Влияние модификации порошкообразных наполнителей на адгезионную прочность КМ

Цель работы:

-оценить влияние модификации на прочность КМ.

Задачи работы:

оценить влияние технологических режимов модификации на прочность КМ.

В данной работе для модификации поверхности порошкообразных наполнителей используется физический метод твердофазной модификации.

Механохимический метод получения твердых веществ с активной поверхностью

Механохимическая обработка (МХО) твердых веществ и соединений применяется для придания веществу качественно новых свойств. В основе этого метода лежит преобразование энергии при механическом воздействии на вещество. При одновременном изменении формы и размера частиц дисперсного материала изменяется также структура вещества, появляются активные центры, образуется ювенильная поверхность, возникают дефекты не только в поверхностном слое, но и в объеме частиц.

Причинами повышения активности вещества, т.е. его реакционной способности, изменения других физико-химических свойств при механическом воздействии, например, при измельчении порошкообразного вещества, являются:

- уменьшение размеров частиц и увеличение кривизны поверхности, приводящие к повышению свободной поверхностной энергии и возникновению термодинамически нестабильных состояний. Образуется значительное число поверхностных элементов (площадок, ребер, углов);

- нарушение кристаллической структуры поверхностных слоев (кристаллическая структура полностью переходит в аморфную), переход их в результате пластической деформации в квазиаморфное (нестабильное) состояние;

- возникновение новых поверхностей, сопровождаемое образованием на них некомпенсированных валентностей, появлением ненасыщенных атомов, вакансий и т. д.

Непрерывный подвод энергии при измельчении вызывает изменение структуры вещества, его состав, а также может инициировать химические реакции на поверхности. В частности, могут иметь место следующие процессы и реакции - дегидратация и гидратация, диссоциация и синтез новых соединений, протекание твердофазных реакций, реакции органических соединений на свежеобразованной поверхности, ионное замещение в соединениях, обменные реакции с образованием шпинелей, твердых растворов и т.д.

В результате изменений, происходящих в твердых веществах под воздействием механических нагрузок, можно повысить коррозионную стойкость металла, увеличить растворимость неорганических веществ в различных средах, повысить каталитическую активность катализаторов, получить на поверхности твердого вещества путем прививки мономеров полимерное соединение.

Методы модификации порошкообразных веществ механохимическим способом нашли применение в строительной промышленности для гидрофобизации мела, получения силикокальцита, в химической - для повышения активности катализаторов и наполнителей, в горноперерабатывоющей - для увеличения полноты извлечения из руды нужных элементов, в лакокрасочной - для модификации пигментов и красителей, в порошковой металлургии - для улучшения технологических свойств металлических и неметаллических порошкообразных веществ.

Механохимическую модификацию порошкообразных материалов осуществляют, как правило, при непрерывном подводе механической энергии в аппаратах, предназначенных для измельчения твердых веществ, или в специально разработанных для этих целей устройствах.

Экспериментальная часть

Работа состоит из двух заданий.

Задание 1. Осуществить механохимическую модификацию наполнителя. Объектами исследования при выполнении могут служить порошки металлов, солей, оксидов и других неорганических соединений, а также порошкообразные смолы и каучуки. Оценка механохимической модификации порошкообразных наполнителей может проводиться как по изменению свойств самого адгезива, так и адгезионной прочности системы адгезив-субстрат.

Модификация наполнителей проводится в шаровой, вибрационной и планетарной мельницах. Основной частью этих аппаратов является барабан, в который загружаются обрабатываемый порошок и мелющие тела (рисунок 9.3 а). В качестве мелющих тел могут быть стержни или шары. В шаровых мельницах при вращении барабана шары поднимаются на некоторую высоту, скатываются или падают вниз. За счет сил трения или удара шаров о частицы последние подвергаются механическому воздействию. В вибрационных мельницах (рисунок 9.3 б) в результате многочастотного механического воздействия (встряхивания) барабана мелющие тела интенсивно перемещаются. За счет возникающих при этом сил удара и трения происходит измельчение обрабатываемого порошка. При этом одна часть механической энергии расходуется на образование новой поверхности (измельчение частиц), другая - накапливается в объеме и на поверхности частиц и третья - превращается в тепло, рассеивается и идет на нагрев корпуса мельницы, мелющих тел и обрабатываемого материала.

Рисунок 9.3. Схема аппарата для проведения механохимической

модификации наполнителей

В зависимости от интенсивности механических воздействий, физико-химических и механических свойств обрабатываемого дисперсного материала разрушение частиц сопровождается не только образованием новой поверхности, но и протеканием различных физико-химических процессов и явлений. В области контакта частиц с мелющим телом, поверхностью корпуса или с другой частицей могут возникать участки с повышенными температурами и давлением, что может быть причиной разложения, диссоциации или окисления обрабатываемого вещества. Если обработка вещества осуществляется в среде определенного состава или в присутствии добавок другого вещества, то возможно образование взаимодействия основного вещества с элементом добавки или среды. В этом случае происходит модификация поверхности обрабатываемого вещества с изменением ее физико-химических свойств.

Для модификации наполнителя преподаватель определяет аппарат измельчения, материал наполнителя, добавка и ее количество, а также уточняются условия проведения опыта. После завершения опыта порошок отделяется от мелющих тел и в зависимости от задания исследуются те или иные его свойства (поверхность, содержание модифицирующей добавки, гранулометрический состав т.д.). Результаты анализа и условия проведения модификации заносятся в таблицу 9.4.

Задание 2. Исследовать влияние МХМ наполнителя на свойства адгезива и адгезионную прочность соединения.

Оценка влияния модификации наполнителя на свойства адгезива осуществляется по изменению ударной вязкости, прочности на сжатие и изгиб. Определение адгезионной прочности системы адгезив-субстрат осуществляется по методике, изложенной в лабораторной работе №1. В общем, виде проведение этой части задания заключается в приготовлении адгезива, подготовке, изготовлении адгезионных соединений и их испытании. Исследуется влияние на адгезионную прочность следующих факторов: содержание и природа наполнителя, технологические параметры модификации (время, масса мелющих тел, их размер), содержание в наполнителе модификатора, материал склеиваемых деталей и т.д. Конкретно содержание задания определяет руководитель.

Таблица 9.4 Результаты экспериментальных исследований

Контрольные вопросы

1. Критерии прочности и трещиностойкости.

2. Факторы, влияющие на долговечность КМ.

3. Прочность КМ с непрерывными волокнами.

4. Правило аддитивности.

5. Прочность пучков волокон.

6. Однократное разрушение ВКМ.

7. Множественное разрушение ВКМ

ПРИЛОЖЕНИЕ