WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Самылкин Александр Михайлович

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ИЗ МАГНИТОПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОГО ПОРОШКОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО

Специальность 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2008

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Артёменко Александр Александрович

Официальные оппоненты

доктор химических наук, профессор

Кособудский Игорь Донатович

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФГУ ГосНИИЭНП

Щёлоков Юрий Викторович

Ведущая организация – ФГУП НПП «Алмаз», г.Саратов.

Защита состоится «_26___» декабря 2008 г. в _10___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 413100, г. Энгельс Саратовской обл. пл. Свободы, 17, Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан «__26___» ноября 2008 г.

Ученый секретарь В.В.Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Ассортимент композиционных постоянных магнитов – магнитопластов (МП), предлагаемых различными производителями в настоящее время, обладает широким спектром магнитных, физико-механических и стоимостных характеристик. Соперничество между производителями в основном ведётся в сфере снижения конечной стоимости продукции при обеспечении высоких магнитных характеристик. При практически одинаковой для всех цене на основные компоненты МП – магнитные порошки и полимерные связующие, успех в такой конкурентной борьбе может быть обеспечен только за счёт снижения издержек производства, то есть за счёт повышения технологичности процессов изготовления магнитов.

Современная магнетохимия, используя подходы физической химии, дает возможность сформировать глубокое понимание зависимости между химическим строением гетерогенной композиции и свойствами МП на ее основе, учитывать влияние магнитного поля на реакционную способность взаимодействующих компонентов, что позволяет отказаться от традиционных способов получения МП и перейти на более современные.

За счет направленного выбора химической природы полимерного связующего и магнитного дисперсного наполнителя, их свойств и структуры, способа формирования системы «полимер – наполнитель» и их соотношения в композиции могут быть получены МП, обладающие магнитными, физико-химическими и механическими характеристиками в соответствии с их функциональным назначением.

Технологичность производства постоянных магнитов из МП характеризуется высоким коэффициентом использования исходных материалов, близким к единице, тогда как тот же показатель при традиционных способах производства магнитов (методами порошковой металлургии) составляет не более 0,7.

Поэтому МП в современных условиях довольно часто являются не только заменителями магнитов, полученных методами порошковой металлургии, но и материалами с новыми возможностями в техническом, экономическом и экологическом планах.

Цель работы: исследование и разработка основ высокоэффективной технологии получения постоянных магнитов из магнитопластов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • Исследовать процессы формирования структуры и свойств МП на основе магнитного порошка сплава Nd-Fe-B и эпоксидного порошкового связующего;
  • Исследовать кинетику процесса отверждения эпоксидного порошкового связующего и составов на его основе;
  • Изучить взаимосвязь между химическим строением исходных компонентов и сформированных структур с магнитными, физико-химическими и механическими свойствами МП;
  • Определить параметры формования постоянных магнитов из МП с повышенными магнитными и физико-механическими свойствами;
  • Определить параметры процессов малостадийной, энергосберегающей и экологически безопасной технологии МП, обеспечивающей высокое качество и низкую себестоимость изделий.

Научная новизна выполненной работы заключается в том, что впервые:

  • Установлены закономерности формирования структуры постоянных магнитов из МП при использовании в качестве полимерного связующего модифицированного порошкообразного эпоксидного олигомера и магнитного порошка Nd-Fe-B;
  • Доказано взаимное влияние компонентов МП, выразившееся в образовании адсорбционных и координационно-химических связей между компонентами магнитного наполнителя и функциональными группами эпоксидной смолы;
  • Доказаны закономерности формирования монолитной структуры МП, образующейся в результате предварительной обработки материала высоким давлением (не менее 600 МПа) с последующим воздействием повышенной температуры (не менее 170С);
  • Установлены закономерности и разработан метод отверждения полимерных композиций с магнитным наполнителем при пропускании электрического тока. Доказано, что прогрев материала при этом происходит равномерно во всём объёме композиции, а сформированная структура МП обладает повышенными физико-механическими свойствами.

Практическая значимость работы.

- Разработана технология производства МП из порошкообразных компонентов - сплава Nd-Fe-B и модифицированного эпоксидного связующего;

- Установлены технологические параметры изготовления магнитов из разработанных МП;

- Впервые применен энергосберегающий и эффективный метод отверждения композиций для МП за счет пропускания электрического тока;

- Прошли испытания в эксплуатационных условиях и внедрены в конструкцию индикаторов перепада давления ИПД-500 для газовой аппаратуры (ОАО «Газаппарат») магниты, изготовленные по разработанной технологии.

Достоверность и обоснованность результатов исследований подтверждаются комплексом независимых и взаимодополняющих методов исследования: термогравиметрического анализа, инфракрасной и эмиссионной спектроскопии, стандартных методов испытаний технологических свойств материала.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на Международном симпозиуме восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты века» (Саратов, сентябрь 2005г.); Международной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения НПМ-2007» (Волгоград, октябрь 2007 г.); Международной научной конференции «Реальная структура и свойства перспективных магнитных материалов» (Астрахань, октябрь 2007г); 4-й Международной конференции «Композит-2007» (Саратов, июль 2007г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в центральных периодических изданиях, 5 статей в сборниках научных трудов, подана заявка на изобретение.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, описаны структура диссертации, апробация и реализация результатов работы.

Литературный обзор посвящён анализу состояния проблемы создания постоянных магнитов из магнитопластов. Проведён анализ современных методов производства МП, в том числе и метода поликонденсационного наполнения, разработанного кафедрой химической технологии ТИ CГТУ. Дан сравнительный анализ используемых магнитных наполнителей для производства МП и обоснован выбор быстрозакалённого легированного магнитного сплава Nd-Fe-B, используемого в данной работе. Показано влияние химической природы полимерного связующего и дисперсного магнитного наполнителя на формирование структуры и свойств полимерных наполненных композиций, а также влияние модифицирующих добавок на характер взаимодействия компонентов композиции. Рассмотрены различные методы переработки МП в изделия.

Выбор технологии формования изделия из МП зависит от ряда обстоятельств, к важнейшим из которых относятся: форма и размер изделия, степень и направление анизотропии, состав связующего. Исходя из выбранной технологии переработки, опреде­ляются требования, предъявляемые к МП по их физико-механическим свойствам, магнитным характеристикам, температурным диапазонам вязкотекучего состояния.

В связи с проведённым анализом, для улучшения технологичности процесса изготовления, увеличения физико-механических и магнитных свойств, становится актуальной задача разработки нового метода производства.

В главе 2 обоснован выбор объектов и методов исследования эксперимента.

В качестве объектов исследования использовались:

  1. быстрозакаленный легированный интерсплав Nd-Fe-B марки БЗМП-2, произведенный ГУП НТЦ «ВНИИНМ» г.Москва;
  2. эпоксидное порошковое связующее марки П-ЭП-7120 производства АО «Лакокраска» (г.Ярославль) ТУ 2329-001-21707421-2004.

Исходные компоненты и полученный на их основе композиционный материал исследовался следующими методами: инфракрасной и эмиссионной спектроскопии, термогравиметрического анализа, измерения намагниченности, оптической микроскопии, методов испытания по ГОСТ.

Глава 3. Исследования структуры и свойств модифицированного порошкового связующего и МП на его основе

В главе 3 представлены экспериментальные результаты исследования эпоксидного порошкового связующего и композиционного материала на его основе.

3.1. Изучение состава эпоксидного порошкового связующего.

В литературных источниках отсутствуют сведения о составе используемого связующего, и завод изготовитель также не раскрывает его состав. Поэтому для объяснения механизма взаимодействия компонентов при создании магнитопластов и направленного регулирования их свойств исследован его элементный состав.

Исследования проводили методом эмиссионного спектрального анализа с регистрацией и обработкой спектров автоматизированным спектроанализатором с программным обеспечением. Для усиления спектров добавок, входящих в эпоксидное порошковое связующее, проба озолялась. В результате исследования установлено, что в составе модифицированного эпоксидного связующего отмечено наличие кальция, магния, меди, кремния и других элементов (табл. 1).

Таблица 1

Элементный состав эпоксидного связующего П-ЭП-7120.

Проба

Al

B

Ca

Cu

Fe

Mg

Mn

Si

Ti

Связующее

1,85

0,764

основ

65,8

1,51

основ

0,214

8,50

0,326

Связующее после озоления

0,524

0,481

основ

33,3

1,00

86,2

0,160

2,26

0,100

Подтверждением того, что в состав связующего входят металлсодержащие модифицирующие добавки, являются результаты исследований кинетики отверждения связующего и состава на его основе электрическим методом, основанном на регистрации электропроводимости (G) и тангенса угла диэлектрических потерь tg. Поскольку связующее на ранних стадиях отверждения обладает свойствами проводника и диэлектрика, то контролируется изменение электропроводимости и тангенса угла диэлектрических потерь. После отверждения происходит снижение перечисленных характеристик. Иной характер зависимости электропроводимости присущ исследуемому связующему (рис. 1).

Кинетическая кривая (1) электропроводимости связующего условно имеет два максимума. Первый максимум наблюдается через 90 минут, при температуре плавления олигомера 80С, и связан с ростом активности заряженных частиц в результате перемещения которых образуется сквозной ток проводимости. На этом участке образуется микрогель, и tg достигает максимального значения, и остаётся постоянным. Снижение G связано с быстро нарастающим процессом формирования сетчатой структуры. При отсутствии токопроводящих добавок значения G и tg должны были уменьшаться. В исследуемых образцах наблюдается второй максимум, вызванный наличием в составе связующего проводящих добавок.

Кинетическая кривая отверждения МП (2) повторяет кривую отверждения связующего, однако, интенсивность пиков возрастает уже за счёт наличия в нём электропроводящего наполнителя Nd-Fe-B.

Рис.1. Кинетические кривые процесса отверждения порошкового связующего и МП на его основе

1,2 – электропроводимость G (1-МП, 2-связующее);

3,4 – тангенс угла диэлектрических потерь tg () (3-МП, 4-связующее)

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»