КОМПОЗИТИ НА БАЗІ ПТФЕ І СУПЕРТОНКОГО БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА

автор **Admin** Пт Бер 20, 2015 8:01 pm

Старченко С. І
Полтавський університет економіки і торгівлі
Доманцевич Н.І. д.т.н., проф.
Львівська комерційна академія
Зубко Ю.Є.
Інститут Проблем Матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України.

В роботі досліджено полімерні композиційні матеріали на основі ПТФЕ і подрібненого базальтового супертонкого волокна (БСТВ). Політетрафторетилен (ПТФЕ, Ф-4) і композити на його основі широко використовують для виготовлення герметизуючих і триботехнічних виробів у статичних і рухомих з’єднаннях. В залежності від необхідних експлуатаційних характеристик кінцевого композиту, в якості модифікаторів структури ПТФЄ використовують різноманітні волокнисті, дисперсні та ультрадисперсні наповнювачі. Значний інтерес становить використання наповнювача з базальтового волокна (БВ). Ефективність цього наповнювача в різних полімерних матрицях підтверджена рядом досліджень [1, с. 32-38, 2, с. 59; 9, с. 94]. Наявних даних стосовно армування ПТФЕ з допомогою БВ недостатньо. Однак відома інформація про введення наповнювача у кількості до 5 % мас (середня довжина БВ 30-90 мкм, діаметр 8-10 мкм). Також проводилися дослідження з механоактивації поверхні БВ. Цей підхід покращує адгезію матриці до поверхні волокна [3, с. 405, 4, с. 31-32].
Ціллю роботи є модифікація структури ПТФЕ з допомогою БСТВ, дослідження впливу наповнювача на фізико-механічні властивості композиту.
Дослідження зразків на розрив (механічна міцність і відносне подовження) були проведені на розривній машині Р-0,5 в сертифікованій лабораторії кафедри опору матеріалів СумДУ. Шкала вимірювання приладу від 0 до 500 кГс, переміщення затискачів – 1 мм/хв. Для випробувань були виготовлені зразки у формі кільця (внутрішній діаметр 40±0,5 мм, зовнішній діаметр 44±0,5, ширина кільця 5±0,5 мм).
Для виготовлення дослідних зразків були використані: фторопласт-4, марка «О» (густина 2,2 г/см3, міцність при розриві не менше 23 МПа); подрібнене БСТВ («Магма Індустрія», середній діаметр 1,5 мкм, модуль пружності 910-1100 МПа). За допомогою сухого змішування, у млині МРП-1, були підготовлені 8 композицій і один контрольний зразок з чистого ПТФЕ. Вміст БСТВ варіюється від 0,1 до 5 мас. %. Полімерні композиції пресували у металевій прес-формі (заготовка – втулка: зовнішній діаметр 50 мм, внутрішній діаметр 35 мм, висота 50 мм, товщина 7,5 мм). Пресування здійснювалося без допресування. Композиції з БСТВ пресувалися при тиску 600кг/см2, ненаповнений ПТФЕ - 400кг/см2, після досягнення цього піку тиску, заготовки витримувалися 6 хв., і тиск поступово скидався до нуля, після чого заготовки виймалися з прес-форми. Відпресовані заготовки спікали за стандартною для фторопластових композитів схемою. Після спікання і охолодження заготовки були витримані при температурі 23 0С протягом 6 годин [5, с. 2].
Результати досліджень показують, що при вмісті подрібненого БСТВ до 5 мас.% нам вдалося збільшити міцність матриці на 25,1 %. При цьому, зазначений вміст базальтового наповнювача практично не впливає на показник відносного подовження. Це зумовлено, скоріше за все, малим поперечним перерізом використовуваного БСТВ.
Підвищення міцності на розрив і збереження стабільності показника відносного подовження свідчать про позитивні зміни в надмолекулярній структурі та зменшення дефектності досліджуваних композитів. Відомо, що ненаповнений ПТФЕ має пористу і дефектну структуру. Використаний нами наповнювач забезпечує часткову компенсацію цих негативних проявів, покращує експлуатаційні властивості композитів і розширює області їх застосування. Досліджувані матеріали є перспективними для використання, оскільки, за рахунок підбору технології, кількісного вмісту і фракційного складу БВ, можна створювати нові композити, що зможуть повністю або частково замінити традиційні матеріали, виходячи з критеріїв ефективності і доцільності. Використання БСТВ у якості наповнювача ПТФЕ може відкрити нові сфери застосування фторопластових композитів.

Список використаних джерел
1. Давыдова И.Ф. Базальтопластики для работ при повышенных температурах / И.Ф. Давыдова, Н.С. Кавун, Е.П. Швецов // Все материалы. Энциклопедический справочник», ВИАМ. – 2012. – №6,
С. 31-38.
2. Арзамасцев С.В. Ударостойкий базальтопластик на основе термопластичной полиамидной матрицы / С.В. Арзамасцев, В.В. Павлов, С.Е. Ар-теменко // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2011. – № 2 (53) Вып. 1. – C.59-62.
3. Охлопкова А.А. Разработка полимерных композитов на основе политетрафторэтилена и базальтового волокна / А.А. Охлопкова, С.В. Васильев, О.В. Гоголева // Нефтегазовое дело. – 2011. – № 6 – C. 404-410.
4. Охлопкова А.А. Базальтопластиковые композиты антифрикционного назначения / / А.А. Охлопкова, С.В. Васильев,
Н.П. Петрова, А.Л. Федоров, А.Г. Туисов // Весник СВФУ. – 2013. – том 10. – № 5. – С. 30-36.
5. Plastics – Polytetrafluoroethylene (PTFE) semi-finished products. Requirements and designation : ISO 13000-2:2005 – [Чинний від 2005-15-11]. – Женева : ISO copyright office, 2005. – 16 с. – (Міжнародний стандарт).