Исследование деформационно-прочностных свойств полимерной нанокомпозиции на основе эластомера Ф-40

Проведены       экспериментальные       исследования деформационно-прочностных       свойств       полимерной нанокомпозиции на основе эластомера Ф-40. В качестве наполнителей использовали нанопорошки алюминия и меди в различных концентрациях.

Experimental research of deformation and strength properties of polymer nanocomposite based on elastomer F-40 were made. As fillers used nanopowders of aluminum and copper in various concentrations.

Перспективным методом восстановления посадочных мест подшипников в корпусных деталях является их восстановление с использованием полимерных материалов. Дешевизна, отсутствие фреттинг-коррозии посадочных мест, снижение контактных напряжений определяют высокую эффективность использования полимерных материалов при ремонте машин.

Одним из направлений для повышения эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников является разработка полимерных композиционных материалов (ПКМ). В настоящее время все более широкое применение получают ПКМ на основе дисперсных наполнителей. Введение таких наполнителей увеличивает статическую прочность, теплопроводность, обеспечивает заданные потребительские свойства [1]. Представляет научный и практический интерес исследование влияния наноразмерных наполнителей на деформационно-прочностные свойства полимерных композиционных материалов.

Цель эксперимента – исследование деформационнопрочностных свойств полимерной нанокомпозиции на основе эластомера Ф-40 при различной концентрации наполнителей.

Проведены экспериментальные исследования деформационно-прочностных свойств полимерной нанокомпозиции на основе эластомера Ф-40. Наполнителем служили нанопорошки алюминия (Al) и меди (Cu). Среднеарифметический размер частиц алюминия составляет 100 нм, меди – 75 нм [2].

Деформационно-прочностные свойства композиции исследовали на образцах, представляющих собой полимерные пленки прямоугольной формы размером 60х14х0,2 мм. Расчетная длина образца составляла 40 мм. В качестве подложки при изготовлении пленок использовали пластину из фторопласта. Геометрические размеры пленки обеспечивали стальной рамкой трафаретом с тремя окнами для пленок. Рамку накладывали на фторопластовую пластину и заполняли её, нанося композицию послойно волосяной кистью №5. Отверждение образцов проводили в сушильном шкафу СНОЛ-3.5,3.5,3.5/3 при температуре 140 °С в течение 2,5 ч.

Деформационно-прочностные свойства пленок оценивали по следующим показателям: прочность при одноосном растяжении σр, относительное удлинение ε, и удельная работа разрушения при разрыве пленки α. Разрушающее напряжение и деформацию образцов определяли на разрывной машине ИР-5047-50.

Исследовали следующие составы композиции: эластомер Ф-40 – 100 массовых частей, алюминий – 1; 2; 3 масс. ч., медь – 0,6; 1,6; 2,6 масс. ч.

На рис. 1 и рис. 2 показана зависимость деформации ε и прочности σ_р образца от концентрации наполнителей. Как видно из рисунков наибольшую деформацию имеют образцы с концентрацией нанопорошка 2 масс. ч. Al и 1,6 масс. ч. Cu. Наибольшую прочность имеют образцы с концентрацией наполнителей 2 масс. ч. Al и 2,6 масс. ч. Cu. В сравнении с чистым полимером, для которого при данных температуре и времени отверждения σ р =10,3Мпа, ε=96%, по прочности выигрыша не наблюдается, а деформация в 1,95 раза больше у композиции при концентрации наполнителей 2 масс. ч. Al и 1,6 масс. ч. Cu чем у чистого полимера. Так же более высокую деформацию имеют образцы с концентрацией 1 масс. ч. Al, 0,6 масс. ч. Cu и 1 масс. ч.

Al, 2,6 масс. ч. Cu – в 1,2 и 1,26 раза выше чем у чистого полимера соответственно.

Рис. 1. Зависимость деформации ε образца от концентрации наполнителей

Рис. 2. Зависимость прочности при одноосном растяжении σ р образца от концентрации наполнителей

Долговечность неподвижных соединений, восстановленных полимерным материалом зависит от деформационно-прочностных свойств полимеров. Одни материалы имеют высокую прочность, но небольшую деформацию, а другие – высокую деформац ию, но Агротехника и энергообеспечение. – 2014. – № 1 (1) 349

низкую прочность. В данном случае целесообразно выбор полимерных материалов для восстановления подшипниковых узлов осуществлять по удельной работе разрушения. Чем больше значения удельной работы разрушения, тем выше долговечность материала при динамическом нагружении. На рис. 3 показана зависимость удельной работы разрушения α образцов от концентрации наполнителей.

Рис. 3. Зависимость удельной работы разрушения α образца от концентрации наполнителей

Характер зависимостей аналогичен зависимостям деформации от концентрации наполнителей (рис. 1). Наибольшую удельную работу разрушения, превышающую удельную работу разрушения чистого полимера (для которого α=6,88 МДж/м3) в 1,8 раза, имеет образец с концентрацией наполнителей 2 масс. ч. Al и 1,6 масс. ч. Cu. Высокую удельную работу разрушения, большую чем у ненаполненного полимера в 1,3 раза, имеют образцы с концентрациями 1 масс. ч. Al, 0,6 масс. ч. Cu и 1 масс. ч. Al, 2,6 масс. ч. Cu. Так же из рисунка видно, что при концентрации алюминия 3 масс. ч. при увеличении концентрации меди удельная работа разрушения уменьшается.

Исследования показали перспективность нанокомпозиций на основе эластомера Ф-40. Образцы полимерных пленок с исследованными составами композиции имеют более высокие деформационно-прочностные показатели, чем у ненаполненного полимера. Применение нанокомпозиций на основе эластомера Ф-40 при восстановлении посадочных мест подшипников позволит увеличить долговечность подшипниковых узлов.