Проблемы конструкторско-технологического проектирования изделий машиностроения на основе дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

Рассмотрены вопросы конструкторского и технологического проектирования деталей машиностроения из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов, связанные с обеспечением заданных прочностных характеристик и технологичности процесса изготовления. Приведена методика, позволяющая оптимизировать процесс выбора рационального состава указанных материалов применительно к каждому конкретному изделию, базирующаяся на оценке удельной адгезионной энергии и эффективной вязкости материала в неотвержденном состоянии. Удельная адгезионная энергия оценена на основе положения о возникновении упорядоченного поверхностного слоя полимера вблизи границы раздела связующее — твердое тело и архитектуры представительного объема материала. Проведено сопоставление расчетных энергетических и технологических характеристик с результатами прочностных испытаний, позволившее установить, что изменение удельной адгезионной энергии находит отражение в варьировании прочностных характеристик дисперсно-упрочненного полимерного композиционного материала в зависимости от его состава. Предложенная методика обеспечивает комплексную оценку такого материала с точки зрения прочностных и технологических характеристик, базируясь на данных о его гранулометрическом составе, степени наполнения и типе связующего.

Литература

[1] Шевчук С.А., Смайловская М.С. Минерал-полимерный композит для станкостроения. РИТМ: Ремонт. Инновации. Технологии. Модернизация, 2011, № 10(68), c. 26–27.

[2] Sarkisyan V.A., Asratyan M.G., Mkhitaryan A.A., Katrdzhyan K.Kh., Dadivanyan A.K. Orientation of macromolecules at the interface of polymer and fillers. Polymer Science U.S.S.R., 1985, vol. 27, is. 6, pp. 1494–1498, doi: 10.1016/0032-3950(85)90299-0

[3] Balko J., Portale G., Lohwasser R., Thelakkat M., Thurn-Albrecht T. Surface induced orientation and vertically layered morphology in thin films of poly(3-hexylthiophene) crystallized from the melt. Journal of Materials Research, 2017, vol. 32, is. 10, pp. 1957–1968, doi: 10.1557/jmr.2017.107

[4] Karim A., Kumar S. Polymer Surfaces, Interfaces and Thin Films. Singapore, World Scientific, 2010. 304 p.

[5] Грищенко А.Е., Черкасов А.Н. Ориентационный порядок в поверхностных слоях полимерных материалов. УФН, 1997, т. 167, № 3, с. 269–285, doi: 10.3367/UFNr.0167.199703b.0269

[6] Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Санкт-Петербург, Лань, 2010. 416 с.

[7] Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия: избранные труды. Москва, Наука, 1978. 386 с.

[8] Нотин И.А. Повышение эффективности подготовительного этапа изготовления деталей машин из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов. Наукоемкие технологии в машиностроении, 2018, № 9, с. 3–8.

[9] Тарасов В.А., Галиновский А.Л., Елфимов В.М. Эрозионное изнашивание обрабатываемой поверхности при циклическом нагружении потоком абразивных частиц. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2008, спец. вып., с. 163–174.

[10] Nardin M., Schultz J. Relationship between Work of Adhesion and Equilibrium Interatomic Distance at the Interface. Langmuir, 1996, vol. 12, is. 17, pp. 4238–4242.

[11] Torquato S., Stillinger F.H. Erratum: Jammed hard-particle packings: From Kepler to Bernal and beyond. Reviews of Modern Physics, 2010, vol. 82, is. 4, pp. 2633–2672, doi: 10.1103/RevModPhys.82.3197

[12] Zarraga I.E., Hill D.A., Leighton D.T. The characterization of the total stress of concentrated suspensions of noncolloidal spheres in Newtonian fluids. Journal of Rheology, 2000, vol. 44, pp. 185–220, doi: 10.1122/1.551083

[13] Singh A., Nott P.R. Experimental measurements of the normal stresses in sheared Stokesian suspensions. Journal of Fluid Mechanics, 2003, no. 490, pp. 293–320, doi: 10.1017/S0022112003005366

[14] Kovář J., Fortelný I. Effect of polydispersity on the viscosity of a suspension of hard spheres. Rheologica Acta, 1984, no. 23, pp. 454–456, doi: 10.1007/BF01329199

[15] Zaman A.A., Moudgil B.M. Rheology of bidisperse aqueous silica suspensions: A new scaling method for the bidisperse viscosity. Journal of Rheology, 1998, vol. 42, pp. 21–39, doi: 10.1122/1.550935

[16] Shewan H.M., Stokes J.R. Analytically predicting the viscosity of hard sphere suspensions from the particle size distribution. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2015, vol. 222, pp. 72–81, doi: 10.1016/j.jnnfm.2014.09.002

[17] Qi F., Tanner R.I. Relative viscosity of bimodal suspensions. Korea Australia Rheology Journal, 2011, vol. 23, pp. 105–111, doi: 10.1007/s13367-011-0013-7

[18] Pishvaei M., Graillat C., Cassagnau P., McKenna T. Modelling the zero shear viscosity of bimodal high solid content latex: Calculation of the maximum packing fraction. Chemical Engineering Science, 2006, vol. 61, pp. 5768–578, doi: 10.1016/j.ces.2006.04.024

[19] Mwasame P.M., Wagner N.J., Beris A.N. Modeling the effects of polydispersity on the viscosity of noncolloidal hard sphere suspensions. Journal of Rheology, 2016, vol. 60, pp. 225–240, doi: 10.1122/1.4938048

[20] Farris R.J. Prediction of the Viscosity of Multimodal Suspensions from Monodisperse Viscosity Data. Transactions of the Society of Rheology, 1968, vol. 12, pp. 281–301.