сборник докладов. 1МССФ-2020 том 2. Кафедра строительства и городского хозяйства v международный студенческий строительный форум 2020 Белгород, 26 ноября 2020 г Том 2 Сборник докладов Белгород 2020
 Скачать 4.55 Mb.
|
|
Сорокин В.В., магистрант Научный руководитель канд. техн. наук, доцент Шаповалов СМ. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА Аннотация: В статье представлены результаты исследований по разработке полимерсвязывающих соединений на основе политетрафторэтилена и активированных базальтовых волокон. Продемонстрировано преимущество использования активированных волоконных волокон для извлечения ресурсов и возможность предотвратить это без значительного снижения физических и механических свойств. Ключевые слова:Политетрафторэтилен (ПТФЭ), полимерный композит (ПКМ), трение, базальтовое волокно, полимер, износостойкий. Применение деталей из ПКМ и чистых полимеров позволяет значительно снизить трудоемкость их изготовления за счет современных высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологических процессов, что определяет постоянное расширение области применения полимерных материалов, по достоинству занявших положения самостоятельных конструкционных материалов. В этой связи существенно возрастает роль материаловедческих разработок и исследований, поскольку конструкторов и технологов интересуют, прежде всего, эксплуатационные характеристики прочность, износостойкость, долговечность) и технологические свойства полимерных материалов и методы их повышения В настоящее время на уступах (базальты, габбро-диабаз и др) Наиболее актуальны термостойкие тепло- и звукоусиливающие материалы, так называемые базальтовые волокна. Технология их получения - плавление горных пород (часто пораженных) и последующая переработка расплава в волокна. Преимуществами базальтового волокна являются удобство и невысокая стоимость материалов поверхности, высокая термостойкость, низкая теплопроводность, высокая химическая стойкость к агрессивным 133 средам, хорошие звукоизоляционные характеристики и безопасность рабочей среды и постпроизводства. Основная проблема при производстве структурных полимерных композитов (ПКМ) в армированных волокнах заключается в том, что они обеспечивают подходящие условия для соединения волокон и полимерных соединений в единое целое, так что свойства наполнителя как армирующего материала полностью понятны [4]. Существуют различные способы повышения адгезионного взаимодействия между матрицей и наполнителями, но наиболее часто используемым способом является активация наполнителя. Механическая активация капилляра увеличивает роль катализатора в образовании ПКМ. Повышение активности моющих средств на полимерной основе связано с уменьшением размера частиц в 1,5-2,0 раза, в результате чего поверхностная реакция за счет образования разрыхлителей и увеличения свободных стыков за счет образования надмолекулярной структуры агрегата, в которой множество соблюдаются свойства износостойкость и важность композиционного материала [5] Объекты и методы исследований Объектами исследования служили политетрафторэтилен (ПТФЭ) ГОСТ 10007-80) и полимерные композиты (ПКМ), армированные базальтовыми волокнами (БВ) производства РС (Я) завода «Сахабасальт». BW - это непрерывная базальтовая пряжа. Базальтовое волокно - вещество, изготовленное из ненасыщенных горных пород вулканического происхождения - является экологически чистым продуктом, который содержит на 10-20% больше стекловолокна и обладает повышенной прочностью после прохождения высоких температур, превышающих щелочные, но довольно устойчивый к кислотам. Поскольку рассеивание тепла аналогично рассеиванию тепла асбестовым волокном, BV не разделяются под действием напряжений, которые значительно повышают температуру (что является функцией характеристик триботехнических продуктов) и рассеивают дополнительную (менее 0,4 мкм) конструкцию из микрофибры [2]. Перед использованием для наполнения из ПТФЭ волокна шлифовали с помощью дюймового резака Fritsch Pulverisetten с размером экрана 0,25 мм. В этом случае средняя длина экранированных волокон составляет 30-90 мкм, а диаметр - 8-10 мкм. С помощью рубленых волокон можно получить ПКМ поверх ПТФЭ без ущерба для технических характеристик. Механическая стыковка БВ производилась в течение 2 минут в астрономической миссии АГО- 2. После механической активации длина волокон не изменяется, но 134 поверхность волокон ослабляется активацией. Отношение длины (l) к диаметру волокон (d) больше единицы (l / d> 1), что связано с природой фактора анизотропии [3], определяющего эффективность использования рубленых ВВ и активаторов. как часть армирования PTFE. Композиты были получены путем сухого смешивания тяжелых компонентов компонентов в высокоскоростной лопастной мешалке с последующим испытанием образцов путем холодного прессования. Полученные образцы помещали в муфельную печь при температуре 380 ° C, после чего настраивали форму образцов, чтобы исключить эффекты термического испарения вовремя цикла. На лопатках по ГОСТ 11262-80 на испытательной машине AUTOGRAF фирмы Shimadzu Япония) определяли энергопотребление и отключение электроэнергии при комнатной температуре со скоростью 100 мм/мин (количество образцов для каждого испытания - 5). В качестве примера использовались лопасти типа II. ИК-сканер образцов в диапазоне частот 400-4000 см & supmin был получен с помощью FT-IR спектрометра VT FIRT 7000 с адаптером для всего отражающего внутреннего отражателя, который может быть представлен на любых примерах. Исследование надмолекулярной структуры заполняющих систем проводилось с помощью электронного луча JSM-6480 Выполняется РН "JEOL". Обсуждение результатов исследований Таблица 1 Физико-механические и триботехнические характеристики базальтофторопластовых композитов Композиция Время активации БВ, мин р, Мпа р % ПТФЭ 20 300 ПТФЭ+0,1% БВ 2 22 356 0 18 327 ПТФЭ+0,5% БВ 2 24 370 0 18 310 ПТФЭ+1,0% БВ 2 22 327 0 21 320 ПТФЭ+2,0% БВ 0 24 371 0 20,5 318 ПТФЭ+5,0% БВ 0 18 343 0 21 294 ПТФЭ+5 мас.% УВ+НН* аналог) 2 13 100 135 – УВ+НН – Углеродное волокно + нанонаполнитель Это видно из таблицы 1 оптимальная часть требуемых компонентов для измерительного устройства достигнута в 2% повесу активированного БВ. Было обнаружено, что модификация ПТФЭ и активированных БВ увеличивала разницу в интенсивности по сравнению с ПКМ, содержащими неактивированные БВ. Повышенная прочность увеличилась на 10-25%, время покоя в 1,2 раза по сравнению с результатами обследования частей тела и машин из компаундов и неактивированных базальтовых волокон. Увеличение количества высокопрочных типов ПКМ указывает на усиление взаимодействия с полимером - активирован интерфейс БВ. Значительное увеличение значений долговечности разрыва PCM из-за мутации и активированного БВ указывает на увеличение анизотропии в течение периода времени, когда он заполнен. Такая анизотропия не наблюдается с нормально разрезанными волокнами, и это будет иметь эффект в присутствии волокон наполнителя. образовалась составная система утрачена. Увеличение источника материалов ПКМ с использованием активированных волокон объясняется техническим фактом механической активации, которая увеличивает прочность полимера полимера. После активации обнаруживается смесь волокон среднего размера, которая стремится заполнить полимерный размер вместе. Использование базальтовых волокон также производилось на прессе «Пульверизетте 5» в различных движениях. Остальные модели были разработаны с использованием предыдущего метода. Таблица 2 Относительного удлинения ПКМ при различных оборотах Композиция 100 об. 200 об. 300 об. 400 об. ПТФЭ + 0,1% БВ 190 310 302 302 ПТФЭ + 0,5% БВ 155 328 327 372 ПТФЭ + 1% БВ 199 321 380 341 ПТФЭ + 2% БВ 177 354 367 328 ПТФЭ + 5% БВ 235 362 331 387 Таблица 3 Прочность при разрыве ПКМ при различных оборотах Композиция 100 об. 200 об. 300 об. 400 об. ПТФЭ + 0,1% БВ 17 17 17 18 ПТФЭ + 0,5% БВ 14 19 18 18 ПТФЭ + 1% БВ 17 18 17 17 ПТФЭ + 2% БВ 15 17 17 18 ПТФЭ + 5% БВ 16 15 15 15 136 Показано, что при увеличении степени дисперсности базальтового волокна точки удлинения улучшаются в 1,5 раза. При этом прочность на сдвиг остается на уровне чистого ПТФЭ и временно снова снижается. Из-за слабой адгезии базальтового волокна к ПТФЭ. Исследования рубленых и активированного базальтовых волокон проводились методом ИК-спектроскопии. а) б) Рисунок 1. ИК-спектры поверхностей базальтового волокна (базальтовое волокно производства завода «Сахабазальт»): а) активированное б) рубленное Путем определения изображений в ИК-поле активированного и разрезанного базальтового волокна никаких изменений не наблюдается. ИК-анализ базальтовых волокон показал пики в диапазоне 2926 см supmin, 2850 см и 1460 см supmin связанные с растяжением и изгибом колебаний группы CH2. и пики средней толщины при 1650 см & supmin; ¹, относящаяся к шатким костям. C = связка C. Это связано стем, что смазочное масло используется при производстве базальтового волокна, одним из которых является терпеновое масло, что приводит к полимеризации терпеновых связей. Электростатический осадитель обнаружил, что измельченное базальтовое волокно имело острую форму частиц, полидисперсную, частицы рассыпанного базальта имели неправильную форму и меньшую площадь поверхности. Можно сказать, что разложение растворителя не только изменяет размер частиц, но, скорее, важно для прочности вещества и увеличения его характеристик за счет прочности поверхности. 137 Основными методами определения значений адсорбции являются размер, гравиметрический метод и метод термического восстановления. Если мы сравним эти методы с этими инструментами, можно сделать вывод, что лучший способ изучить адсорбционные свойства катализаторов и адсорбентов - это метод термического восстановления. У них много преимуществ перед традиционными методами они не требуют механического оборудования, простыв установке, машина может быть устранена стандартными методами, а самое главное может выполняться автоматически, большинство из них определяют размер продукта. Хотя реальность сорбтометрии очень однообразна - это исследование пористости образца, свойства впрыска, хорошо отражают внутреннюю структуру материала. Таблица 4 Результаты исследования удельной поверхности базальтового волокна в зависимости от степени диспергирования Обороты Рубленный 100 об. 200 об. об. об. Аго-2 Удельная поверхность, кВ.м/г 0,04 0,165 0,176 0,188 0,224 0,939 Показано, что при увеличении точки диспергирования базальтовых волокон увеличивается площадь поверхности, что улучшает физико-химические свойства полимерных композиций на основе политетрафторэтилена и базальтовых волокон ᡃ Исследован ᡃ ия показывают, что измельченный базальт имеет большую площадь поверхности, размер пори площадь поверхности, что позволяет лучше взаимодействовать между полимером и базальтовым наполнителем и приводит к повышению физико- механических свойств швов на этих поверхностях. Вывод Полученная нами информация позволяет сделать вывод, что активированные базальтовые волокна имеют большой размер частиц, размер пори площадь поверхности, что позволяет лучше взаимодействовать между полимером и базальтовым наполнителем, а базальт приводит к повышению физических и механических свойств соединений на их основе. Библиографический список 1. Зелен ᡃ ский, Э.С., Купер ᡃ ман ᡃ , А.М., Гор ᡃ баткин ᡃ а, Ю.А. Армированные пластики – современные конструкционные материалы / Э.С. Зелен ᡃ ский, А.М. 138 Купер ᡃ ман ᡃ , Ю.А. Гор ᡃ баткин ᡃ а и др. // Р ᡃ осс.хим.жур ᡃ н ᡃ ал. – 2001. - Т, №2. - С. 2. Михайлин ᡃ , Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. - СПб, 2008. – 648 с. 3. Охлопкова, А.А., Стр ᡃ учкова, Т.С. Тр ᡃ иботехн ᡃ ические материалы на политетрафторэтилена, модифицированного углеродными волокнами и шпинелями магния // Поликомтр ᡃ иб-2009: Тезисы докладов междун ᡃ ар ᡃ н ᡃ аучн ᡃ о-техн ᡃ ической конференции – Гомель, 2009. - 220 с. 4. Пер ᡃ епелкин ᡃ , К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. – СПб: 2009. – 118 с. 5. Стр ᡃ учкова Т.С. Разработка и исследование полимерных композиционных материалов на основе активации политетрафторэтилена и углеродных наполнителей. Дис.к-та техн ᡃ .н ᡃ аук: 05.02.01.- Комсомольск-н ᡃ а- Амур ᡃ е, 2008. – 124 с. Уварова В.А., студент Научный руководитель ст. преп. Дронова ГЛ. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ В ЗЕЛЕНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В современном мире важнейшей задачей является рациональное использование природных ресурсов и повышение безопасности жизнедеятельности людей. Здания и сооружения оказывают серьезное воздействие на экологию, при этом расходуются невозобновляемые источники энергии. Эффективным решением данной проблемы является строительство зеленых зданий. Зеленое строительство – это подход к проектированию, строительству и эксплуатации зданий, содержащий ряд решений мер, материалов и оборудования, нацеленных на энерго- и ресурсоэффективность. Поданным Совета по Экологическому строительству (RuGBC) здания по всему миру используют около 40% всей потребляемой энергии, 67% электричества, 40% сырья и 14% запасов питьевой воды, производят 35% всех выбросов углекислого газа и 50% всех твердых бытовых отходов. В России при производстве строительных материалов и их транспортировке потребляется около 8% энергии, в процесса строительства – 3%, а вовремя эксплуатации и реконструкции около 90% [1]. 139 На сегодняшний день существуют различные рейтинговые системы − LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) – разработана американским Советом по зеленым зданиями опубликована впервые в 1999 году − BREEAM (BRE Environmental Assessment Method) – разработана британской организацией по исследованию зданий (UK Building Research Establishment), впервые была опубликована в 1990 году − DGNB (German Sustainable Building Council) – разработана немецким Советом по устойчивому развитию в 2007 году − В России в 2011 году была зарегистрирована Система добровольной сертификации объектов недвижимости Зеленые стандарты, которая опирается на системы BREEAM и LEED, но со ссылками на российские нормативные документы. Опираясь на обеспечение повышенной энергетической эффективности и экологической безопасности зданий, выделяют следующие категории 1. здания с низким энергопотреблением 2. здания с ультранизким энергопотреблением – пассивные здания 3. здания с нулевым энергопотреблением или нулевым выбросом CO 2 ; 4. зеленые здания 5. здания, сбалансированные с окружающей средой (биоклиматическая архитектура. Здания с низким энергопотреблением – объекты жилищного строительства с более высокой энергетической эффективностью, чем требования стандартов, нормирующих базовый уровень. Потребление энергии таких зданий составляет от 20 до 45 кВт*ч/м 2 в года выбросы парниковых газов – около 10 кг. С 2002 г. в Европе запрещено строительство домов с энергопотреблением более 60 кВт*ч/м 2 в год. Пассивные дома – здания, в которых отопление осуществляется за счет тепла, выделяемого живущими в нем людьми, бытовыми приборами и альтернативными источниками энергии, а горячее водоснабжение происходит при помощи установок возобновляемой энергии (например, тепловые насосы и солнечные коллекторы. Обязательными активными методами в пассивном доме является использование системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией рисунок 1). Также, используют грунтовые теплообменники для пассивного предварительного подогрева и 140 охлаждения воды и воздуха и гелиоприемники, обеспечивающие получение электроэнергии. К фасадным решениям относят отсутствие светопрозрачных элементов на северной стороне, через которые происходят теплопотери, а также размещение на южной стороне наибольшего числа светопрозрачных конструкций, которые пропускают в здание солнечные лучи. Потребление энергии составляет менее 15 кВт*ч/м 2 в года выбросы парниковых газов – около 1,5 кг. С 2019 года в Европе запрещено строить дома ниже стандартов пассивного дома. Здания с ультранизким энергопотреблением базируются наследующих принципах компактность зданий, высокий уровень теплозащиты, рекуперация тепла, низкое энергопотребление на отопление, пассивное использование солнечной энергии, высокая герметичность ограждающих конструкций, использование возобновляемых источников энергии и экологичных материалов. Рисунок 1. Основные принципы пассивного дома Здания с нулевым энергопотреблением – это здания, имеющие те же архитектурные стандарты, что и пассивный дом, но потребляющие только ту энергию, которую вырабатывают сами. Данные здания не используют ископаемое топливо и получают необходимую энергию от солнечной радиации и других возобновляемых источников энергии например, солнечные батареи, нагрев воды солнечной энергией, использование энергии ветра, биотоплива и т.д.), а также имеют нулевой энергетический баланс в годовом цикле [2]. Цель такого здания – минимальное вмешательство в природу, полное отсутствие 141 затратна потребление энергии и выбросов парниковых газов. Для достижения экономии энергии предусматривают минимизацию площади наружных стен, инсоляцию зданий, тройное остекление, расположение широких оконных проемов, солнечных батарей, коллекторов с южной стороны, устройство светопрозрачных оранжерей, отказ от сквозного проветривания, применение светопрозрачной и вакуумной теплоизоляции, использование систем утилизации возобновляемой солнечной, ветровой, гео- и гидротермальной энергии (рисунок 2). Рисунок 2. Схема функционирования дома с нулевым энергопотреблением Зеленые здания отличаются от пассивных домов повышенной энергоэффективностью, сниженным потреблением питьевой воды и использованием серой технической воды. При сооружении применяют строительные материалы, которые оказывают минимальные воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Для уменьшения теплопотерь учитывают оптимальное соотношение площади ограждающих конструкций к отапливаемому объекту, а зеленая кровля позволяет снизить избыточное теплопоступление в летний период и снизить выбросы углекислого газа. Для охлаждения воздуха применяют геотермальные системы, использующие энергию 142 земли. Для нагрева воды на кровле устанавливают солнечные коллекторы. Вода, собранная из умывальников, душевых и ливневого стока, проходит очистку, а затем идет на технические нужды. Основными требованиями зеленых зданий являются качество внутреннего воздуха и использование строительных материалов из местных источников (рисунок 3). Зеленые здания обладают следующими преимуществами сокращение на более чем 8-10% эксплуатационных расходов, комфортные условия работы и более высокая арендная плата. Рисунок 3. Концепция зеленого дома Главный принцип биоклиматической архитектуры – гармония с природой. Необходимыми условиями при строительстве зданий, сбалансированных с окружающей средой, являются отсутствие вредных выбросов, отходов производства и продуктов жизнедеятельности человека в окружающую среду, а также сохранение и восстановление природных ресурсов. Биоклиматическое проектирование опирается на использование солнечного тепла, где коллекторами служат ограждающие конструкции, перекрытия между этажами используются как аккумуляторы тепла, а стены выступают в роли своеобразных батарей. В подвалах таких зданий находятся водоочистительные станции, в которых используемая вода проходит очистку специальными микроорганизмами [3]. Также, одним из 143 преимуществ таких зданий является очищенный воздух, который зимой нагревается и увлажняется, а летом наоборот охлаждается. Строительство экологически чистых зданий осуществляется за счет альтернативных источников энергии, автономных систем обеспечения, применения энергосберегающих конструкций. Основная задача сводится к созданию рабочей модели настоящей экосистемы. Внедрение инновационных зеленых технологий решает проблемы энергопотребления на протяжении всего срока эксплуатации, а также уменьшает воздействие на окружающую среду, что позволяет повысить качество жизни человека. Можно сделать вывод, что в долгосрочной перспективе у зеленого строительства большие преимущества по сравнению с традиционным строительством. Библиографический список 1. Северова Е.А., Пашкевич С.А., Адамцевич АО. Энергетическая эффективность строительной отрасли в России – аспекты развития // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2013. – №1 (6). – С. 18–21. 2. Тетиор АН. Нулевой экологичный дом. М МГУП, 2010. 231 с. 3. Усов Я.Ю. Факторы, влияющие на формирование архитектурных решений биоклиматических жилых зданий. // Устойчивая архитектура настоящее и будущее. Тезисы докладов международного симпозиума, 17- 18 ноября 2011 г. – М МАРХИ, 2011. |