Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0003

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0003
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Композиционные материалы нового поколения на основе наполненных квазикристаллами термопластичных полимерных матриц
Докладчик
Степашкин Андрей Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка технологии получения полимерматричных композиционных материалов, наполненных квазикристаллами, обеспечивающей их равномерное распределение с заданными концентрациями.

Задачами проекта является разработка комплекса технологий позволяющих использовать высокотвердые квазикристаллические фазы с низкой поверхностной энергией в производстве полимерматричных композиционных материалов разных классов и покрытий на их основе включающий в себя:
- получение квазикристаллических наполнителей заданной морфологии с установленным содержанием квазикристаллических фаз
- получение композиционных матриалов на основе суперконструкционных термопластичных полимеров (полисульфон, полифениленсульфид,...) наполненных квазикристаллами на базе систем Al-Cu-Fe и Al-Cu-Cr.
- получение композиционных материалов на термопластичных полимерных материалов полиолефиновой группы наполненных квазикристаллами для износостойких защитных покрытий
- получение защитных покрытий на основе суперконструкционных термопластичных полимеров (полисульфон, полифениленсульфид,...) наполненных квазикристаллами на базе систем Al-Cu-Fe и Al-Cu-Cr.
Исследование структуры и свойств разработанных материалов
Экспериментальное исследование свойств макетов изделий изготовленных с использованием разработанных материалов и технологий.
Актуальность и новизна исследования
Активное использование в технике в качестве армирующих наполнителей квазикристаллов обладающих высокой прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью, высокой стабильностью при воздействии радиационного облучения, для наполнения суперконструкционных термопластичных полимеров, позволяет создать новый класс материалов для защитных покрытий.
Быстрое внедрение таких материалов возможно при создании технологии изготовления в достаточных количествах квазикристаллических наполнителей, технологии получения полуфабрикатов обеспечивающих их переработку в изделия с использованием уже имеющегося стандартного промышленного оборудования и освоенных методов получения композитов и нанесения покрытий.
К свойствам квазикристаллов, которые представляют интерес с точки зрения практических применений, относятся низкий коэффициент трения и низкая «смачиваемость», высокая твердость, износостойкость, значительная радиационная стойкость структуры, низкие электро- и теплопроводность и необычные оптические свойства. Но возможности использования ограничены из-за высокой хрупкости и низкой деформируемости при низкой температуре.
В настоящий момент за рубежом ведутся разработки термобарьерных покрытий на основе квазикристаллических фаз систем системы Al-Cu-Fe и полимерматричных композиционных материалов термопласт - квазикристаллы трибологического назначения, что свидетельствует об актуальности данной тематики.

Описание исследования

Получение квазикристаллических наполнителей для композиционных материалов осуществляется с использованием  механоактивационных методов. Механоактивационная обработка порошков исходных компонентов обеспечивает гомогенизацию состава прекурсора и формирует структуру и морфологию исходных частиц. Последующий изотермический отжиг в инертной атмосфере позволяет получать квазикристаллические порошки с высоким содержанием фазы, с заданным размером спеченных агрегатов и размерами квазикристаллических частиц в агрегатах.

Получение композиционных материалов включает в себя для суперконструкционных термопластов стадию получения композиционных порошков методом механоактивационной обработки. Такой подход позволяет одновременно перемешивать частицы полимера и квазикристаллов, измельчать агрегаты квазикристаллических частиц, и обеспечивает их равномерное распределение в порошке прекурсоре. Сравнение структуры композиционных материалов полученных методом экструзионного смешения с композитами полученными из прекурсоров  полученных механоактивационной обработкой, показало более равномерное распределение частиц в материале и меньшие размеры наполнителя при использовании механоактивационной обработки.

Технология создания композиционных материалов для износостойких защитных покрытий на основе полиолефинов включает в себя стадию получения гранулированных концентратов. Использование для создания концентратов полярных полимеров с высокой текучестью расплава, совместимых с базовым полимером, обработка квазикристаллических наполнителей силаном обеспечивает связь между полимером и неорганическим наполнителем. Экструзионное смешение силанированного квазикристаллического наполнителя с полимером обеспечивает равномерное распределение наполнителя, первичное измельчение спеченных агрегатов.

На базе полупродуктов: высоко наполненных концентратов и композиционных порошков получаются  композиционные материалы и защитные покрытия с использованием технологий термопрессования, экструзии, электростатического напыления.

Отработка технологии получения квазикристаллических наполнителей базируется на результатах рентгеноструктурного анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, оптической и электронной микроскопии. В процессе отработки методики оптимизируются параметры изотермического отжига в зависимости от времени, энергонапряженности механоактивационной обработки, типа и количества поверхностно активных веществ.

Отработка технологии получения высоконаполненных концентратов базируется на исследовании концентрационных зависимостей текучести расплава полимеров, данных термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Подбор силанов производится с учетом результатов ИКурье спектроскопии, исходя из возникающих связей между наполнителем и силаном, силаном и полимером.  

Получение композиционных порошков для нанесения покрытий и получения изделий из композиционных материалов методом термопрессования базируется на результатах электронной и оптической микроскопии, определении распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции, дифференциальной сканирующей калориметрии. Выбор режимов смешения полисульфона, полифениленсульфида с квазикристаллическими наполнителями должен обеспечивать равномерность распределения частиц в полимере, отсутствие посторонних включений, не приводить к деструкции полимера и наполнителя в процессе обработки.

Выбор условий нанесения покрытий включает в себя подбор праймеров, режимов обработки поверхности, режимов и условий нанесения покрытия и его фиксации и базируется на результатах испытаний покрытий на адгезию.

Исследования включают в себя исследования структуры и свойств получаемых материалов, композиционных покрытий и полупродуктов на всех этапах разработки.

Результаты исследования

Разработанная лабораторная технологическая инструкция производства квазикристаллов методом механоактивационного синтеза позволяет получать квазикристаллические наполнители с содержанием квазикристаллической фазы более 90 масс.% заданной морфологии.

Разработана лабораторная методика получения порошковых композиций на основе термопластичных полимеров наполненных квазикристаллами методом совместной механоактивационной обработки. Определены оптимальные режимы получения композиционных порошков Исследованы структурные изменения при совместной механоактивационной обработке суперконструкционных термопластичных полимеров и квазикристаллов методом рентгеноструктурного анализа, термодинамическая стабильность, гранулометрический состав, структура композиционных порошков суперконструкционных термопластичных полимеров и квазикристаллов

Разработана лабораторная методика получения композиционных материалов на основе термопластичных полимеров наполненных квазикристаллами методом экструзии

Разработана лабораторная методика получения массивных образцов полимерматричных композиционных материалов, наполненных квазикристаллами методом термопрессования, определены оптимальные режимы термопрессования заготовок на основе полисульфона и полифениленсульфида, охлаждения заготовок, защиты от окислительной деструкции в процессе получения.

Методом термопрессования изготовлены партии экспериментальных образцов композиционных материалов на основе суперконструкционных термопластичных полимеров, наполненных квазикристаллами систем Al-Cu-Fe и Al-Cu-Cr предназначенные для определения их прочностных, теплофизических, реологических характеристик материалов и формирования защитных покрытий на их основе.

Проведены рентгеноструктурные исследования образцов композиционных материалов основе суперконструкционных термопластичных полимеров, наполненных квазикристаллами. Исследованы изменения структуры и фазового состава образцов композиционных материалов в процессе термопрессования.

Разработана программа и методики испытания композиционных материалов на основе термопластов наполненных квазикристаллами. Получены концентрационные зависимости трибологических, прочностных и деформационных характеристик, теплопроводности, температуропроводности, текучести расплавов композиционных материалов на основе полисульфона и полифениленсульфида наполненного квазикристаллами, исследовано их деформационное поведение под нагрузкой.

Разработаны временные технологические регламенты экструзионного получения концентратов и термопрессования массивных образцов. Методом термопрессования изготовлены образцы композиционных материалов на основе полисульфона и полифениленсульфида наполненного квазикристаллами на основе систем Al-Cu-Fe и Al-Cu-Cr.

Индустриальным партнером проведена экспериментальная отработка и опытная реализация разработанных технологий на своем технологическом оборудовании. Изготовлены опытные партии концентратов и композиционных материалов, исследованы их структура и свойства. Разработан временный технологический регламент изготовления композиционных материалов на основе полиолефинов. 

Разработана лабораторная технологическая инструкция получения композиционных покрытий на базе полимерматричных композиционных материалов, наполненных квазикристаллами. Исследованы характеристики таких покрытий.

 

Практическая значимость исследования
Опытно-промышленное производство на базе Индустриального партнера концентратов «поверхностно-активное вещество – квазикристалл» предназначенных для получения композиционных материалов на базе термопластичных матриц с заданной степенью наполнения и равномерным распределением частиц

Производство композиционных покрытий на основе суперконструкционных термопластичных полимеров (полисульфон, полифениленсульфид,…) наполненных квазикристаллами для износостойких полимерных защитных покрытий для нефтедобывающего оборудования на базе разработанных технологий
- производства квазикристаллических наполнителей для композиционных материалов на базе систем Al-Cu-Fe и Al-Cu-Cr;
- получения композиционных покрытий на базе полимерматричных композиционных материалов, наполненных квазикристаллами.


- трибологические материалы на основе суперконструкционых термопластичных полимеров для работы в нагруженных условиях в нефтяной промышленности, морской технике, атомном машиностроении
- Защитные износостойкие покрытия на базе полимеров полиолефиновой группы наполненные квазикристаллами
Презентация

Presentation_14.578.21.0003.ppt