Исследование структуры и свойств композиционного материала на основе СВМПЭ и частиц карбида бора, изготовленного методом СПС

Васильев, Дмитрий Сергеевич Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе показано, что увеличение объемной доли частиц наполнителя в матрице СВМПЭ сопровождается снижением относительной плотности образцов и повышением их твердости по Шору Д. Температура СПС-консолидации композиционных образцов на плотность и твердость влияет несущественно. Частицы карбида бора в матрице СВМПЭ приводят к существенному приросту стабильной орторомбической фазы последнего. Минимальный износ имел композит с содержанием наполнителя 50 об. %, полученный при температуре 180 °С, дальнейшее увеличение содержания наполнителя сопровождается повышением износа.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 10
1. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ
СВМПЭ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ …………………………………………………………………. 12
1.1 Структура, свойства и области применения
сверхвысокомолекулярного полиэтилена………………………………………………….. 12
1.2 Методы консолидации порошкового СВМПЭ ……………………………. 17
1.2.1 Спекание в свободном состоянии ……………………………………….. 17
1.2.2 Горячее прессование…………………………………………………………… 19
1.2.3 Плунжерная экструзия ……………………………………………………….. 21
1.2.4 Ультразвуковое прессование ………………………………………………. 22
1.2.5 Искровое плазменное спекание (СПС) ………………………………… 24
1.3 Методы получения полимерных композитов ……………………………… 26
1.3.1 Метод смешивания в расплаве полимера …………………………….. 26
1.3.2 Метод механической активации …………………………………………. 27
1.3.3 Метод смешивания в жидкости …………………………………………… 28
1.3.4 Метод полимеризационного наполнения …………………………….. 29
1.4 Армирующие добавки композиционного материала на основе
СВМПЭ……………………………………………………………………………………………………. 31
1.4.1 Углеродные наполнители …………………………………………………… 31
1.4.2 Другие армирующие частицы …………………………………………….. 34
1.5 Вывод по разделу и постановка задач исследований …………………… 38
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………… 40
2.1 Материалы исследования …………………………………………………………… 40
2.2 Технология получения изделий ………………………………………………….. 41
2.3 Методика исследования …………………………………………………………….. 43
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ………………………………………………… 49
3.1 Исследование влияния температуры спекания на структуру и
свойства образцов из чистого СВМПЭ ……………………………………………………… 49
3.2 Исследование влияния температуры спекания на структуру и
свойства композиционных образцов на основе СВМПЭ и частиц B4C ……… 51
3.3 Результаты рентгенофазового анализа ……………………………………….. 55
3.4 Трибологические испытания композитов …………………………………… 57
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………. 61
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……… 61
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ………………………. 61
4.1.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………….. 63
4.2 Планирование научно-исследовательских работ ………………………… 66
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………. 66
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ и разработка
графика проведения ……………………………………………………………………………… 67
4.3 Бюджет научно-технического исследования ………………………………. 70
4.3.1 Расчет материальных затрат научно-технического
исследования ……………………………………………………………………………………….. 71
4.3.2 Расчет амортизации специального оборудования ………………… 72
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы ………………….. 73
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……….. 74
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды …………………………………. 74
4.3.6 Накладные расходы ……………………………………………………………. 75
4.3.7 Бюджетная стоимость НИР ………………………………………………… 75
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования ….. 76
4.4.1 Интегральный показатель финансовой эффективности ……….. 76
4.4.2 Интегральный показатель ресурсоэффективности ………………. 77
4.4.3 Интегральный показатель эффективности вариантов
исполнения разработки …………………………………………………………………………. 78
4.5 Выводы по разделу ……………………………………………………………………. 79
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………. 83
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 83
5.2 Производственная безопасность ………………………………………………… 86
5.2.1 Анализ вредных производственных факторов …………………….. 86
5.2.2 Анализ опасных производственных факторов …………………….. 92
5.3 Экологическая безопасность ……………………………………………………… 94
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………… 95
5.5 Вывод по разделу ………………………………………………………………………. 96
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 98
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ……………………………………………………………………… 101
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………….. 102
ПРИЛОЖЕНИЕ A ………………………………………………………………………………….. 114

Область развития материаловедения, связанная с полимерными
композиционными материалами (ПКМ), в настоящее время привлекает все
большее внимание со стороны научного сообщества, которое работает над
созданием новых функциональных материалов. Благодаря набору
специфических свойств, полимерные композиты все чаще вытесняют
традиционные материалы, такие как металлы, керамики, незаполненные
полимеры. Одним из перспективных матричных материалов для полимерных
композитов является сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).
СВМПЭ – это технический полимер, который отличается от
полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) более высокой молекулярной массой
и длиной цепи. Согласно Международной организации по стандартизации
(ISO), СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1 миллиона грамм на моль
и степень полимеризации 36000 [1]. Известно, что свойства СВМПЭ в
большей степени зависят от микроструктуры, а не от молекулярной массы [2].
СВМПЭ обладает набором уникальных физико–механических свойств,
таких как высокая прочность и ударная вязкость, низкий коэффициент трения,
высокая износостойкость, химическая стабильность, биосовместимость. Это
позволяет использовать СВМПЭ в качестве материла для элементов
баллистической защиты (шлемы, бронежилеты), спортивного инвентаря
(лыжи, сноуборды), деталей, подверженных повышенным ударным нагрузкам
и истиранию (шестерни, направляющие), в медицине для изготовления
искусственных имплантатов (шарнирный наконечник суставов).
В настоящее время ведутся работы в направлении дальнейшего
улучшения механических и трибологических характеристик СВМПЭ. Одним
из наиболее перспективных методов повышения эксплуатационных свойств
является армирование полимерной матрицы различными дисперсными или
волокнистыми наполнителями. Используя различные неорганические
наполнители, можно целенаправленно изменять прочностные и
функциональные свойства. Одним из перспективных наполнителей для ПМК
является карбид бора, который обладает высокой твердостью (до 50 ГПа) и
низкой удельной массой (2,52 г/см3) [3].
Цель работы – экспериментальная оценка влияния и оптимизация
содержания добавки на структурные свойства и трибологические
характеристики композита на основе СВМПЭ и частиц карбида бора.
Задачи работы:
1. исследовать влияние температуры спекания на плотность и
твердость образцов из чистого СВМПЭ и композитов на основе СВМПЭ с
различным содержанием частиц карбида бора 25, 50 и 75 об. %;
2. исследовать влияние размера частиц наполнителя на плотность и
твердость композиционного материала на основе СВМПЭ с содержанием
частиц карбида бора 75 %;
3. оценить влияние температуры спекания на фазовый состав и
параметры кристаллической структуры образцов из чистого СВМПЭ и
композита с содержанием карбида бора 50 %;
4. исследовать влияние содержания наполнителя на трибологические
характеристики композиционного материала на основе СВМПЭ и частиц
карбида бора;
5. предоставить практические рекомендации по использованию
результатов магистерской диссертации.
1. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ СВМПЭ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету