WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 19 |

В результате газ трансформируется в ПУМ, содержащий всего до 0,3 % минеральных примесей (меньше, чем в природном графите), его состав определяется катализатором. Получают КВУ следующим образом. Метан разлагается на поверхности катализатора (никеля) на водород и углерод; последний растворяется в металлических частицах до образования неустойчивого при таких температурах карбида. Этот процесс сопровождается реконструкцией и частичным спеканием частиц металла. В результате на их поверхности формируются несколько кристаллических граней. Одни из них наиболее активны в каталитическом разложении углерода, а у других структура комплементарна (геометрически подобна) структуре основной плоскости графита.

(100) - каталитически активная грань кристалла никеля, где происходит (разложение метана на водород и углерод (С*));

(111) - грань кристалла, на которой происходит выделение углерода в виде графитоподобных слоев;

С - атом углерода, находящийся в объеме кристалла.

Рисунок 10 - Схема механизма образования слоев углерода при пиролизе углеводородов на металлических катализаторах (на примере никеля) Разложение метана происходит на поверхности первых граней, после чего образующийся углерод диффундирует через частицу металла и выделяется на поверхности других граней в виде графитоподобных слоев. Итак, образование КВУ идет трехстадийно: индукция, стационарный рост и дезактивация. Перенос углерода в кристаллах катализатора из зоны образования в зону выделения обусловлен разницей химических потенциалов фазы углерода в различных его состояниях. В силу того, что углерод непрерывно выделяется, частицы катализатора разделяются и начинают «уходить» друг от друга, двигаясь подобно ракетам, в головных частях которых находятся активные частицы катализатора, а «хвосты» образованы растущими в случайно изменяющихся направлениях углеродными волокнами, что приводит к их переплетениям в клубки, по форме повторяющих исходные гранулы катализатора, в соответствии с рисунком 11.

Необходимым условием образования КВУ является каталитическая активность металла при разложении углеводородов до углерода и низкая химическая устойчивость соединений этого металла с последним. Большинство металлов образует очень стабильные и термостойкие карбиды (вольфрам, ванадий, титан и др.). Атомный радиус у них равен или превышает 0,13 нм, в этом случае углерод занимает октаэдрические пустоты в решетке металла и стабилизирует ее. Лишь атомные радиусы Fe, Co, Ni, Сг, Мn меньше 0,13 нм, и внедрение углерода «разрыхляет» их решетку, ослабляет межатомные связи. Карбиды этих металлов малостабильны при температурах образования КВУ. Наиболее активны Ni, Co, Fe и их сплавы (например, с медью). Типы строения волокон КВУ могут быть различны. Они свернуты в цилиндры, если кристаллы катализатора представляют собой цилиндры, где активными поверхностями являются торцевые грани, а выделение углерода в виде графита происходит на боковых поверхностях, в соответствии с рисунком 12.

Так бывает при разложении углекислого газа на никеле или метана на железе. Если же каталитически активны цилиндрические поверхности кристалла, то графит выделяется на торцах в виде пластин, и они располагаются перпендикулярно оси волокна и параллельно друг другу как колода карт (разложение метана на никелевомедных сплавах). Возможны и другие варианты.

Морфология волокон, определяемая составом катализатора и исходных газов, температурой и другими факторами, тоже может принимать различные формы: от простых а - исходный катализатор;

прямолинейных или скруb, с - стадии насыщения;

ченных волокон (в том d, e - стадии роста волокон.

числе в виде спиралей) до весьма причудливых форм, Рисунок 11 - Схема формирования структуры похожих на елочки, праздКВУ ничные фейерверки или даже букеты цветов черного цвета, в соответствии с рисунком 13. Такие формы образуются при спонтанном диспергировании активных частиц катализатора.

Каталитический синтез углеродных материалов дает неисчерпаемые возможности при получении новых модификаций ПУМ и углерод-углеродных 1 - свернутые в цилиндры, ориентированные композиционных матевдоль оси волокна;

риалов с уникальной 2 – конусообразные;

морфологией. Например, 3 – плоские, расположенные перпендикулярно нанося частицы металоси волокна.

лического никеля на поверхность сибунита и Рисунок 12 - Типы строения графитоподобных проведя на них разложеслоев КВУ ние метана, можно получить углерод-углеродный композиционный материал «КВУ на сибуните» со структурой, в которой полые глобулы пироуглерода, слагающие сибунит, дополнительно «переплетены» волокнами КВУ. Если же частицы никеля нанести на поверхность КВУ, то при разложении метана на таком катализаторе образуется углерод-углеродный композиционный материал «КВУ на КВУ» с морфологией частиц, имеющих вид «осьминогов» и «морских ежей».

Контролируемое нанесение пироуглерода на внешнюю поверхность клубков КВУ позволит получать технологические материалы будущего - углеродные молекулярные сита, пористое пространстРисунок 13 - Виды морфологии КВУ во которых «связано» с внешней средой калиброванными отверстиями размером 3 - 5 А. Причем термин «молекулярное сито» реально отражает предназначение материала - разделить смеси на две фракции:

1) с молекулами, имеющими размеры меньше, чем у калиброванных отверстий гранул молекулярного сита (эта фракция будет накапливаться внутри пористого пространства гранул материала);

2) с молекулами, размеры которых больше, нежели у калиброванных отверстий гранул молекулярного сита (эта фракция станет накапливаться между гранулами материала).

Трудно перечислить все области практического применения пористых углеродных материалов. Это пищевая промышленность и медицина, водо- и воздухоочистка. Материалы из ПУМ используют в аэрокосмонавтике, для протезирования и изготовления спортинвентаря. Из них можно изготавливать детали автомобилей, мебель, элементы зданий и многое другое. Они же - основа нового поколения электроаккумуляторов. Углерод-углеродные композиты претендуют на роль важнейшего конструкционного материала XXI века.

6.2 Металлофторопластовые композиционные материалы Для изготовления антифрикционных узлов различного назначения широко применяется политетрафторэтилен (ПТФЭ), или фторопласт-4. Однако его использование в чистом виде ограничено из-за низких механических характеристик, теплопроводности, износостойкости. Эффективным способом устранения перечисленных недостатков является введение ПТФЭ в пористый металлический каркас, который обеспечивает высокую механическую прочность, жесткость и теплопроводность полученного композиционного материала. ПТФЭ, в свою очередь, придает материалу высокие антифрикционные свойства и позволяет работать без смазки.

При продолжительной работе происходит постепенное изнашивание антифрикционного слоя и обнажения металлического каркаса, что приводит к его взаимодействию с валом. При этом выделяется значительное количество тепла, которое вызывает расширение ПТФЭ и его выход на поверхность трения. Нарушение рабочего слоя делает невозможным проведение финишных операций с использованием механической обработки для придания соосности опорам.

Предлагаются различные металлофторопластовые композиционные материалы, структура которых представляет собой объемные, взаимно расположенные друг в друге, каркас ПТФЭ и каркас металла. Материалы с данной структурой становятся теплопроводными и электропроводными, обладают изотропностью свойств, что позволяет использовать механическую обработку со снятием стружки для придания соосности опорам. Особенно необходимыми становятся теплопроводность и электропроводность при использовании данных материалов в антифрикционных системах, так как способствуют снятию статического электричества и снижению термонапряженности всей системы в целом.

В качестве армирующего сплава используют: олово, свинец, баббит Б83 (ГОСТ 1320-74); припои ПОС-40 и ПОСК 50-1.8; сплав Вуда (40% олова, 40% висмута, 20% свинца). Для придания дополнительной жесткости и прочности ПТФЭ предварительно наполняют бронзовым порошком марки БРОФ-10-1, дисперсность частиц которого составляла ~ 0,063 мм.

Для установления эксплуатационных характеристик разработанных металлофторопластов проводят следующие испытания: определение прочности при растяжении (ГОСТ 11262-80), при сжатии (ГОСТ 4651-80); проверка теплопроводности (ГОСТ 236630.2-79), электрического сопротивления (ГОСТ 6433.2-71), антифрикционных характеристик (ГОСТ 110-12-79, ГОСТ 11629-85), твердости (ГОСТ 4670-К1); испытание на старение (ГОСТ 17171-81). Основные механические характеристики приведены в таблице 10.

Результаты по определению теплопроводности и удельного электрического сопротивления металлофторопластов приведены в таблице 11.

В таблице 12 приведены данные по определению влияния старения на свойства разработанных металлофторопластов (хранение в полевых условиях в течение 5 и складских помещениях - 10 лет).

На основании вышеизложенного материала можно сделать следующие выводы:

1 существует взаимопроникающая структура металлофторопластов, в которых металлический каркас представляет собой замкнутую решетку в таком же каркасе полимера;

2 армирование ПТФЭ взаимопроникающим металлическим каркасом в 74 - 162 раза увеличивает теплопроводность, в 1010-1012 раз электрическую проводимость по сравнению с чистым полимером;

3 металлофторопласты с взаимопроникающей структурой обладают стабильными объемными свойствами, что позволяет успешно использовать финишные операции, например, резку, подпрессовку, калибрование, для обеспечения соосности опорам;

4 хранение в полевых условиях в течение 5 лет и складском помещении - 10 лет не влияет на свойства металлофторопластов.

Таблицa 10 – Основные механические характеристики металлофторопластов Проч- Прочность ГрузоСостав Твердость Коэффи- Интенсивность при при подъемматериала по Брине- циент ность износа, сжатии, растяже- ность, лю, НВ трения 10-МПа нии, МПа МПа Фторопласт-4, пропитанный 20,2 41,2 10,5 0,181 2,1 5,оловом ПТФЭ, пропитанный 20,5 40,1 10,0 0,164 1,8 5,припоем ПОС-ПТФЭ, пропитанный 21,2 40,2 10,3 0,160 1.S 5,припоем ПОСК 50-ПТФЭ, пропитанный 37,2 47,8 11,3 0,151 1,3 6,баббитом Б-Бронза - 13,5%, свинец 39,8 47,8 12,2 0.144 0,83 6,- 15%, ПТФЭ Бронза - 13,5%, ПОСК 43,5 50,2 16,8 0,155 1,01 7,50-18 -15%, ПТФЭ Бронза - 11,5%, баббит 45,6 57,1 18,2 0,159 0,90 8,Б-83 -1 5%, ПТФЭ Таблица 11 - Теплопроводность и удельного электрического сопротивления металлофторопластов Удельное электри- ТеплопроСостав материала ческое сопротивле- водность Вт/(м·°С) ние, Омм ПТФЭ, пропитанный оловом 34,8,ПТФЭ, пропитанный баббитом Б-83 22,1,ПТФЭ, пропитанный ПОСК 50-18 17,1,Бронза - 13,5%, свинец - 15%, ПТФЭ 35,2,Бронза - 13,5%, припой ПОСК 50-18 - 15%, ПТФЭ 36,0,Бронза – 11,5 %, баббит Б-83 – 15 %, ПТФЭ 37,0, Таблица 12 - Показатели влияния старения на свойства металлофторопластов Прочность Коэффици- Грузоподъем- Износ при предельСостав материала при сжатии, ент трения ность предель- ной грузоподъемноМПа ная, МПа сти, 10-ПТФЭ, пропитан37,2 0,151 6,0 1.ный баббитом Б-ПТФЭ, пропитанный баббитом Б-37,22 0,150 6,0 1,и подвергнутый старению Бронза – 11,5%, баббит Б-83 – 15%, ПТФЭ остальное, 45,6 0,165 8,0 0,не подвергнут старению Бронза - 11. 5%, баббит Б-83 - 15% 45,39 0,159 8,0 0,ПТФЭ - остальное, подвергнут старению Это позволяет рекомендовать металлофторопласты с взаимопроникающей структурой для антифрикционных элементов различных узлов и устройств, работающих при средних нагрузках в сухом режиме трения.

7 Композиционные материалы медико-технического назначения Целанекс Это торговое наименование ассортимента частично кристаллических полиэфиров на базе полибутилентерефталата (ПБТ). ПБТ производится методом поликонденсации в расплаве диметилового эфира терефталевой кислоты с 1,4- бутандинолом.

Основные марки - марки от экстремально текучей 2500 (показатель текучести 40) до вязкотекучих марок 1700 А (с показателем текучести 5).

Армированные марки - наполненные марки стекловолокном от 10 % до 50 %. В этом случае в маркировке присутствует обозначение GV, где «GV»- обозначает что данная марка армирована, следующая цифра «1»обозначает наполнение стекловолокном, а «3» - стеклянными шариками.

Второе значение дроби указывает количественное в «%» наполнение. Существуют 10 %, 15 %, 20 %, 30 %, 50 % наполнения.

С антигорючими добавками - специальные марки с минеральными или иными присадками для улучшения свойств материала. Маркируются, как правило, дополнительным буквенным обозначением «FL» в маркировке. Однако, для материалов, произведенных в США, маркировка указывается без данных букв.

Со стекловолокном и глянцевой поверхностью - данные марки были специально разработаны для применения их при производстве газовых и электрических плит, а также в других применениях, где необходимы высокая теплостойкость и отличительный внешний вид детали. Эти марки 2302 GV1/c 15 % содержанием стекловолокна, 2302 GV 1/20 с 20 % содержанием и GV 1/30 с 30 % стеклонаполнением являются смесью с ПЭТ, который придает высокий глянец изделию.

Марки со стекловолокном и минеральными добавками - это также специальные марки с улучшенными характеристиками.

Целанекс предназначен преимущественно для изготовления высококачественных и ответственных технических формованных деталей в электротехнике, в автомобилестроении и в бытовых приборах.

В точной механике и машиностроении Целанекс находит применение в качестве материала для шестерен, подшипников и других деталей скольжения.

Причем он идеально комбинируется в этом применении с ацеталевым сополимером Хостаформ.

Основными свойствами Целанекс является комбинация замечательных качеств:

- высокая твердость и жесткость;

- длительная прочность;

- высокая теплостойкость, особенно армированных стекловолокном типов (температура до 140 0C);

- благоприятные скользящие параметры и износостойкость;

- высокая стабильность формы и размеров, малое влагопоглощение;

- хорошие электрические свойства;

- хорошая стойкость по отношению к воздействию химикатов;

- хорошая стойкость по отношению к климатическим воздействиям;

- быстрая кристаллизация, в следствии этого оптимальное время цикла;

- возможность покрытия лаком.

Celstran (Цельстран) Производственный ассортимент Цельстран охватывает термопласты, усиленные длинным волокном, которые могут иметь различные свойства в зависимости от требований клиентов. В качестве термопласта - матрицы используются практически все частично кристаллические и аморфные термопластичные пластмассы.

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 19 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.