WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Кроме того, установлено, что отверждение наполненных образцов происходит медленнее, то есть наблюдается смещение кривой tg в сторону больших температур. Это свидетельствует о том, что на границе раздела происходит взаимодействие функциональных групп эпоксидного связующего с магнитным наполнителем, вследствие чего ограничивается подвижность цепей и происходит образование более плотной пространственной сетки.

3.2. Исследование характера взаимодействия модифицированного полимерного связующего с магнитным наполнителем

О характере взаимодействия связующего с магнитным наполнителем Nd-Fe-B свидетельствуют данные ИК-спектроскопии. ИК-спектры неотверждённого и отверждённого связующего, а также композиции на его основе с содержанием магнитного наполнителя в системе 80%, представлены на рисунке 2.

Рис. 2. ИК-спектры: 1 – неотвержденное порошковое эпоксидное связующее (ПЭС);

2 - МП, содержащий ПЭС + Nd-Fe-B (20 : 80); 3 - отвержденное ПЭС

Используемый магнитный наполнитель в магнитопласте представляет собой тройную систему Nd-Fe-B. Характер взаимодействия между наполнителем и связующим зависит как от структуры магнитного наполнителя, так и от эпоксидного связующего, его количества в композиции.

Анализ отверждённого и неотверждённого олигомеров, (рис. 2, кр. 1, 3) показал значительное уменьшение пика колебаний эпоксидного кольца 830 см-1 и пика при длине волны 3450 см-1 соответствующего колебаниям ОН- групп олигомера, и связей NH- группы NH2. Эти изменения в интенсивности пиков связаны с раскрытием эпоксидного кольца в результате его взаимодействия с NH- группами аминного отвердителя в процессе отверждения, обеспечивающего формирование пространственно-сшитой сетчатой структуры.

Компоненты магнитного наполнителя являются хорошими комплексообразователями. Поверхностные валентноненасыщенные атомы образуют координационные химические связи с функциональными группами эпоксидной матрицы, что объясняется уменьшением относительных интенсивностей валентных и деформационных колебаний групп СН3, СН2, СН, и смещением полос поглощения в сторону больших длин волн. Уменьшается частота колебаний С=С в алленах, появляется слабый максимум валентных колебаний ( S ).

Исследуемое порошковое эпоксидное связующее, содержащее в своём составе различные модифицирующие добавки, характеризуется более высокой термостойкостью (температура начала деструкции Тн –– 400С), по сравнению с традиционной эпоксидной смолой ЭД-20 (Тн - 230С), и имеет меньшие потери массы при исследуемых температурах. Так, при 400С ЭД-20 теряет 50% массы, в то время как порошковое эпоксидное связующее только 10%. Это позволит эксплуатировать МП на его основе при более высоких температурах (до 200С).

Таблица 2

Потери массы композиционного материала на основе Nd-Fe-B

и эпоксидного связующего и исходных компонентов

Композиции

Потери массы, % при температуре, °С

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Сплав

Nd-Fe-B

0,2

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0

0

Неотверждённое

порошковое эпоксидное связующее

1,5

2,0

3,0

10,0

83,0

89,0

93,0

93,5

96,0

Отверждённое

порошковое

эпоксидное связующее

0

1,0

1,5

10,0

81,0

91,0

94,0

95,0

95,0

Nd-Fe-B + эпоксидное порошковое связующее

(50%+50%)

0

0,1*

0

0,63

0

0,9

5,0

10,2

13,0

40,7

14,0

45,6

9,0

47,1

2,0

47,5

-

47,5

Nd-Fe-B + эпоксидное порошковое связующее

(80%+20%)

0

0,16

0

0,44

0

0,54

2,0

10,2

2,5

16,4

1,0

18,4

--

19,0

--

19,0

--

19,0

Эпоксидное связующее

ЭД-20 + ПЭПА

0,1

0,2

13,0

50,0

58,0

67,0

77,0

87,0

94,0

* - Знаменатель – расчётные значения, полученные с учётом потерь массы исходных компонентов

Термогравиметрический анализ показал, что сплав Nd-Fe-B является термостойким сплавом, потери массы не превышают 0,3%. Введение этого сплава в порошковое связующее повышает термостойкость материала. В зависимости от количества наполнителя потери составляют от 2,5 до 14% (табл. 2). Термостойкость наполненных образцов возрастает с увеличением степени наполнения композиции.

Расчетные значения потерь массы наполненных составов, полученные с учетом потерь массы исходных компонентов, превышают экспериментальные результаты, что свидетельствует об ингибировании наполнителем процесса термодеструкции связующего. Это является дополнительным подтверждением данных ИКС о наличии химического взаимодействия компонентов композиционного материала.

Глава 4. Влияние параметров формования и состава на свойства МП

В главе 4 представлены экспериментальные результаты определения влияния параметров формования на свойства МП. Разработана технология получения МП, отличительной особенностью которой является отверждение полимерного связующего вне прессформы. Полученные МП характеризуются монолитностью (рис. 3), и повышенными прочностными и магнитными характеристиками.

Рис. 3 Морфология поверхности МП (х 500)

При отработке параметров технологического режима изготовления магнита из МП изучено влияние давления формования, температуры, продолжительности воздействия повышенной температуры, а также влияние степени наполнения магнитным наполнителем на свойства МП. Давление прессования, обеспечивающее необходимые эксплуатационные свойства МП, составляет 550 – 600 МПа. Давление ниже 550 МПа приводит к снижению магнитных свойств и прочности при межслоевом сдвиге, так как происходит снижение плотности упаковки частиц. Повышение давления более 600 МПа не обеспечивает значимого повышения магнитных свойств и прочности при межслоевом сдвиге (рис. 4), а приводит к ускоренному износу прессовой оснастки, прессового оборудования и повышенному расходу электроэнергии.

Изменение структуры и магнитных свойств МП зависит от температуры формования, продолжительности контакта исходных компонентов, и их химической активности.

Температура, при которой формируется однородный композиционный материал, с необходимыми свойствами и степенью превращения составляет 170С (рис. 5), при продолжительности процесса отверждения 15 минут (рис. 6). Степень превращения при этом достигает 80%. Повышение температуры способствует достижению более высоких степеней отверждения, но приводит к формированию более напряжённой хрупкой структуры МП, и снижению прочности при межслоевом сдвиге.

При исследовании влияния продолжительности отверждения установлено (рис. 6), что при времени отверждения до 10 минут, значения прочности при межслоевом сдвиге сдв более низкие вследствие того, что не достигнута степень отверждения и образования однородной структуры материала. При увеличении времени отверждения более 15 минут уменьшается прочность при межслоевом сдвиге, но магнитная индукция практически не изменяется. Таким образом, оптимальная температура отверждения составляет 170оС, при продолжительности воздействия 15 ±1 мин.

Рис.4. Влияние давления формования на свойства магнитопластов:

1 – плотность МП, 2 – прочность при межслоевом сдвиге, 3 – магнитная индукция.

Рис. 5. Влияние температуры отверждения Рис. 6. Влияние продолжительности

на свойства МП отверждения на свойства МП:

1 – остаточная магнитная индукция Br, 1 – магнитная индукция Br;

2 – прочность при межслоевом сдвиге сдв 2 – прочность при межслоевом сдвиге сдв

Подтверждением выбранного оптимального режима являются изменения электропроводимости G = f (t, ) связующего и МП на его основе, которые снижаются после достижения температуры 180С, что связано с быстронарастающим процессом полимеризации, приводящим к формированию напряжённой сетчатой структуры связующего (рис. 1).

При выбранных режимах формования максимальная прочность обеспечивается при степени наполнения магнитным наполнителем 90%объём (табл. 6). Это связано с тем, что значительная часть связующего в МП оказывается в виде тонких полимерных прослоек между частицами наполнителя и приобретает свойства межфазного слоя, обладающего, по сравнению с чистым полимером, более высокими прочностными характеристиками. При содержании магнитного наполнителя в МП менее 60%объём магнит теряет форму при отверждении при повышенной температуре вне прессформы. При увеличении степени наполнения до 95%объём прочностные характеристики уменьшаются из-за недостатка связующего для образования непрерывной фазы полимера, ориентированного и фиксированного в виде тонких слоёв на поверхности частиц наполнителя.

Таблица 6

Влияние степени наполнения на свойства МП

Содержание Nd-Fe-B

% объём.

Магнитная индукция

Br, Тл

Плотность материала

, кг/м3

Прочность при межслоевом сдвиге

сдв, МПа

50% Nd-Fe-B

Магнит теряет форму при отверждении

60% Nd-Fe-B

0,50

5200

16,0

70% Nd-Fe-B

0,54

5300

17,5

80% Nd-Fe-B

0,58

5400

18,0

85% Nd-Fe-B

0,6

5450

19,0

90% Nd-Fe-B

0,62

5500

19,5

95% Nd-Fe-B

0,64

5600

12,0

Одной из стадий получения магнитопластов является их намагничивание. Известен способ намагничивания при повышенной температуре. Преимущество такого намагничивания заключается в практически линейном снижении коэрцитивной силы магнитотвердого материала (МТМ) с ростом температуры, что позволяет гарантированно намагнитить магнит до состояния технического насыщения (табл. 7).

Таблица 7

Влияние температуры намагничивания на свойства МП

Температура намагничивания, С

(± 5С)

Магнитная индукция

Br, Тл

Прочность при межслоевом сдвиге

сдв., МПа

25

0,55-0,56

19,5

50

0,55-0,56

75

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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