Можливості та перспективи ефективного використання базальтових волокнистих матеріалів та виробів з них в інтересах теплоенергетичних комплексів та інших галузей
Характеристика властивостей полімерних композиційних матеріалів. Аналіз властивостей базальтових безперервних волокон. Дослідження можливостей використання конструкції футлярної упаковки, в основу якої покладено базальтоволокнисті композиційні матеріали.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 15.09.2017 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Можливості та перспективи ефективного використання базальтових волокнистих матеріалів та виробів з них в інтересах теплоенергетичних комплексів та інших галузей
Бабаєв О.А., Юдін О.М.
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут»
Лукашов В.К.
Анотація
У даній статті наведені результати дослідження використання конструкції футлярної упаковки в основу якої покладено базальтоволокнисті композиційні матеріали, яка повністю задовольняє вимогам експлуатації і дозволяє підвищити безпеку баз та арсеналів ЗС України. Даний матеріал дозволяє задовольнити вимоги з вогнестійкості, хімічної стійкості, біостійкості та міцності. Відмітимо, що сировинна база для виробництва базальтового волокна та виробів на його основі не обмежена.
Ключові слова: базальт, волокно, арматура, корпус футляра, теплоізоляційні матеріали.
Аналіз останніх досліджень та публікацій. Базальтове безперервне волокно все активніше витісняє скловолокно у виробництві склопластиків, тканин і різних композитів, особливо в тих випадках, коли потрібні підвищені показники міцності, термостійкості, хімічної стійкості [1]. Всі галузі, в яких може бути використаний базальтопластік, поки ще важко передбачити, так як кожен раз знаходяться все нові способи його застосування: від спінінгів і тенісних ракеток до кислототривких труб, від автомобільних шасі і гальмівних колодок до авіації і космічних станцій.
Одним з основних факторів, що визначають високотемпературну стабільність (збереження форми і механічних властивостей) волокон, є їх кристалізаційна здатність [2]. Кристалізація волокон при термообробці призводить до зниження їх міцності, а кристалізація в скломасі -- до обривності при формуванні базальтового волокна.
Полімерні композиційні матеріали (ПКМ) в останні 50 років так глибоко проникли в різні сфери промисловості, транспорту, побутового сектора, що ступінь їх використання стала критерієм рівня науково-технічного прогресу будь-якої країни. Застосування їх дозволяє різко знизити витрату гостродефіцитних матеріалів (титану, алюмінію, берилію, нержавіючої сталі та ін.), Підвищити вантажопідйомність і забезпечити значну економію палива за рахунок зменшення маси конструкцій [3].
Особливе місце серед них займають вугле- і склопластики, а в останні роки і базальтопластіків.
Саме базальтопластіки представляють собою важливість і значимість в плані створення і розвитку виробництв ПКМ великої потужності з випуском широкого асортименту продукції доступною за ціною різних галузей промисловості.
Майбутнє за базальтопластіками ще й тому, що вуглецеві волокна дуже дорогі і кількість їх обмежена. Тому створення сучасної високоефективної технології базальтопластіків в порівнянні з традиційною технологією скло і вуглепластиків є необхідною і актуальною проблемою науки і техніки.
Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми. Основними проблемами які виникають в теперішній час є:
1) енергозбереження шляхом створення та застосування ефективних теплоізоляційних матеріалів;
2) зниження металоємності шляхом створення, організації промислових виробництв та застосування композиційних (конструкційних корозійностійких, легких тощо) матеріалів з заданими фізико-хімічними, механічними, теплота електрофізичними властивостями;
3) створення якісно нових матеріалів та виробів з заданими комплексом властивостей та експлуатаційних характеристик для рішення задач екологічного захисту природи, підвищення ефективності гідропонного вирощування овочів тощо.
Успішне вирішення вищезазначених проблем в стислі терміни можливо за умови:
1) наявності необмеженої та відтворювання, дешевої, вітчизняної сировинної бази;
2) наявності науково-технічного потенціалу та отримання позитивних результатів при дослідженні;
3) розробки нестандартного технологічного обладнання нового покоління для виробництва волокон та виробів на їх основі;
4) розробки, освоєння та впровадження в практику нових методів господарської діяльності.
Сировинна база. В якості вихідної сировини для отримання базальтових волокон використовуються гірські породи (такі як габро, амфіболіти, діабази, базальти, базаніти, андезіто-базаль- ти, андезіти) та відходи виробництва (шлаки). Особливий клас джерел сировини займають барханні піски пустель. Мінерально-сировинна база України для виробництва базальтових волокон необмежена.
Теплоізоляційні матеріали. Розвиток виробництва базальтових супер-, ультра-, мікротон- ких волокон дозволяє створити різноманітні високоефективні теплоізоляційні матеріали.
Практично всі базальтоволокниті вироби за своїми характеристиками перевершують мінеральні вироби аналогічного призначення.
Базальтоволокниті вироби мають меншу густину, більшу гнучкість, більш низьку теплопровідність та широкий температурний інтервал застосування. Крім цього, вони вібростійки.
На теперішній час виробництво виробів з базальтових волокон освоїли близько 40 підприємств України, Росії тощо. Однак, потреба ба- зальтоволокнистих матеріалів та виробів значно перевищує об'єми виробництва. Вкрай необхідним є розвиток базальтових волокон в країнах з суворими кліматичними умовами (наприклад, Сибір).
Композитні матеріали. Розвиток виробництва базальтового безперервного волокна дозволяє створити широку гаму композиційних матеріалів. Зокрема: полімерний композиційний базальтовий волокно
1. Базальтопластикова арматура для армування бетонних виробів, застосування 1 кг якої дозволяє заощадити до 12 кг металу;
2. Труби з базальтопластика, що рекомендовані до застосування в гідромеліораторному будівництві;
3. Пресувальні матеріали, текстоліти, гетинакси, які відрізняються від стекло композиту підвищеною термохімічною стійкістю, стабільністю діелектричних параметрів у вологому середовищі;
4. Фрикційні матеріали, в яких повністю виключено застосування азбесту (канцерогенної речовини), відрізняються підвищеною стійкістю.
Базальтоволокниті матеріали високу хімічну стійкість, па жаростійкість, біостійкість та інші не менш цінні властивості.
В таблиці 1 наведені характеристики базальтових безперервних волокон в порівнянні з іншими неорганічними волокнами.
В результаті довготривалих пошукових та дослідницьких робіт були створені базальтоволкни- ті, які задовольняють численні вимоги до виро-
бів для пакування та зберігання. Крім того, клас базальтоволокнитів значно розширився в області застосування. Так, базальтоволокніти з'явилися у вигляді наступних матеріалів, зокрема:
— безперервно базальтового волокна;
— дозованого базальтового волокніту ДБВ-4Р-2М;
— композиційні матеріали-напівфабрикати на основі базальтової тканини «Молімо» та фенольного сполучення;
— теплоізоляційного матеріалу на основі базальтових супертонких волокон.
Характеристики зазначених матеріалів наведені в таблиці 1-4.
Таблиця 1
|
Найменування показників |
Одиниці вимірювання |
Скляні типу «Е» |
Базальтові волокна |
Високомодульні волокна типу УМ-31 А |
|
|
Діаметр |
мкм |
9±1 |
91/2 |
9±1 |
|
|
Густина |
кг/м3 |
2550 |
2750 |
2890 |
|
|
Міцність при розтязі |
МПа |
2000-2800 |
2000-3500 |
3300-3500 |
|
|
Модуль Юнга |
ГПа |
70±2 |
80-110 |
121,0±5 |
|
|
Температура застосування |
оС |
450 |
700 |
900 |
|
|
Гігроскопічність, не більше |
% |
20 |
1 |
10 |
|
|
Втрата міцності після термообробки 1 година при 400оС |
% |
48,0±1 |
18,0±1 |
37,0±1 |
Таблиця 2
|
№ п/п |
Найменування показників |
Одиниця вимірювання |
ДБВ-4Р-2М марки «О» |
Метод випробувань |
|
|
1. |
Руйнівне напруження при статичному згині |
МПа |
350,19 |
ГОСТ 4648-71 |
|
|
2. |
Руйнівне напруження при стисканні |
МПа |
143,70 |
ГОСТ 4651-78 |
|
|
3. |
Ударна в'язкість |
кДж/м |
142,90 |
ГОСТ 4647-80 |
|
|
4. |
Руйнівне напруження при розтязі |
МПа |
48,57 |
ГОСТ 4649-78 |
|
|
5. |
Діелектрична проникність при частоті 10 Гц |
5,50 |
ГОСТ 22373-77 |
||
|
6. |
Тангенс кута діелектричних втрат |
0,018 |
ГОСТ 22372-77 |
||
|
7. |
Питомий об'ємний електричний опір |
Ом^см |
2,3^1014 |
ГОСТ 6433.2-71 |
|
|
8. |
Питомий поверхневий електричний опір |
Ом^см |
2,0^1014 |
ГОСТ 6433.2-71 |
|
|
9. |
Електрична міцність |
кВ/мм |
20,20 |
ГОСТ 6433.2-71 |
|
|
10. |
Плинність |
5,80 |
ГОСТ 17473-72 п. 4.10 |
Таблиця 3
|
№ п/п |
Найменування показників |
Одиниця вимірювання |
Норма |
|
|
1. |
Зовнішній вигляд |
Без складок, зборок, забруднення, не просочених ділянок сторонніх включень |
||
|
2. |
Ширина |
м |
1000 |
|
|
3. |
Вміст летких для марки ПБФ-П |
% |
1,7-3,5 |
|
|
4. |
Вміст речовин, які видаляються при прожаренні для марки ПБФ-П для марки ПБФ-К |
% |
27-35 35-45 |
|
|
5. |
Вміст речовинної частини для марки ПБФ-П для марки ПБФ-К |
% |
не менш 75 90-99 |
Таблиця 4
|
№ п/п |
Найменування показників |
Одиниця вимірювання |
Норма |
|
|
1. |
Середній діаметр волокна, не більш |
мкм |
2,0 |
|
|
2. |
Масова доля не волокнистих включень розміром понад 0,25 мм, не більш |
% |
3,0 |
|
|
3. |
Вологість, не більше |
% |
1,0 |
|
|
4. |
Теплопровідність, не більш при (298±5) К [(25±5)оС] (398±5) К [(125±5)оС] (573±5) К [(300±5)оС] |
Вт/мК |
0,046 0,106 0,210 |
|
|
5. |
Температурний діапазон застосування |
°С |
від -60 до +900 |
|
|
6. |
Густина, не більше |
кг/м |
200,0 |
|
|
7. |
Коефіцієнт фільтрації |
0,10-0,95 |
||
|
8. |
Коефіцієнт звукопоглинання в діапазоні частот, не менш (100-250) Гц (250-1000) Гц (1000-4000) Гц |
0,08 0,18 0,42 |
||
|
9. |
Масова доля іонів хлору, не більше |
% |
0,03 |
Міцність безперервних волокон пов'язана з діаметром. На рисунку 1 показана залежність міцності волокон від їх діаметру.
Рис. 1. Залежність міцності волокон від діаметру
Важливими характеристиками матеріалів, що застосовуються для виготовлення компонентів для пакування та зберігання, є вібростійкість та густина.
На рисунку 2 показана температурна залежність вібростійкості базальтоволокністого матеріалу (БТМ).
Амплітуда коливань при випробувані -- 2 мм. Досліджені волокна діаметром 0,8-3,0 мкм (БСТВ) та 9-14 мкм (БТВ).
На рисунку 3 представлена залежність теплопровідності БТМ від щільності та температури.
Рис. 3. Залежність теплопровідності БТМ від щільності та температури
З отриманих нових матеріалів для розробки упаковки та футляру було обрано базальтовий волокніт ДБВ-4Р-2М.
В основу конструктивного рішення виробів (футлярів) були запропоновані нові підходи з точки зору зручності його використання та швидкості застосування при завантаженні (розвантаженні) виробів, а також недопущення руйнування підношувача виробів.
Розроблена конструкція футлярної упаковки забезпечує виконання усіх технологічних вимог.
Конструкція футляра складається з корпусу, двох кришок в зборі та арматури для фіксації елементів пострілів, представлена на рисунку 4.
Рис. 4. Футлярна упаковка
Корпус футляра, конструктивна схема якого наведена на рисунку 5, виконано у вигляді багатошарової труби з двома торцевими елементами квадратної форми (вимоги оптимального укладання у піддоні), в яких розміщуються кришки, що забезпечують надійну фіксацію і герметизацію виробів.
Багатошарова труба має всередині прошарок з теплоізоляційного матеріалу. Несуча здатність
корпуса забезпечується за рахунок циліндричної жорсткості відпресованих деталей оболонки корпусу, внутрішніх поздовжніх профільних ложементів, а також за рахунок нанесення на зовнішню поверхню несучої складової оболонки шару просоченого безперервного волокна з наступною термічною обробкою.
Рис. 5. Корпус футлярна упаковка
Кришка футлярної упаковки має збірну конструкцію (рисунок 6). Всі деталі виготовлені методом гарячого пресування з прес-матеріалу типа дозує мого базальтового волокніту марки
Рис. 6. Кришка футлярної упаковки
Особливостями конструкції даних футлярів є:
— наявність двох екстракторів, регульованого кільця і ручки на кришці;
— розміщення в корпусі елементів з пазами за типорозмірами, що складаються всередину виробів і теплоізоляційного покриття з супертонких базальтових волокон.
З метою перевірки конструкторсько-технологічних рішень була виготовлена партія дослідних зразків футлярної упаковки, які призначались для зберігання і транспортування пострілів. Дослідні зразки футлярної упаковки пройшли попередні і державні випробування на полігоні «Ржевка».
Формулювання цілей статті. У результаті випробувань було встановлено, що:
— експлуатація дослідницьких футлярів (укладання та витяг виробів, перенесення) не викликає труднощів;
— максимальна можлива маса футляру з виробом (30Ф45) -- близько 60 кг та дозволяє переносити його без зусиль;
— витяг виробів з футляру можливо при будь- якому його положенні (вертикальному, горизонтальному) одним-двома номерами розрахунку;
— футляри герметичні;
— футляр скидався триразово в трьох положеннях. В результаті скидання руйнувань не було виявлено, функціонування нормальне;
— футляри витримали випробування на стенді імітації транспортування СІТ-М на 5 режимі (11,5 Гц) протягом 2 годин (2000 км по бездоріжжю на автомобілі НХН з наповненим навантаженням);
— нормальне функціонування футлярів після випробувань підтверджено в кліматичних камерах;
— футляри витримали іспит на вогнестійкість, в результаті якого зростання температури до 120оС на поверхні виробу сталося через 34 хвилини. Результати представлені на рисунку 7. Після вилучення футляра з полум'я був здійснений його огляд і вилучення з нього виробу. Видалений з вогню футляр з виробом допускав його перенесення;
— футляри після випробувань на стиск підтвердили свою працездатність, руйнівне навантаження склало 16800 кг, що відповідає розподіленому навантаженню 70 т/м2. Таким чином, має місце значне перевищення отриманої міцності над необхідною (4 т/м2).
—
Рис. 7. Результати випробування
Додатково було проведено випробування футлярної упаковки на постріл.
Простріл здійснювався кулею 7,62 мм БЗ з автомата АКМ з верстата на дистанції 50 м. Прострілювались укомплектовані футляри № 20, 03,
1. Простріли й вибухи призвели до розкиду частин корпусу футлярної упаковки й не привели до займання.
Висновки по статті
Таким чином розроблена оригінальна конструкція футлярної упаковки на основі базальтоволокнистих композиційних матеріалів, яка повністю задовольняє вимоги експлуатації і дозволяє підвищити безпеку баз та арсеналів ЗС України. Базальтопластик -- матеріал, що дозволяє задовольнити вимоги з вогнестійкості, хімічної стійкості, біостійкості та міцності; сировинна база для виробництва базальтового волокна та виробів на його основі не обмежена.
Список літератури
1. Джигирис Д. Д., Махова М. Ф. Основы производства базальтовых изделий. - М.: Теплоэнергетика, 2002.
2. Smedskajer M. M., Solvang M., Yue Y. Crystallisation behaviour and high-temperature stability of stone wool fibres // J. Eu. Ceram. So, c. 20l0, v. 30. p. 1287-1295.
3. Артеменко С. Е. Наукоемкая технология полимерных композиционных материалов, армированных базальтовыми, углеродными и стеклянными нитями / С. Е. Артеменко // Пластические массы. - 2003. - № 2. - С. 5-6.
4. Джигирис Д. Д., Махова М. Ф., Захаров В. А., Насонова А. Н., Первак И. Г., Бомбырь Л. Н. / Неклассические проблемы механики композиционных материалов и конструкций из них. Тезисы докладов ІІ Всесоюзного научно-технического семинара» - Киев, Наукова думка, 1984.
5. Авторское свидетельство № 1732619 «Тара для цилиндрических изделий», автор Лукашев В. К.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структура, властивості та технології одержання полімерних композиційних матеріалів, методика їх вимірювання і виготовлення. Особливості лабораторного дослідження епоксидної смоли, бентоніту, кварцового піску. Визначення якостей композиційних систем.
курсовая работа [10,8 M], добавлен 12.06.2013- Конфекціювання матеріалів і дослідження їх властивостей для виготовлення жіночого літнього комплекту
Дослідження основних технологічних, структурних та механічних властивостей матеріалів. Вивчення розвитку моди на вироби жіночого літнього одягу. Характеристика асортименту швейної тканини, фурнітури, підкладкових, прокладкових та докладних матеріалів.
курсовая работа [43,7 K], добавлен 09.06.2011 Конструкційна міцність матеріалів і способи її підвищення. Класифікація механічних властивостей, їх визначення при динамічному навантаженні. Вимірювання твердості за Брінеллем, Роквеллом, Віккерсом. Використовування випробувань механічних властивостей.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 19.11.2010Вплив мінеральних наповнювачів та олігомерно-полімерних модифікаторів на структурування композиційних матеріалів на основі поліметилфенілсилоксанового лаку. Фізико-механічні, протикорозійні, діелектричні закономірності формування термостійких матеріалів.
автореферат [29,3 K], добавлен 11.04.2009Будова, властивості і класифікація композиційних матеріалів – штучно створених неоднорідних суцільних матеріалів, що складаються з двох або більше компонентів з чіткою межею поділу між ними. Економічна ефективність застосування композиційних матеріалів.
презентация [215,0 K], добавлен 19.09.2012Вибір та характеристика моделі швейного виробу. Загальна характеристика властивостей основних матеріалів для заданого виробу. Визначення структури і будови ниток основи і піткання, переплетення досліджуваної тканини. Вибір оздоблювальних матеріалів.
курсовая работа [40,4 K], добавлен 15.06.2014Конструкторсько-технологічний аналіз виробу. Визначення складу та властивостей металу, обґрунтування способів зварювання та використовуваних матеріалів. Розрахунок витрат зварювальних матеріалів. Аналіз варіантів проведення робіт та вибір оптимального.
курсовая работа [1007,9 K], добавлен 27.05.2015Застосування неруйнівного контролю для визначення показників якості матеріалів без порушення їх властивостей та функціонування. Класифікація сигналів та методів дефектоскопії. Аналіз придатності виробів на підставі норм бракування та умов експлуатації.
курсовая работа [283,3 K], добавлен 11.09.2014Переробка нафти і виробництво нафтопродуктів в Україні. Стан ринку паливно-мастильних матеріалів в країні. Формування споживчих властивостей та вимоги до якості ПММ. Класифікація та характеристика асортименту паливно-мастильних матеріалів ПАТ "Ліник".
курсовая работа [48,4 K], добавлен 20.09.2014Розробка методики задання і контролю радіальних відхилень поверхні, утворюючої циліндр валу модельної трибосистеми "вал–втулка" для експериментальних досліджень мастильних матеріалів та присадок до них на спроектованому і виготовленому приладі тертя.
автореферат [28,3 K], добавлен 11.04.2009Аналіз каскадної схеми екструзії для перероблення полімерних матеріалів. Обґрунтування використання дискового екструдера в якості розплавлювача гомогенізатора. Експериментальні дослідження залежності температури розплаву від величини робочого зазору.
статья [306,3 K], добавлен 19.09.2017Характеристика методів діагностики різальних інструментів для токарної обробки алюмінієвих сплавів. Розробка системи визначення надійності різця з алмазних композиційних матеріалів при точінні. Розрахунки значень напружень і ймовірності руйнування різця.
реферат [38,6 K], добавлен 10.08.2010Абразивні матеріали (абразиви), речовини підвищеної твердості, застосовувані в масивному або здрібненому стані для механічної обробки інших матеріалів. Порівняльні дані про твердість абразивів по різних шкалах. Структура абразивних інструментів.
реферат [29,9 K], добавлен 26.11.2010Застосування важких млинів для помелу цементу, вапна і гіпсу, а також скла, вогнетривких і інших виробів. Залежність їх конструкції і принципу дії від призначення і фізико-механічних властивостей матеріалу, що розмелюється. Класифікація трубних млинів.
реферат [1,6 M], добавлен 13.09.2009Історія моделювання найпростіших технічних об'єктів: парусних кораблів, старовинних автомобілів, реактивних літаків. Класифікація технічних взірців (геометрично, фізично та функціонально подібні) та використання сучасних матеріалів для їх виготовлення.
реферат [37,8 K], добавлен 09.02.2011Основні властивості поліамідного та шерстяного волокон та їх суміші. Технологічний процес підготовки текстильних матеріалів із суміші поліамідних волокон з шерстяними. Фарбування кислотними, металовмісними та іншими класами барвників, їх властивості.
курсовая работа [23,2 K], добавлен 17.05.2014Області застосування вогнетривів. Показники властивостей піношамотних виробів. Карбідкремнієві вогнетриви, особливості застосування. Класифікація теплоізоляційних матеріалів. Фізико-хімічні властивості перліту. Теплопровідність теплоізоляційної вати.
курсовая работа [126,0 K], добавлен 30.09.2014Абразивне зношування та його основні закономірності. Особливості гідроабразивного зношування конструкційних матеріалів. Аналіз методів відновлення зношених деталей машин. Композиційні матеріали, що використовуються для нанесення відновних покриттів.
дипломная работа [8,9 M], добавлен 22.01.2017Загальні положення за технологією і технічними умовами на виріб, основні і зварювальні матеріали. Вибір і обґрунтування матеріалів зварної конструкції, його характеристики. Обґрунтування методів контролю якості збирання і зварювання, виправлення дефектів.
дипломная работа [135,2 K], добавлен 19.07.2014Технологія виготовлення біопалива з деревини, рапсу, відходів, спиртів та інших органічних матеріалів. Отримання біопалива з водоростей ламінарії. Характеристика застосування біологічного пального на виробництві та перспективи його виготовлення в Україні.
реферат [19,5 K], добавлен 15.11.2010
