрессованному материалу – волна разгрузки, снимающая давление не до нуля, а до разности между давлением в отраженной волне и продуктах детонации.

Картина взаимодействия ударных волн в забойке значительно сложнее. Однако считается [127], что направление максимального градиента давления (при разлете продуктов детонации с косого среза) является нормалью к поверхности заряда, можно определить угол взаимодействия ударных волн в забойке. По известным диаграммам [117, 128] можно оценить уровень давления в результирующей ударной волне, действующей на оболочку ампулы со стороны забойки. Возможность осуществления столкновения ударных волн в ампуле под различными углами, а также использование вкладышей с различной динамической жесткостью позволит с помощью разработанного метода реализовать практически любые области состояния вещества.

Методы исследования структуры и свойств композиционных материалов Несмотря на неоднородность ударного сжатия металлополимерного порошка по сечению ампулы, при введении определенных допущений [97] был проведен численный расчет параметров нагружения, обеспечивающего равномерность обжатия порошка. На распределение давления в порошке и результат нагружения существенно влияют прочностные свойства и пористость обрабатываемого материала, учет которых необходим при выборе параметров ВП. Это особенно важно при обработке металлополимерных композиций, существенно отличающихся по прочности от металлов – материалов ампул. Совокупность технологических параметров ВВ влияет на уровень физических параметров ВП: силовых (давление в ударном фронте, Р) и энергетических (работу, совершаемую взрывом по общему обжатию ампулы Aн, работу, совершаемую ампулой при обжатии прессуемого порошкового материала Aв; энергию, передаваемую порошку в ударном фронте Еф) [97]. Физические параметры определяли с помощью компьютерных расчетов [97] ударно-волновых процессов.

Влияние параметров взрывного прессования на тепловое расширение КМ

При ВП-П изменения тонкой структуры, в связи с равнозначностью влияния ударного давления и энергий, характеризуются как меньшими деформациями, так и большими размерами кристаллитов. Поэтому ВП-Ш, способствующий образованию нанофаз в металлополимерных структурах, происходят преимущественно процессы высокоскоростного деформирования с дроблением исходных компонентов, что характеризуется высокой относительной микродеформацией (54,3-10"3) кристаллической решетки металла (табл. 3.5). При увеличении энергетической составляющей за счет нагрева происходит рекристаллизация, что проявляется в отсутствии микродеформаций и появлении зон мелких кристаллитов.

Результаты исследований показали, что повышение интенсивности ВП оказывает значительное влияние на характеристики тонкой структуры металла и практически не влияет на полимерную матрицу. С увеличением параметров с ВП-І до ВП-Ш в случае применения тугоплавкого, более прочного наполнителя (меди) наблюдается снижение микронапряжений и повышение размеров кристаллитов, в случае применения легкоплавкого, менее прочного алюминия наблюдается повышение микронапряжений и снижение размеров кристаллитов. Такие изменения структуры объясняются тем, что в процессе ВП частицы уплотняются с большой скоростью, при этом в процессе деформации и трения частиц друг о друга возникают локальные перегревы, которые способствуют частичной релаксации внутренних напряжений. Поэтому при ВП-І разогрев недостаточен для завершения процессов релаксации, а ВП-Ш приводит к перегреву КМ, а, следовательно, к повышению дефектности структуры. механических свойств КМ за счет структурных изменений эффективно определение микротвердости, которая является интегрированным показателем микромеханических свойств материалов. Микротвердость исследовалась на прессовках металлополимерных КМ с различным содержанием металлов, полученных при различных условиях ВП (рис. 3.36). При использовании ВП-I уплотнение композиционной смеси, независимо от типа металла (никель, алюминий, медь, бронза) осуществляется квазистатически и повышения твердости не происходит (рис. 3.36, кривые 1). При ВП-II в КМ наблюдается равномерное повышение микротвердости по радиусу с 0,5 ГПа до 1,9-2,3 ГПа (рис. 3.36, кривые 2), начиная с 40 % содержания металла, что свидетельствует об интенсивном импульсном взаимодействии упрочняющей фазы со сваркой частиц и образованием металлического каркаса.

Интенсивное повышение микротвердости КМ до 1,5-3,5 ГПа происходит только при содержании в них металла от 50 до 90 % (рис. 3.36, кривые 2, 3), что обусловлено наноструктурированием в центральной зоне прессовки после ВП-III. При более низких концентрациях металла (рис. 3.37) интенсивного повышения твердости не происходит, так как ВП КМ определяется уплотнением полимера, твердость которого мало зависит от режимов ВП [96]. Независимо от типа металла повышение микротвердости обусловлено несколькими факторами: концентрацией металлических частиц, уровнем ударного давления и энергией взрыва. Вариация твердости в широких пределах (от 2,0 до 3,5 ГПа, рис. 3.36, кривые 3) связана с неоднозначностью влияния ударных давлений и энергий на структуру КМ. Если образование наноструктур осуществляется по режиму I, то преимущественно происходит наклеп и дробление компонентов смеси, что приводит к повышению дефектности структуры и реализации максимальной твердости (рис. 3.37, кривые 1). Если образование наноструктур осуществляется по режиму II, то происходит больший разогрев смеси, что сопровождается отжигом, деструктивно-рекомбинационными процессами в полимере и образованием переплавов в виде нагрев из-за высокой пористости в некоторых объемах прессовки все-таки приводит к лучшему взаимодействию компонентов смеси по сравнению со статическим прессованием, когда прочность снижается более интенсивно [96]. Как следует из полученных зависимостей, по степени повышения прочности КМ при равных условиях, наполнители располагаются в следующем порядке: никель, бронза, что связано не только с повышением адгезионной активности металлов, о чем изложено выше, но и с несколько отличающейся дисперсностью частиц и развитостью их поверхностей, а также с различием их атомного строения [9].

Исследование механических характеристик металлополимерных КМ на основе ПИ показало аналогичные результаты. Прочность при разрыве материалов после ВП-II выше, чем после ВП-I (рис. 3.39). Причем, чем выше концентрация наполнителя, тем сильнее влияние ВП. Так, при концентрации наполнителя 10 % прочность после ВП-II в 1,4 раза выше, чем после ВП-I, а при 50 % наполнении она увеличивается в 5-6 раз, что особенно ценно при создании высоконаполненных КМ (50 % и более). Такое значительное увеличение прочности обусловлено как повышением адгезионного взаимодействия между

Установлено, что ВП с использованием различных параметров взрывного воздействия (ВП-I, ВП-II, ВП-III), позволяет регулировать степень уплотнения, структуру, адгезионное взаимодействие и физико-механические свойства металлополимерных композиционных материалов. Применение ВП-I не обеспечивает получение металлополимерных композиционных материалов с высокими механическими свойствами в результате низкого адгезионного взаимодействия между матрицей и наполнителем, что приближает их свойства к получаемым статическим прессованием. Наиболее высокими физико-механическими свойствами обладают композиты после ВП-II (оптимальных параметров), что обеспечивается исходной пористостью смеси 20-30 % и высоким адгезионным взаимодействием между компонентами композиционных материалов и подтверждается образованием новых соединений РФА и ЭДА. Определены количественные критерии параметров взрывного прессования для достижения предельного уплотнения, трансформации металлополимерных порошковых смесей в армированный композит с образованием в результате сварки частиц металла армирующей фазы (металлического каркаса) и получения наноструктурных композиционных материалов.

Похожие диссертации на Формирование структуры и свойств создаваемых взрывным прессованием высоконаполненных металлополимерных композитов на основе фторопласта-4 и полиимида