Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,926

Композиционные конструкционные материалы, методы исследования их свойств

Стородубцева Т.Н. 1 Томилин А.И. 1
1 Воронежская государственная лесотехническая академия
1. Стородубцева Т.Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов: монография; ВГЛТА. – Воронеж, 2002. – 216 с.

Перечислены результаты исследований строительных композиционных материалов, состоящих из компонентов, отличающихся по своим генезисом и свойствам, предлагаемых для объектов специального назначения на транспорте.

При строительстве промышленных и транспортных объектов специального назначения в изделиях и конструкциях достаточно широко применяются различные композиционные материалы (КМ), вид которых определяется реализуемыми технологическими процессами создаваемых производств и условиями их эксплуатации. К ним относятся: покрытия полов, фундаменты, корпуса аппаратов и емкостей, лотки и отстойники сточных технологических вод, шпалы верхнего строения железных дорог и метрополитенов, лесовозных и трамвайных путей, переезды, платформы, подверженные воздействию химически активных жидкостей, грунтовых вод, атмосферных осадков, переменных температур, что и предопределяет необходимость обеспечения особых свойств этих материалов, основными из которых являются коррозионная стойкость, долговечность и экологическая безопасность [1].

Учитывая острую необходимость повышения экономической эффективности широкого использования техногенных продуктов лесного комплекса, химической промышленности и местного сырья, основное внимание уделялось разработке стекло- и древесностекловолокнистых композиционных материалов (СВКМ, ДСВКМ), главные исходные компоненты которых отличались по своим генезису и свойствам.

Совершенствование КМ потребовало детального изучения как взаимосвязи появляющихся внутренних сил и определяющих их факторов в процессах изготовления конструкций, так и в условиях их эксплуатации при различных видах силовых воздействий.

В частности, выполнены следующие исследования:

– с позиций положений физической и коллоидной химии, физико-химии поверхностей и механики композиционных материалов даны оценки свойствам структурообразующих компонентов ДСВКМ, которые определяют эксплуатационные характеристики и технологию производства изделий;

– установлены зависимости основных механических характеристик полимерно-песчаной матрицы композитов на смоле ФАМ от массовой доли и свойств основных компонентов, технологии их дозирования и перемешивания;

– оценена роль синергетических эффектов взаимодействия компонентов ДСВКМ, определено их оптимальное количество, обеспечивающее получение заданных свойств конечных композитов и экономическую целесообразность;

– предложены математические модели, отражающие физический смысл процессов формирования структуры разрабатываемых композиционных материалов и модели, необходимые для расчета напряжений и деформаций в объеме ДСВКМ под действием факторов температуры и усадки, проявляющихся при полимеризации смолы ФАМ, технологическом прогреве изделий, остывании и увлажнении в процессе эксплуатации, количественной оценки их влияния и установлении причин появления микро- и макротрещин, а затем их устранения;

– доказана возможность комплексной защиты композиционных материалов от разрушающего действия давления стесненного набухания древесного армирующего заполнителя, которая осуществляется за счет введения в состав матрицы ДСВКМ модифицирующих наполнителей, а также пропитки поверхности изделия и этого заполнителя. В последнем случае был впервые использован факт того, что процесс разбухания древесины прекращается при достижении предела насыщения, равного 30 %, не только водой, но и гидрофобизирующими соединениями, предпочтительно линейных углеводородов, и оценена их стойкость в условиях эксплуатации;

– разработаны новые методы прогнозирования и оценки длительной прочности и ожидаемой долговечности ДСВКМ по результатам исследований процессов ползучести при изгибе без и при одновременном обводнении, определены величины пределов длительного сопротивления, длительных секущих модулей деформации, коэффициентов длительности и длительных деформационных коэффициентов, а также доказана неизменность структуры материала при такого рода воздействиях;

– экспериментально подтверждена гипотеза о том, что условный предел пропорциональности – это напряжение, соответствующее пределу длительного сопротивления конструкционных композиционных материалов;

– скорректированы на уровне изобретений теоретические и предложены на их основе производственные составы ДСВКМ (таблица), определены их физико-механические характеристики, а также коэффициенты химической и атмосферостойкости;

– разработаны технологические линии и регламенты производства изделий, в том числе железнодорожных шпал и брусьев стрелочных переводов, методом литьевого виброформования (отливки), снабженных новым видом узла крепления к ним рельсов;

– определены области применения из ДСВКМ на объектах промышленного и транспортного строительства для изделий специального назначения, применяемых в суровых условиях эксплуатации, доказана их экологическая безопасность и технико-экономическая эффективность.

Модифицированный состав ДСВКМ со щепой на одно изделие и 1 м3 с использованием патента № 2098375

№ п/п

Компоненты ДСВКМ, Кi

Состав

Содержание компонентов, Рi

м.ч.

% по массе – Мi

в изделии

в 1 м3

1

ФАМ

5,58

18,6

33,6

280

2

БСК

1,38

4,6

8,4

70

3

П и ПМ

16,35

54,5

98,0

817

5

Гр

1,17

3,9

7,0

58,0

6

ПО

1,17

3,9

7,0

58,0

7

СС

0,84

2,8

5,0

42,0

8

Щ + ОММ*

3,51

11,7

21,0

175

 

Итого:

30,0 м.ч.

100 %

Ри = 180 кг

1500 кг

Примечание: фурфуролацетоновая смола (ФАМ) – вяжущее, бензолсульфокислота (БСК) – катализатор ее отверждения, песок (П), наполнители в виде графитовой и пиритовой муки (Гр, ПО), стеклосетка (СС) и кусковые отходы переработки древесины (Щ) – армирующие заполнители, ОММ* – отработанное машинное масло, применяемое для защиты заполнителей.

Так, ожидаемый экономический эффект с учетом эксплуатационных расходов при запланированном выпуске 375 тыс. штук шпал в год составит 130 млн. рублей (по сравнению с деревянными) и 16 млн. рублей (по сравнению с железобетонными).


Библиографическая ссылка

Стородубцева Т.Н., Томилин А.И. Композиционные конструкционные материалы, методы исследования их свойств // Современные наукоемкие технологии. – 2012. – № 11. – С. 53-54;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31102 (дата обращения: 22.09.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685