Реологические свойства глетглицериновых мастик специального назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реологические свойства глетглицериновых мастик специального назначения

Бормотов А.Н., канд. техн. наук, доцент, Королев Е.В., д-р техн. наук, профессор, советник РААСН,

Преснякова О.В., аспирант

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

К настоящему времени выполнены многие исследования, посвященные проблемам структурообразования композитов специального назначения, синтеза их основных технических свойств и изучения деструктивных процессов в различных условиях эксплуатации, а также направленные на определение влияния различных рецептурно-технологических факторов на реологические свойства радиационно-защитных композитов.

Для изготовления защитных конструкций, работающих в условиях интенсивных радиационных нагрузок, целесообразно проектировать материал, в состав которого должны входить химические элементы с большими атомными массами (свинец, железо и др.), а для эффективного поглощения нейтронного поглощения - химические элементы с малой атомной массой (водород, углерод, бор и др.). Анализ научно-технической литературы показывает, что эффективным сочетанием содержания тяжелых и легких элементов обладает глетглицериновый цемент, который получают совмещением оксида свинца (глета) и водного раствора глицерина. Глетглицериновый цемент (ГГЦ) является малоизученным быстротвердеющим вяжущим веществом, который используют для склеивания металлических и фарфоровых материалов, в качестве замазки, для футеровки различных аппаратов, работающих при повышенных температурах (до 250 °С) в условиях воздействия воды, соляной кислоты любой концентрации и разбавленной серной кислоты.

Важным требованием, предъявляемым практикой строительного производства к радиационно-защитным композиционным материалам, является удобоукладываемость смесей, зависящая от вязкости вяжущего, вида и дисперсности наполнителя, степени наполнения, интенсивности физико-химического взаимодействия на границе раздела фаз, условий приготовления и пр.

Первостепенным структурообразующим фактором, определяющим реологические характеристики, является степень наполнения глетглицериновых композиций (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость предельного напряжения сдвига от степени наполнения глетглицеринового цемента

Как видно из рис. 1, при наполнении глицерина оксидом свинца предельное напряжение сдвига закономерно возрастает. Причем, при степенях наполнения от 1:2 до 1:10 по массе смесь классифицируется как литая и пластичная (изделия могут быть отформованы по вибролитьевой технологии), а при степенях наполнения от 1:10 до 1:12 по массе смесь жесткая, для которой применима технология прессования.

На графике зависимости = f (Ж/Т) (здесь Ж/Т - соотношение по массе 85 %-ного раствора глицерина (Ж) к оксиду свинца (Т)) можно выделить три параметрические точки при Ж/Т = 1:5; 1:8; 1:10 (рис. 1).

Эти точки соответствуют концентрациям PbO, при которых наблюдаются структурные изменения ГГЦ. Поэтому при Ж/Т < 1:5 поведение ГГЦ мало отличается от реологических свойств механической смеси компонентов, подчиняющейся закону А. Эйнштейна:

,

где - предельное напряжение сдвига раствора глицерина, - коэффициент, - объёмная концентрация дисперсной фазы.

При Ж/Т > 1:5 наблюдается отклонение от закона А. Эйнштейна и оксид свинца выступает в качестве наполнителя.

Отношение Ж/Т (глицерин/оксид свинца) = 1/5 по массе соответствует количествам вещества, вступающим в химическую реакцию с образованием глицератов свинца. Такой состав ГГЦ обладает хорошими реологическими характеристиками и высокими физико-механическими свойствами и рекомендуется авторами для получения особо тяжелых композитов для защиты от радиации с заданными структурой и свойствами.

Использование литых смесей в радиационной технике имеет естественные технические и экономические ограничения, устранение которых достигается введением заполнителей, имеющих эффективный химический состав. В работах школы А.П. Прошина доказана целесообразность применения в качестве дисперсной фазы - полиминерального отхода стекольной промышленности, содержащего до 71% PbO и средней плотностью 5100 кг/м3.

При проведении экспериментов использовались ранее полученные авторами результаты. Для наполнения ГГЦ композитов использовалась двухфракционная смесь отхода производства оптического стекла марки ТФ при массовом соотношении фракций с размерами частиц 1,25-2,5 мм : 0,05-0,14 мм = 3 : 2. Такая смесь имеет наибольшую насыпную плотность.

По мнению авторов [1], исследование комплексного влияния различных факторов на реологические свойства композитов целесообразно проводить с использованием методов теории управления и системного анализа - установление обобщенной зависимости изучаемого свойства от всего комплекса факторов, рассматривая композит как сложную техническую систему, которые позволяют решить вопросы комплексного влияния различных факторов на реологические свойства композитов.

Согласно [2] следует возможность аппроксимации = (f , t) в виде

,

при 0,1 f 0,3; 3 t 8 мин, где , при n = 3, m = 6.

После проведения математической обработки уравнение = (f , t) принимает вид

.

Введение стеклозаполнителя приводит к закономерному снижению подвижности смесей (рис.2).

Общий вид зависимости пластической прочности от степени наполнения (рис. 2) свидетельствует о том, что в ГГЦ композитах при f 0,1 создается пространственная структура за счёт действия сил молекулярного взаимодействия между слоями связующего, покрывающего частицы наполнителя. Плёнки жидкой фазы создают непрерывную пространственную сетку в структуре ГГЦ, придавая ему свойства пластичности и способствуя течению при приложении внешних силовых воздействий.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При степени наполнения f 0,3 происходит увеличение структурной вязкости системы, в результате утончения слоёв глицерина, что приводит к значительному повышению сопротивления сдвигу. В системе не только повышается вязкое трение, но и возникает сухое трение между зёрнами заполнителя.

Дальнейшее увеличение степени наполнения приводит к дефициту связующего и росту пористости материала. При этом часть связующего переходит в дискретное состояние, что приводит к дефициту вяжущего и появлению несмоченных частиц заполнителя. По аналогии с цементными материалами такую смесь можно назвать «жёсткой». При использовании жёстких смесей для получения ГГЦ композитов с высокими физико-механическими свойствами в процессе формирования структуры необходимо прикладывать достаточно большие внешние силовые воздействия (например, прессование и т.д.).

Объёмное наполнение f 0,25-0,3 соответствует состоянию вяжущего вещества в виде тонких ориентированных сплошных пленок, полностью обволакивающих частицы заполнителей при минимальном содержании объемной фазы связующего. Именно такие композиции обладают приемлемыми реологическими свойствами и наилучшими физико-механическими характеристиками и рекомендуются авторами для создания эффективных радиационно-защитных мастик на основе глетглицеринового вяжущего.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

глетглицериновый мастика цемент

1. А.П. Прошин, А.М. Данилов, А.Н. Бормотов, Е.В. Королев, И.А. Гарькина. Разработка и управление качеством строительных материалов с регулируемыми структурой и свойствами для защиты от радиации. // Труды II Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO '03. - М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2003. - С. 2437-2460.

2. А.Н. Бормотов, Е.В. Королев, А.П. Прошин. Исследование реологических свойств композиционных материалов специального назначения методами системного анализа. Вестник отделения строительных наук РААСН, вып. № 8, 2004. М.: РААСН. С. 327-335.

Размещено на Allbest.ru