Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время изделия из полимерных композиционных материалов (ПКМ) находят все большее применение в промышленности, особенно в авиационной техники, благодаря уникальному сочетанию прочностных характеристик и малому удельному весу.
В производстве изделий из ПКМ, как правило, используется металлическая оснастка (пресс-форма), получение которой требует сложного, дорогостоящего аппаратурного оформления и числового программного управления.
При формовании изделий из полимерных композиционных материалов необходимо поддерживать температуру и давление в твердеющей системе. В получении композитов, с использованием металлической оснастки, данные условия достигаются при помощи метода автоклавного формования, что приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам.
Представляет интерес разработка пластичного и электропроводящего материала, который может быть использован в качестве основы для нагревательной оснастки. Такая оснастка не только позволит формовать под давлением изделия любой формы, но и обеспечит необходимый температурный режим формования без внешних источников тепла. Такой режим будет поддерживаться непосредственно электропроводящим материалом при подводе к нему электроэнергии. Применение такого материала обеспечит безавтоклавный нагрев оснастки, при формовании изделий из ПКМ, что может привести к снижению материальных и энергетических затрат.
Данная работа направлена на разработку пластичного и электропроводящего материала и, как следствие, на удешевление и упрощения получения оснастки, предназначенной для формования изделий из ПКМ.
Цель работы. Разработать состав и метод приготовления композиционного материала с широким диапазоном величин по механическим и электропроводящим свойствам.
Научная новизна. Обосновано использование неорганического вяжущего материала на основе оксида магния с введением армирующей добавки, на основе углерода. Установлена температура термообработки неорганического вяжущего (оксида магния) равная 1020 К и определено содержание упрочняющей добавки (оксида кремния) в составе цементного связующего равное 30 мае. %, что позволило увеличить прочность на сжатие исходного магнезиального цемента в 1,4 раза.
Экспериментально установлено, что введение в качестве армирующей добавки рубленного углеродного волокна марки ВМН-4 в диапазоне концентраций от 1-1,5 мае. % приводит к увеличению механических характеристик полученного материала на сжатие дополнительно в 1,3 раза, а на изгиб более чем в 2 раза.
В результате проведенных исследований влияния армирующей добавки на механические свойства полученного материала, определен кислотно-основной характер адгезионного взаимодействия между наполнителем (углеродное волокно) и связующим (магнезиальный цемент), на основе которого установлены условия поверхностного модифицирования углеродного наполнителя, приводящие к резкому увеличению механических характеристик полученного материала на сжатие дополнительно в 1,2 раза, а на изгиб дополнительно в 1,4 раза, при содержании углеродного волокна в композите от 1-1,5 мае. %.
Было показано, что в результате введения армирующих компонентов (графита марки ГСМ, и рубленного углеродного волокна марки ВМН-4) можно регулировать удельное электросопротивление полученного материала в широком диапазоне величин от 1200 - 34 ом*см.
По данным метода дериватографического анализа определена термостойкость полученного материала (максимальная температура эксплуатации) при температуре до 770 К.
Разработана новая рецептура и метод получения неорганического нагревательного композиционного материала на основе оксида магния.
Практическая значимость. В результате проведенных испытаний в ОКБ «Сухого» установлено, что полученный композиционный материал на основе оксида магния по механическим и электропроводящим свойствам, а также по термостойкости соответствует материалу, который может быть использован в качестве основы для создания нагревательной оснастки в производстве полимерных композиционных материалов.
По данным сравнительного анализа показано, что материал на основе оксида магния дешевле и легче материалов, которые используются для получения металлической оснастки (сталь марки 30 ХГСА и сплав алюминия марки АК-4). Стоимость нового полученного композиционного материала дешевле: в 2,5 раза стали ЗОХГСА, в 8 раз сплава алюминия марки АК-4; удельный вес нового полученного композиционного материала меньше: в 6 раз стали ЗОХГСА, в 2 раза сплава алюминия марки АК-4.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 8-й Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии» (Москва, 2004).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатных работы, из них 2 статьи в сборнике научных трудов «Успехи в химии и химической технологию), 1 статья в сборнике научных трудов «Процессы и методы химической технологии неорганических веществ».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (114 наименований) и приложения. Материал изложен на 93 страницах машинописного текста и содержит 17 рисунков и 17 таблиц.
