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!

    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    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
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 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
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету