Деформативные свойства серных композиционных материалов на аппретированном кварцевом наполнителе | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №10 (90) май-2 2015 г.

Дата публикации: 12.05.2015

Статья просмотрена: 15 раз

Библиографическое описание:

Жуков А. В., Шитова И. Ю., Самошина Е. Н. Деформативные свойства серных композиционных материалов на аппретированном кварцевом наполнителе // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 205-207. — URL https://moluch.ru/archive/90/18639/ (дата обращения: 24.06.2018).

В работе представлены закономерности влияния концентрации аппрета, продолжительности изотермической выдержки и объёмной степени наполнения на деформативные свойства серных композитов на аппретированном кварцевом наполнителе.

Ключевые слова: серные композиты, деформативные свойства.

 

В работе приведены результаты исследования влияния концентрации аппрета (каучука марки СКДН-Н), продолжительности изотермической выдержки и объёмной степени наполнения на деформативные свойства серных композитов на аппретированном кварцевом наполнителе. Определение влияния указанных факторов на модуль упругости, модуль деформации и прогиб при максимальной нагрузке проводили с применением метода математического планирования эксперимента. Для этого был спланирован и реализован полный трехфакторный эксперимент. В качестве варьируемых факторов были выбраны следующие рецептурно-технологические факторы (табл. 1): Х1 — продолжительность изотермической выдержки, ч; Х2 — концентрация раствора аппрета, %; Х3 — объёмная доля кварцевой муки с Sуд =180 м2/кг.

Таблица 1

Матрица планирования эксперимента в кодовом и натуральном выражениях

№ п/п

Значения факторов в кодовом выражении

Значения факторов в натуральном выражении

X1

X2

X3

X1

X2

X3

1

-1

-1

-1

1

10

0,3

2

1

-1

-1

3

10

0,3

3

-1

1

-1

1

50

0,3

4

1

1

-1

3

50

0,3

5

-1

-1

1

1

10

0,4

6

1

-1

1

3

10

0,4

7

-1

1

1

1

50

0,4

8

1

1

1

3

50

0,4

 

Значения модуля упругости, модуля деформации и прогиба при максимальной нагрузке для исследуемых составов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения модуля упругости, модуля деформации и прогиба при максимальной нагрузке для исследуемых составов

№ п/п

Модуль упругости, МПа

Модуль деформации, МПа

Прогиб при максимальной нагрузке, мм

1

6492

1688

0,032

2

18870

2796

0,060

3

7640

2069

0,039

4

19789

3500

0,096

5

10320

1601

0,030

6

23156

2179

0,030

7

11203

2634

0,042

8

24333

3710

0,070

 

Расчёт коэффициентов уравнений регрессии и их статистический анализ проводился на ЭВМ с помощью программного комплекса «Градиент»:

— для модуля упругости, МПа

;                                        (1)

– для модуля деформации, МПа

;                                                  (2)

– для прогиба при максимальной нагрузке, мм

.                                 (3)

Анализ уравнения регрессии (1) показывает, что увеличение концентрации аппрета (фактор Х2) и продолжительности изотермической выдержки (фактор Х1), а также объёмной доли (фактор Х3) приводит к повышению модуля упругости. Необходимо отметить, что с увеличением продолжительности изотермической выдержки происходит переход кристаллических модификаций серы в полимерную [1], которая имеет более высокие показатели деформативных свойств (модуль упругости меньше). Отсюда целесообразно предположить, что фактор Х1 будет оказывать отрицательное влияние на исследуемые свойства композитов. Однако этого не наблюдается, что можно объяснить следующим образом. В процессе изготовления серного материала на аппретированном кварцевом наполнителе происходит серная вулканизация аппрета, в результате образуется слой вулканизата, объёмные деформации которого практически обеспечивает свободную усадку оболочки серы [2]. Это, в свою очередь, создаёт предпосылки для формирования кристаллической структуры серы в равновесных условиях, имеющей менее дефектную структуру, а, следовательно, с наименьшим количеством напряжённых элементов в композите.

Наибольший модуль упругости имеют составы, изготовленные на кварцевой муке, обработанной высококонцентрированными растворами аппрета (0,6 и 1 % от массы серы) и подвергшиеся изотермической выдержке в течение 2…3 ч: 19000….24000 МПа.

Из уравнения регрессии (2) видно, что исследуемые факторы оказывают на модуль деформации аналогичное влияние, которое также объясняется в рамках выше приведенной физической модели.

Аппретирование поверхности наполнителя (фактор Х2) и продолжительность изотермической выдержки (фактор Х1) приводит вследствие увеличения количества полимерной составляющей (образования полимерной серы и вулканизата) к повышению величины прогиба при максимальной нагрузке (уравнение (3)). Введение наполнителя (фактор Х.3) изменяет при прочих равных температурно-временных условиях содержание полимерной фазы (рис. 1). Для расчёта количества полимерной составляющей принята следующая модель

,

где – объёмная доля полимерной составляющей; – коэффициент, характеризующий образование полимерной серы в принятых температурно-временных условиях; – толщина аппрета (вулканизата); – удельная поверхность наполнителя; – средняя плотность наполнителя.

С учетом  количество  определится

.

Из рис. 1 видно, что с увеличением объёмной степени наполнения количество полимерной составляющей уменьшается. Это и обусловливает антогонистическое влияние и весомость фактора Х.3.

Рис. 1. Зависимость количества полимерной составляющей от степени наполнения материала (при )

 

Литература:

 

1.                  Патуроев В. В. Серные бетоны и бетоны, пропитанные серой [Текст] / В. В. Патуроев, А. Н. Волгушев, Ю. И. Орловский // Обзорная информация. — М.: ВНИИИС. — Вып. 1, 1985. — 58 с.

2.                  Шитова И. Ю. Внутренние напряжения в наномодифицированных серных композиционных материалах [Текст] / Е. Н. Самошина, К. Н. Махамбетова // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1; URL: http://www.science-education.ru/121–17131.

Основные термины (генерируются автоматически): изотермическая выдержка, модуль деформации, максимальная нагрузка, модуль упругости, объемная доля, аппретированный кварцевый наполнитель, кварцевая мука, натуральное выражение, Значение модуля упругости, прогиб.


Ключевые слова

серные композиты, деформативные свойства.

Похожие статьи

К вопросу определения значений кратковременных модулей...

Рис. 1. Зависимость модуля упругости и коэффициента уплотнения глинистых грунтов (объект в районе III.Р.3): 1 — измеренные значения динамического модуля упругости Ед; 2...

Исследование механических свойств серных композиционных...

Основные термины (генерируются автоматически): изотермическая выдержка, концентрация аппрета, кварцевая мука, кварцевый наполнитель

сера, серный композит, дисульфид кремния, прочность, кварцевый наполнитель, апперт, аппретированная кварцевая мука.

Исследование технологических свойств серных композитов на...

предельное напряжение сдвига, изотермическая выдержка, кварцевая мука, серная мастика, функция вида, мастика, коэффициент, концентрация аппрета, газовая фаза, аппретированная кварцевая мука.

Математическая модель для определения модуля упругости...

Определяется модуль упругости, потому что в композиционной конструкции соотношение модуля упругости к массе определяет эффективность конструкции.

Рассматриваются стенки ячейки как консольные балки. С помощью метода энергии определяется деформации балки.

Исследование электрических свойств композитного углеродного...

Комбинируя объемное содержание матрицы и наполнителя, можно получать композитные материалы с требуемыми значениями прочности, модуля упругости, жаропрочности и т. п.. Композиты обладают комплексом конструкционных и специальных свойств...

Численное моделирование задач изгиба и колебаний вязкоупругих...

Если же используется гипотеза об упругости объемных деформации, тогда для изгибающих и крутящего моментов справедливы зависимости.

K=E/3(1- 2µ) — объемный модуль упругости; h — толщина пластины.

Учет влияния длительности действия нагрузки и вязкости битума...

Кроме того, модуль упругости асфальтобетона может быть применен в расчетах дорожных одежд по критерию упруго пластической деформации. В этом случае найденные через модуль упругости обратимые деформации суммируются с пластическими...

К оценке напряженно-деформированного состояния конических...

E0, – модуль упругости и коэффициент Пуассона для линейно упругого материала [1, с 26-29]; Ес – секущий модуль деформации. Погонные усилия (рис.1) на единицу длины армированный оболочки относительно срединной поверхности определим зависимостями.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

К вопросу определения значений кратковременных модулей...

Рис. 1. Зависимость модуля упругости и коэффициента уплотнения глинистых грунтов (объект в районе III.Р.3): 1 — измеренные значения динамического модуля упругости Ед; 2...

Исследование механических свойств серных композиционных...

Основные термины (генерируются автоматически): изотермическая выдержка, концентрация аппрета, кварцевая мука, кварцевый наполнитель

сера, серный композит, дисульфид кремния, прочность, кварцевый наполнитель, апперт, аппретированная кварцевая мука.

Исследование технологических свойств серных композитов на...

предельное напряжение сдвига, изотермическая выдержка, кварцевая мука, серная мастика, функция вида, мастика, коэффициент, концентрация аппрета, газовая фаза, аппретированная кварцевая мука.

Математическая модель для определения модуля упругости...

Определяется модуль упругости, потому что в композиционной конструкции соотношение модуля упругости к массе определяет эффективность конструкции.

Рассматриваются стенки ячейки как консольные балки. С помощью метода энергии определяется деформации балки.

Исследование электрических свойств композитного углеродного...

Комбинируя объемное содержание матрицы и наполнителя, можно получать композитные материалы с требуемыми значениями прочности, модуля упругости, жаропрочности и т. п.. Композиты обладают комплексом конструкционных и специальных свойств...

Численное моделирование задач изгиба и колебаний вязкоупругих...

Если же используется гипотеза об упругости объемных деформации, тогда для изгибающих и крутящего моментов справедливы зависимости.

K=E/3(1- 2µ) — объемный модуль упругости; h — толщина пластины.

Учет влияния длительности действия нагрузки и вязкости битума...

Кроме того, модуль упругости асфальтобетона может быть применен в расчетах дорожных одежд по критерию упруго пластической деформации. В этом случае найденные через модуль упругости обратимые деформации суммируются с пластическими...

К оценке напряженно-деформированного состояния конических...

E0, – модуль упругости и коэффициент Пуассона для линейно упругого материала [1, с 26-29]; Ес – секущий модуль деформации. Погонные усилия (рис.1) на единицу длины армированный оболочки относительно срединной поверхности определим зависимостями.

Задать вопрос