УДК 678.743.4:539.2/.8:534.28

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕССОВАНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА МОДИФИЦИРОВАННОГО НИТРИДОМ БОРА

 

INVESTIGATION OF INFLUENCE OF ULTRASONIC PRESSING ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE MODIFIED POLYTETRAFLUOROETHYLENE BORON NITRIDE

 

Негров Д. А., Еремин Е. Н., Фисенко В. И., Крутько А. А.

(ОмГТУ, г. Омск, РФ)

Negrov D. A., Eremin E. N., Fisenko V. I., Krutko A. A.

(Omsk State Technical University)

 

Рассмотрено влияние ультразвуковых колебаний на механические свойства политетрафторэтилена модифицированного нитридом бора.

 

Considered the influence ultrasonic vibrations on the mechanical properties of the modified polytetrafluoroethylene boron nitride.

 

Ключевые слова: полимерный композиционный материал, политетрафторэтилен, механические свойства, ультразвуковые колебания, нитрид бора, модифицирование.

Key words:  polymer composite material, polytetrafluoroethylene, mechanical properties, ultrasonic vibration, boron nitride, modification.

 

Ультразвуковое воздействие (УЗВ) может быть успешно использовано при твердофазной технологии получения (синтезе) полимерных композиционных материалов (ПКМ). Особенно это актуально для диспернонаполненных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) [1].

Это обусловлено тем, что возможности структурной модификации ПТФЭ за счет введения в полимерную матрицу наполнителей различного типа уже в значительной степени исчерпаны. Совершенствование технологии получения ПТФЭ в направлении приложения ультразвука большой интенсивности непосредственно при прессовании композита позволяет достичь существенного повышения его механических свойств [2,3].

Цель работы – исследование влияния ультразвукового прессования на механические свойства политетрафторэтилена модифицированного нитридом бора при его синтезе.

Методика эксперимента. Объектом исследования является полимерный композиционный материал (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированный гексагональным нитридом бора (h-Nb). Для исследований были выбраны следующие концентрации гексагонального нитрида бора в политетрафторэтилене: 0,5; 1,0; 3,0; 5,0 и 10,0 масс. %.

Образцы для исследований получали по технологии холодного прессования шихты, состоящей из порошкообразного политетрафторэтилена с наполнителем, смешанной в мельнице при частоте вращения ножей 7800 мин–1. Для изготовления образцов использовалась специальная экспериментальная установка на базе гидравлического пресса [2].

При прессовании с использованием энергии ультразвуковых колебаний порошок полимерного композиционного материала  засыпается в пресс-форму, закрепленную на шаровой опоре. Ультразвук включается одновременно с касанием волновода-пуансона поверхности порошка. При этом ультразвуковые колебания передаются пресс-форме и всей массе порошка. Усилие прессования составляло 54 МПа, время прессования 60 секунд, амплитуда колебаний волновода-пуансона 16 мкм. После ультразвукового прессования образцы подвергались термообработке (спеканию) при температуре 360 оС.

Соблюдая те же режимы прессования, для сравнения, изготавливали образцы по традиционной технологии без воздействия ультразвуковых колебаний.

Для исследования механических свойств применялась разрывная машина Р 0,5 ГОСТ 11262 - 80 прошедшая аттестацию. Испытания образцов на растяжение проводились со скоростью деформации 20 мм/мин.

Результаты исследований и их обсуждение. В результате проведенных исследований было установлено, что зависимость предела прочности ПКМ от содержания h-NB для образцов, изготовленных по обычной технологии и с наложением ультразвуковых колебаний, имеют одинаковый характер с экстремумом при концентрации h-NB 5 мас. % (рисунок 1).

Рисунок 1 –  Зависимость предела прочности от концентрации гексагонального нитрида бора (h-NB)

При этой концентрации имеют место и наибольшие  значения предела прочности, которые при воздействии ультразвуковых колебаний повышаются с 24,3 МПа до 26,8 МПа, что составляет 10,3%.

Относительное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства материала, при наложении ультразвуковых колебаний снижается (рисунок 2).

Рисунок 2 – Зависимость относительного удлинения от концентрации гексагонального нитрида бора (h-NB)

 

Характер кривых для образцов изготовленных по традиционной технологии изготовления ПКМ и с наложением ультразвуковых колебаний абсолютно идентичен. Относительное удлинение для обоих способов изготовления ПКМ с увеличением концентрации нитрида бора снижается, для традиционного способа с 315,8 до 260,4 % и с 282,5 до 231,3% для технологии с наложением ультразвука. Наибольшее уменьшение относительного удлинения с 305,4 до259,7% наблюдается также при 5 мас. % и составляет 17,6%.

Построенные по этим результатам концентрационные зависимости приведены на рисунке 3.

 

 

Рисунок 3 – Зависимость модуля упругости от концентрации гексагонального нитрида бора (h-NB)

 

Анализ зависимостей модуля упругости образцов изготовленных по обычной технологии и с наложением ультразвуковых колебаний показал, что значительное повышение модуля упругости достигается при концентрации нитрида бора 5 мас. %. Дальнейшее повышение концентрации h-NB в ПТФЭ не приводит к существенному увеличению модуля упругости. Введение ультразвуковых колебаний, в ПТФЭ с 5 мас. % h-NB, приводит к увеличению модуля упругости на 18,1% (с 295,7 до 360,2 МПа).

Вывод. В результате проведенных исследований установлено, что модифицирование ПТФЭ гексагональным нитридом бора в количестве 5 мас. % оказывает существенное влияние на прочностные и пластические свойства ПКМ. Воздействие ультразвуковых колебаний на ПТФЭ модифицированный нитридом бора в процессе прессования вызывает значительное изменение механических свойств материала,  при этом модуль упругости увеличивается на 18,1%, предел прочности на 10,3%, а относительное удлинение уменьшается на 17,6%.

 

Список использованных источников

1. Машков Ю. К. Влияние энергии ультразвуковых колебаний на структуру и свойства полимерных композиционных материалов / Ю. К. Машков, Е. Н. Еремин, Д. А. Негров // Материаловедение. – 2013. – №3. С 42 – 45.

2. Негров Д. А. Исследование влияния ультразвуковых колебаний на структуру и механические свойства полимерного композиционного материала / Д. А. Негров, Е. Н. Еремин //  Омский научный вестник. – 2011. – № 2. – С. 17 – 20.

3.  Негров Д. А. Разработка ультразвукового инструмента для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов / Д. А. Негров, Е. Н. Еремин //  Технология машиностроения. – 2012. – № 5. – С. 44–47.