Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров. Новые металлические сплавы, приоритетные технологии (стр. 4 из 5)
Измерения электропроводности МКН проводились разностным методом с использованием ячейки-«пинцета», состоящей из двух симметричных частей. Измерение сопротивления в ячейке, с раствором NaCl различной концентрации, проводили с помощью моста переменного тока Е7-13 на частоте 1 кГц.
При сравнении полученных концентрационных зависимостей электропроводностей МКН «Поликон» и промышленных ионообменных мембран МК-40 и МА-40 было обнаружено, что при концентрации NaCl>0,25М электропроводность материалов «Поликон» резко возрастает, значительно превышая электропроводность мембран. Это обусловлено значительной долей свободного раствора (f2) внутри МКН. Обработка данных в билогарифмических координатах (lgk – lgC) позволила определить величину f2 = 0,77 и f2 = 0,78 для катионообменных и анионообменных материалов «Поликон» соответственно. Полученные экспериментальные количественные характеристики доли свободного раствора в материалах «Поликон» свидетельствуют об их достаточно хорошей гидравлической проницаемости.
Таблица 3
Влияние концентрации раствора на электропроводность катионообменных МКН
| Концентрация | МКН «Поликон К» | ||||||||
| С, моль/л | lg C | сопротивление раствора Rs,Oм | сопротивление с МКН Rs+Rt,Oм | толщина МКН L, см | сопротивление МКН Rt, Ом | электропроводность растворов, мСм/см | электропроводность раст-воров lg k | электропроводность МКН, мСм/см | МКН lg k |
| 0,062 | -1,20 | 60,890 | 69,300 | 0,0150 | 8,41 | 1,78 | 0,25 | 1,64 | 0,22 |
| 0,125 | -0,90 | 30,698 | 37,590 | 0,0200 | 6,892 | 2,90 | 0,46 | 3,26 | 0,51 |
| 0,25 | -0,60 | 18,140 | 25,590 | 0,0400 | 7,45 | 5,37 | 0,73 | 5,51 | 0,74 |
| 0,5 | -0,30 | 9,141 | 14,200 | 0,0400 | 5,059 | 7,91 | 0,90 | 10,94 | 1,04 |
| 1 | 0,00 | 4,972 | 8,621 | 0,0500 | 3,649 | 13,70 | 1,14 | 20,11 | 1,30 |
| 2 | 0,30 | 2,841 | 3,414 | 0,0155 | 0,573 | 27,05 | 1,43 | 35,20 | 1,55 |
Рост электропроводности МКН «Поликон» в умеренно разбавленных и концентрированных растворах дает основание предполагать, что МКН не будут увеличивать затраты электроэнергии, как, например, в случае инертных спейсеров канала обессоливания.
УДК 678.027:678.046:658.511
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ
В ПРОИЗВОДСТВЕ МАГНИТОПЛАСТОВ
НА ОСНОВЕ СПЛАВА Nd-Fe-B
С.Г. Кононенко, Н.Л. Левкина, С.Е. Артеменко
Энгельсский технологический институт СГТУ
Обеспечение заданных эксплуатационных характеристик магнитопластов (МП) связано с направленным выбором вида и содержания полимерной основы, технологических приемов совмещения компонентов и переработки их в изделия.
Ранее проведенными исследованиями на кафедре химической технологии ЭТИ СГТУ доказана целесообразность применения модифицированной термореактивной основы – фенолоформальдегидной смолы в смесевом и поликонденсационном способе получения МП на основе оксидных ферритов и легированного быстрозакаленного сплава Nd-Fe-B [1-5]. К числу недостатков МП на основе фенолоформальдегидного олигомера (ФФО) можно отнести жесткость, хрупкость, обусловленные спецификой пространственного строения сшитого полимера.
Широкий комплекс требований к изделиям из МП обусловливает необходимость применения для их получения полимеров и наполнителей с определенными физико-химическими, электрическими, магнитными, физико-механическими свойствами.
Выбор полимерной основы диктуется требованиями к условиям изготовления и эксплуатации МП: вязкостью, термостабильностью, адгезионной способностью и др. Так, высокое электрическое сопротивление полимерной матрицы вызывает уменьшение потерь на вихревые токи, которые наводятся при вращении в полимерном постоянном магните.
Хотя определяющую роль в формировании эксплуатационных характеристик МП играют ферромагнитные наполнители, но в плане магнитного упорядочения под воздействием внешнего магнитного поля важна и магнитная восприимчивость молекул связующего, зависящая от молекулярной массы, природы связи, наличия заместителей [6].
Накоплен большой практический опыт использования полиамидов в технологии МП – материал «Neofer» (Германия), «Нетмаг» (г.Москва) и др., отличающихся низкой вязкостью, хорошей адгезией к металлам, эластичностью, хемо-, тепло-, износо-, ударостойкостью [7].
Для расширения и удешевления сырьевой базы МП представлялось интересным использование региональных многотоннажных технологических отходов термопластов.
Термопластичной основой служили ПА-6, кубовый остаток производства ПА-6, вторичный ПА-6, технологические отходы АБС-пластика, сравнительные прочностные характеристики которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительные свойства технологических отходов термопластов
| Вид полимера | Показатели | |||||
| ПТР, г/10 мин | sр, МПа | eр, % | ауд, кДж/м2 (без надреза) | sи, МПа | rV, Ом×м | |
| ПА-6 первичный | 20,0-22,0 | 54,5 | 180 | 35-40 | 90-110 | 1012-1014 |
| ПА-6 вторичный | 38,0 | 170 | 8-10 | - | - | |
| АБС-пластик марки Э-2802 | 0,5-1,3 | 53,0 | 30 | 25-30 | 50-100 | 1014-1015 |
| АБС-пластик вторичный | 0,15 | 27,0 | 3,5 | 16-18 | - | - |
| ФФО | - | 30,0-65,0 | 1,0 | 2,8-2,5 | 50-100 | 1012-1014 |
В качестве ферромагнитного наполнителя использовали аморфно-кристаллический быстрозакаленный легированный ниобием сплав Nd-Fe-B марки НМ-20Р с содержанием основной фазы (Nd) – 20 - 25% (ТУ 14-123-97-92). Его отличает полидисперсность (размер частиц 140 – 1250 мкм), низкие пористость (суммарный объем пор 0,135 см3/г) и удельная поверхность (150 м2/г), высокие магнитные характеристики: остаточная магнитная индукция (Br) - 0,86 – 0,91 Тл; коэрцитивная сила (Нсм) - 460 кА/м [8].
Для модификации отходов термопластов использовали смазывающие вещества – полиэтиленсилоксановую жидкость марки ПЭС-5, стеарат кальция.
Для оценки перерабатываемости термопластичной композиции, наполненной сплавом Nd-Fe-B, изучены реологические свойства на экструзионном пластометре ИИРТ при температуре 230°С при нагрузке 21,6 Н для ПА-6 и 5,0 Н для отходов АБС-пластика.
Полученные данные свидетельствуют о влиянии температуры и вида модифицирующих добавок на ПТР термопластичных композиций (см. рисунок).
Установлено, что введение пластифицирующей добавки ПЭС-5 в количестве 2% масс. ~ в 3 раза увеличивает текучесть расплава кубового остатка; однако введение стеарата кальция с температурой плавления 175°С совместно с ПЭС-5 снижает индекс расплава кубового остатка.
| Состав композиции | ПТР, г/10 мин | Вязкость, Н×с/м2 |
| ПА-6 | 22,0 | 282 |
| ПА-6 + 70% Nd-Fe-B | 6,0 | 1600 |
| ПА-6 + 80% Nd-Fe-B | 1,4 | 1900 |
В табл. 3 приведены данные ДСК технологических отходов и МП на их основе.
Таблица 3
Данные ДСК технологических отходов и МП на их основе
| Состав | Тнач, °С | Ток, °С | Тпл, °С | DН, Дж/г |
| Кубовый остаток | 43 | 60 | 55 | 4,4 |
| Кубовый остаток + Nd-Fe-B | 43 | 80 | 56 | 5,0 |
| Отходы АБС-пластика | 210 | 248 | 225 | 111,0 |
| Отходы АБС-пластика + Nd-Fe-B (1 : 1) | 190 | 240 | 205 | 171,0 |
Изменение теплового эффекта плавления в условиях нагрева образцов со скоростью 8°С в мин. на приборе ДСК-Д свидетельствует о различии в положении экзопиков плавления исследуемых отходов термопластов и МП на их основе. Так, наполнение отходов АБС-пластика сплавом Nd-Fe-B смещает пик плавления ~ на 20°С в область более низких температур при увеличении ~ в 3,5 раза величины теплового эффекта при взаимодействии компонентов в системе композита, что согласуется с данными ИКС [9] и адгезионными характеристиками композитов (табл. 4).
Разработанные композиты на основе ПА-6 и промышленного сплава Nd-Fe-B отличаются меньшей поверхностной твердостью, повышенной эластичностью в сочетании с высоким значением остаточной магнитной индукции (Br = 0,48 – 0,50 Тл).