Разработка новых материалов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Исследование влияния добавок на теплофизические свойства парафинсодержащих дисперсных систем
Статья научная
Введение. Особый интерес для исследования представляют собой дисперсные системы многофазные системы, состоящие из множества мельчайших частиц, равномерно распределенных в жидкой, газообразной или твердой средах. Дисперсными системами является большинство окружающих нас реальных тел: почва, тела растительного и животного мира, облака и туманы, многие продукты промышленных производств, в том числе строительные материалы, металлы, полимеры, бумага, кожа, ткани и продукты питания. Дисперсные системы обладают многими необычными физическими свойствами, которые требуют отдельного изучения и имеют большое значение на практике. Методы и материалы. В данной статье изучено влияние ионообразующих добавок на теплофизические свойства парафинсодержащих дисперсных систем. Широкое применение ионообразующих добавок связано с рядом положительных особенностей. Ионообразующие добавки новый вид модификаторов кристаллической твердой фазы и жидких кристаллов, существенно влияют на процесс образование мицелл парафина в дисперсных парафинсодержащих средах. Поэтому исследования по их воздействию на процессы зарождения и роста кристаллов представляют особый интерес. В ходе исследований были подготовлены образцы с различными ионообразующими добавками и получены температурные зависимости диэлектрической проницаемости для дисперсных систем петролатум метилэтилкетон водного раствора NaCl и KCl. В качестве вида модели выбраны полиномиальные модели, которые широко применяются при обработке различных данных, в том числе и экспериментальных, а также являются эффективным инструментом при решении широкого круга научно-технических задач. Результаты и обсуждение. Установлено, что повышение степени кристалличности твердой фазы при введении добавок связано со снижением поверхностного натяжения и увеличения вторичного зародышеобразования. Получена универсальная регрессионная зависимость проницаемости, позволяющая описывать экспериментальные результаты с достоверностью аппроксимации 0,99. Заключение. Анализ полученных результатов показал достоверность рассматриваемых регрессионных моделей и применимость их на практике, а также в дальнейших исследованиях динамики процесса в дисперсных системах и процесса зарождения и роста кристаллов.
Бесплатно
Исследование влияния наноуглеродных наполнителей на морфологию эпоксидного связующего
Статья научная
Введение. При разработке композиционного материала важно понимать, как компоненты, входящие в его состав, влияют на свойства. Наполнители, взаимодействуя с матрицей, могут изменять ее исходную структуру, за счет чего композит приобретает отличные от матрицы характеристики, что дает возможность создавать композиционные материалы с заданными физико-механическими свойствами. Высокая модифицирующая способность нанонаполнителей определяется значительной удельной площадью поверхности. Это дает возможность при относительно небольшой концентрации частиц перекрывать суммарную площадь границ раздела между матрицей и дисперсной фазой даже при использовании небольшого количества наполнителя. Методы и материалы. Изучались композиционные материалы с наноуглеродными наполнителями, в качестве которых использовали фуллерены, нанотрубки и графен. Для оценки структуры композитов выбрано фрактографическое исследование изломов образцов на растяжение, которое позволяет определить характер разрушения и способность композита сдерживать рост трещин. Микроструктура композиционных материалов, а также морфология упрочняющих наноуглеродных наполнителей исследовались на растровом электронном микроскопе Tescan MIRA3. Результаты и обсуждение. В композите с графеном энергия трещины рассеивается за счет ветвления и удлинения пути ее развития. Углеродные нанотрубки, закрепившись в стенах трещины, препятствуют раскрытию ее берегов. Энергия трещины также расходуется на преодоление сил трения при вытягивании УНТ из эпоксидной матрицы. Агломераты фуллере-нов являются эффективными местами задержки фронта трещины, вынуждая его огибать себя, в результате чего образуются новые площади поверхностей разрушения. При этом происходит увеличение длины фронта и рост энергии, необходимой для разрушения материала. Заключение. Добавление наноуглеродных наполнителей (графена, УНТ и фуллеренов) как армирующих компонентов в эпоксидное связующее способствует изменению его структуры. Установлены вероятные механизмы упрочнения композиционных материалов при добавлении в них наноуглеродных наполнителей.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В рамках решения задачи создания нового класса материалов для строительных аддитивных технологий - цементных композитов, армированных высокопрочными волокнами, - в работе представлены результаты экспериментальных исследований прочности адгезионного соединения цементных матриц и армирующих волокон, отличающихся химическим составом, диаметром и прочностью на разрыв. Методы и материалы. Исследования реологических характеристик цементных систем проводились методами сдвиговой и сдавливающей реометрии, методика микромеханических испытаний определения прочности адгезионного соединения «цементная матрица - армирующее волокно» основана на тесте pull-up - выдергивании волокна из слоя цементной матрицы, после проведения испытаний на выдергивание для всех исследованных систем произведена оценка микроструктуры поверхности контакта «цементная матрица - армирующее волокно» с использованием сканирующего электронного микроскопа Thermo Scientific™ Phenom™ Desktop SEM, также определен предел прочности при сжатии образцов цементного камня на испытательной машине INSTRON Sates 1500HDS. Результаты и обсуждения. Установлено, что сочетание высоких прочностных характеристик матриц, волокон и адгезионного соединения на границе их контакта позволит обеспечить необходимые прочностные характеристики армированных конструкционных композитов. В системах «цементная матрица - углеволокно» значение адгезионной прочности составляет 9-11 МПа; в системах «цементная матрица - металлокорд» значение адгезионной прочности составляет 3-4 МПа. Заключение. Рациональными вариантами сочетаний компонентов «цементная матрица - армирующее волокно» являются матрицы с модификаторами вязкости, содержащими нано- и микроразмерные частицы SiO2 (комплексная наноразмерная добавка и метакаолин), в качестве армирующих волокон можно рекомендовать использование углеволокна и металлокорда. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цементные композиты, аддитивные технологии, реология дисперсных систем, модифицирование структуры, армирование, адгезионная прочность.
Бесплатно
