автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.08, диссертация на тему:Разработка композиционных материалов на основе ударопрочного полистирола для корпусных деталей стиральных машин

о;:

ЦЕНТРОСОЮЗ РОССИИ

МОСКОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ КООПЕРАЦИИ

На правах рукописи

НГУЕН КУОК ТХИНЬ

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УДАРОПРОЧНОГО ПОЛИСТИРОЛА ДЛЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН

Специальность 05.19.08

Товароведение промышленных товаров и сырья легкой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА—

1995

Работа выполнена на кафедре товароведения непродовольственных товаров Донецкого коммерческого института.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Е. А. Астапова.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Доктор химических наук, проф. Ю. К. Овчинников.

Доктор технических наук, и. о. проф. Ф. А. Петрище.

Ведущее предприятие: Донецкий арендный завод «ТОЧ-МАШ».

Защита состоится « ^ » 1995 г.

в . • час- на заседании диссертационного совета

Д. 148.01.02 при Московском университете потребительской кооперации по адресу: г. Мытищи, ул. В. Волошиной, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в обсуждении и направить Ваш отзыв по адресу: 141000, г. Мытищи, Московской обл., ул. В. Волошиной, 12, МУПК, диссертационный совет.

Автореферат диссертации разослан г.

Ученый секретарь у

диссертационного совета ^ л л _П. КАПИЦА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка эффективных способов повторного использования отходов производства является важной народно-хозяйственной задачей. Создание новых полимеров для различных, отраслей промышленности и трансаорта, как наиболее материалоемких, заранее предполагает введение в полимерные связующие различных наполнителей, среди которых особое место занимают минеральные наполнители. Для изделий народного потребления использованиз наполнителей связано нз только со стремление;., улучшить потребительские свойства, но и существенно снизить стоимость товаров быта. Одним из направлений онижекия стоимости является использование в качестве наполнителей отходов производства - шамотной, пыли для термопластичных полимерных матриц. В ряда работ била показана возможность создания полимерных композиционных материалов, наполненных промышленными отходами,и их перспективность применения в различных технических устройствах, однако постановка систематических исследований их служебных свойств, режимов переработки ж других матариаловедческих вопросов не осуществлялась.

Решение проблемы создания новых крмпоницио иных материалов с заменой традиционных наполнителей отходами производств является актуальной проблемой, которая стимулирует постановку систематических исследований в следующих направлениях:

разработки новых, материалов с комплексом ценных свойств и прогрессивных технологий их переработки;

установления■зависимостей между составом и свойствами с целью обеспечения требуемых надежности и долговечности материала в составе различных технических устройств, в том ча -оле и бытовой техники;

экономии первичного сырья и снижения уровня загрязнения окружащей среда за счет более полного использования отходов производств, что ваяно при комплексном решении проблем экологии.

Цель настоящей работы заключалась в разработке наполненных композиций нз основе ударопрочного полистирола УОМ-ОЮЗ с комплексом "технологических и физико-механических свойств, позволяющих решить конкретные лнхенерше задачи, сачзанные с юс применением. Наиболее значимая из них состояла в изгото-

влеиии баков и крупных деталей стиральных малшн. Параллельно с этой задачей в работе уделено внимание решению ряда вспомогательных задач, связанных с изысканием доступного и недорогого наполнителя, установлением оптимального количества его в полимерной матрице, аппаратурным офоргдпенкем и насыщением технологической линии наполнения полистирола, изучением свойств наполненных композиций, оценкой их склонности к образованию остаточных налрякений при переработке и при последующем их охлаждении, а также при повторном нагреве - термообработке, оценкой однородности свойств композиций по толщ -не изделия с учетом характера распределения и величины остаточных напряжений.

Научная новизна заключается в том, что впервые приводятся свойства полимерной композиции на основе ударопрочного полистирола УПМ-0503 с наполнителем - шамотной пылью, являющейся отходом промышленного производства. Экспериментально установлено, что шамотная пыль, как наполнитель, не инициирует опасных концентраций напряжений, приводящих к самопроизвольному растрескиванию корпусных деталей стиральных машин. Изучение напряженного состояния материала композиции при воздействии остаточных напряжений позволило установить наличие двух аон материала. Крайние /поверхностные/ участки материала подвержены воздействию остаточных напряжений сжатия, а центральные - остаточных напряжений растяжения. Прямым экспериментом установлено упрочняющее и разупрочвякь щее действие остаточных напряжений как растяжения, так и 021а-. тая. Установлена связь между короблением стенок бака ста- ■ ральной машины и их толщиной, в основе которой, определяющей величиной является температура "размораживания" подвижности структурных звеньев полимера, зависящая от величины и знака остаточных напряжении.

Практическая значимость работы состоит в положительном результате замены дефицитного материала АБС-пластика на более доступный разработанный материал на основе полистирола У11М-0503 при производстве корпусных деталей стиральных машин и цен?_№)уг; использование в качестве наполнителя отходов производства /шамотной пыли/ позволило наряду' с решением гехшческш задач решить и вопрос утилизации дрошшлзнных

отходов и улучшить экологическую чистоту производства, снизить себестоимость стиральных машин, выпускаемых ДАЗ "Точ-кгш". Экономический аффект от внедрения композиции из УПМ-ОЬОЗ с 15-ти процентным ссдаряганием шамотной пыли взамен АБС-ила-. стика для изготовления баков стиральных маоин "Дончанка" составил 7380000 крб. на годовой выпуск /по данным 01.01.1993 /.

Разработанный методический подход оценки вклада остаточных напряжений в физико-механические свойства может быть применен при релешк вопроса обесзечзния надежности и долговечности других, полимерных материалов, склонных при переработке к образованию значительных по ье.тачкна остаточных напряжений, а также использован .для развития теоретических представлений о >олй технологических прэдас?ортлй. з формировании структуры а свойств полимерных материалов. На защму выкосятся следующие положения: результаты исследований физико-механических свойств ударопрочного полистирола, наполненного дассерскыми и волокнистыми наполнителями;

вклад содержания и гранулометрического состава наполнителей - дисперсных и волокнистых в некоторые физико-механические свойства композита на основе УД4-:0508;

методический подход оценки вклада остаточных напряжений в свойства полимерной композиции при растяжении и сжатии;

представления об упрочняющем и разупрочнявдем действии остаточных напряжений в материале образца.

Адробадкя работы. Основные яеучнае положения диссертаци- . онной работы были долс-жены "к обсуждена на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Донецкого коммерческого института и 1992, 1993, 1994 гг.

По результатам выполненных, исследований опубликовано 4 печатные работа.

Структура и обьевд диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений. описка использованной литературы, включающего 108 наименований. Полный объем диссертации составляет 129 стр. машинописного текста, в тем чмелз 24 рисунок и 1 £ таблиц.

СОДЕРЖАНИЙ ДИССЕРТАЦИЙ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и описывается крут проблем, связанных с разработкой материала . и решением технической, задачи - создавия полимерного бака для стиральных машин.

В первой главе диссертации дак анализ литературных источников по наполнению полимеров. На примере ряда, полимерных матриц и наполнителей произведена оценка, роли типа наполнителей, содержания юс в объеме полимерной матрицы, гранулометрического состава. Показано, что ответственными за повышение или снижение физических, механических, диэлектрических и технологических свойств может быть широкий спектр различных взаимодействий, структур, связей, залеилекий, режимов и технологий переработки. Из анализа состояния вопроса следует, что достаточно четких сформулированных методических подходов к прогнозированию свойств через состав.и структуру компонентов еще на разработано и что необходам поиск оптимальных соотношений состава и условий переработки«

Во второй главе диссертации для решения поставленной задачи сформулированы технические требования к материалу полимерного бака, на основе которых в качестве основной полимерной матрицы был выбран ударопрочный полистирол марки УШ-0508, а в качестве основного наполнителя - шамотная пыль, являющаяся отходом производства на ДА.З "Точмаш".

Для сравнительной оценки нарабатывали композиции с другими наполнителями:маршалитом, минеральным и стеклянным еоло-кнами. В композициях» для оценки физико-механических свойств, содержание дисперсных наполнителей составляло 10, 15, 20, 25, а волокнистых - 3, 5, Ю процентов. Оценку ьклада оотатг'чннх напряжений в свойства при растяжении и сжатии осуществляли на модельном материале - полистироле марки ПСС, что позволило исключить в зависимостях и (6С£СТ') погрешности, связанные с концентрацией напряжений Еокруг частиц наполнителей /каучук и шамотная пыль/.

При исследовании свойств наполненных композиций использовали как стандартные методы оценок, так и нестандартные. Предельные характеристики кратковременной прочности при рас-гж.-шнии, скатки к изгибе выполняли на универсальных испита-

»

тельшх машинах фирмы УТС-Тзкстсиотема /ФРГ/, программы испытаний которых составлялись е режиме прямого диалога с терминалом машины, о одновременным построением статистически обработанных графических зависимостей.

Склонность наполненных композиций к образованию остаточных напряжений, а также оценка Еклада их в механические свойства при растяжении и скатки производилась с использованием разработанного методического подхода, основные положения которого базировались на известных схемах формирования напряженности при о.оандекии материала образца /изделия/.

Методом послойного удаления материала34 по ширине образца выводили материал из равновесного состояния, фиксировали образовавшийся прогиб у оставшейся части образца, рис. 1а, и по зависимости

р, Ч . 4»1»* • ^ -

ocm = Tt~îЖЭ?)

рассчитывали величину остаточных напряжений душ. различных координат реза по ширине образца. Типичное распределение остаточных напряжений по ширине образца /при его симметрическом охлаждении после отливки/ приведено на рис, 16. ..

Полученные представления о характере распределения и величине остаточных напряжений позволили выделить из макрообразцов образцы малого размера на растяжение /полоска с размерами 5,5 х 0,5 х 120 мм/ и бруски для испытания на сжатие /2 х Z х 3 мм/ с известной напряженностью вследствие воздействия сстаточных напряжений и экспериментально оценить вклад их в прочность материала при: растяжении и сжатии.

При оценке эксплуатационных свойств композиционных наполненных. материалов бит задействованы стенды для испытаний материалов на износостойкость /ЛРй- - ФРГ/ и вибропрочность ГОСТ 0051-03.

В третьей главе представлены результаты йкоперименталь-ных исследований влияния природа и концентрации дисперсных и

а - Заимствован из практики определения распределения остаточных напряжений з металлах.

(р-йр)

1,5 3 4,5 6 7, Ширина образца, мм

Рис.

1. Напряженное состояние материала полимерного бруска от воздействия остаточных, напряжений / а /.

Распределение остаточных напряжений б^,,... по лшрино образца полимера на основа УДМ-0606, наполненного шамотной пылью до термообработки /б /.

волокнистых наполнителей на механические свойства полистиролышх композиций при растяжении, сжатии и изгибе. Произведена оценка теплостойкости, износостойкости и ударной вязкости, а также термической обработки б формировании свойств кошозиций при растяжении и сиатии и снижение уровня остаточных напряжений /их релаксации/.

На рис, 2 приведены типичные диаграммы разрушения. Достаточно хорошее совпадение линий на начальном этапе деформирования подтверждает вывод, что на этом участке наполнитель в формировании жесткости материала' учзстия не принимает,- то есть жесткость композиции определяется полимерной компонентой,

Лля оценки "активности" наполнителей при

деформировании растяжением введены критерии и К^

виде

а 24

н о а) о,

§.16 н

<в

(Ц

3

си

ч 1-4—

т я

2

5 15 25 35 Относительное удлинение,б %

Рио. 2. Диаграммы разрушения

бр-£ для УШ-0508: Т- без наполнителя. Кривые 2-5 соответственно для композиций с ТО, 15, 20, 25-ти процентным наполнением шамотной пылью.

К*-

В]

г!

Приведенные критерии имеют вполне определенный физический смысл. Они показывают, какую часть упрочняющего или разупроч-няющего действия оказывает наполнение по отношению к неналолненно-му / б'р и б / материалу и позволяют полнее вскрыть механизм действия наполнителей в полимерной матрице.

В испытаниях на изгиб, табл. 1, было УЧТановлено, что сопротивление материала изгибу незначительно возрастает в ряду наполнителей: маршалит

--- шамотная пыль

-»-.минеральная вата

стекловата. Таким образом, и для этого случая предпоч-

тительными являются волокнистые наполнители, а в ряду дисперсных - шамотная пыль» Соответственно, разупрочшшдее действие наполнителей по сравнению со свойствами дая ненаполненного полимера составило 1552 для волокнистых наполнителей, 18% для наполнителя шамотной шли-и 24$ 'дая маршалита. Необходимо также отметить, что. повреждающее действие маршалита возрастает при увеличении его объемного содержания. Прочность полимерных композиций с 20 и 25-ти процентным наполнением снизилась примерно на 4 ЙПа в сравнении с,прочностью композиций, содержащих наполнитель в количествах 10 - 15$.

в

/1'ш композиций с другими; наполнителями снижение прочности составило 0,5 М11а /шамотная пиль/ и 1,5 МОа /композиция наполненная минеральной ватой/.

Таблица 1

Разрушающее напряженке при изгибе и твердость наполненных композиций.

Полимерные композиций на основе УПМ-0508, наполненного \ Процент ! Разрушающее ш-I наполнения' пряжение при {изгибе, Ша I Твердое т; i №]а ¡

Без наполнителя - 43,3 78,4

Маршалитом 10 34,6 34,4

15 31,3 84i6

20 31,2 89,4

25 , 30,6 89,7

Шамотной пылью 10 5 79,6 .

1$ 35,4 ' 82,6

20 35,1 83,1

Я 5 35.0 7Э02

Минеральной ватой 3 37*? 79,6

5 36.4 79,6

10 за,2 79,6

Стекловатой .3 37, <J 79,9

Е отличие от приведенных дшшых больший вклад в показа-

тель твердости вносят диспзрсяые наполнители и ©то связано, по-видалому, с меньшим интервалом варьирования содержания наполнители в полимерной матрице, а также более неоднородной '¡алрякеннсстыэ материала композиции около кндентора при измерении твердости. По-видимому, развитая поверхность дисперсных наполнителей способствует лучшему распределению их по объему полимерной матрицы.

Одним из основных показателей механических свойств, качественно оценивающих работу разрушения, является ударная вязкость, Наполнение полиотирольно2 матрицы дисперсными на-лолнятелями, как правило, приводит к снижению показателя ударной вязкости и с этих позиций операция наполнения я.ьляэася нежелательной. Однако соотношение между уровнем снижения ударной вязкости при ввздашш наполни"Гёпл т? уменьшением расхода

основного полимера подтверждает целесообразность технологической операции но наполнению матриц при изготовлении крупногабаритных издечкй в том числе и бака стиральной, машина.

В таблице 2 приведены, результаты испытаний на ударную • вязкость сйразцов полистирольных композиций как о надрезом, так и без него.

Таблица 2

Ударная вязкость полистирольных композиций, наполненных дисперсными и волокнистыми наполнителями.

Полимерные композиция I Процент ! Ударная вязкость по ¡Варна основе УШ-0508. |наполнения! си, кДи/м2

наполненного ! ¡"образцы "с [""образцы без _£_| надрезом } надреза

Без наполнителя - 19,24 33,30

Маршалитом 10 13,37 30, £0

15 12,85 30,94

20 12,47 за. 52

25 12,19 30;17

Шамотной пылью 10 14,62 31,79

15 ,14,47 31,29

20 14,29 31,13

25 14.28 31.14

Минеральной ватой 3 15,64. 32,44

0 15,13 32 9

1С) 1 4,93 32,09

Стекловатой 3 15,75 32,35

Результаты исследований ударной вязкости свидетельствуют о том, что отот показатель при наполнении как дисперсными, так и волокнистыми наполнителями сажается з той ке последовательности. что и характеристика разрушасщехо напряжения при растяжении $<> .

Приведенные значения ударной, вязкости, незначительное рассеяние индивидуальных значений ее в выборках образцов как с надрезом, гак и без нехъ, позволяют оценить реакцию матери- • ало б с разными наполнителями на динамическое 'деформирование с использованием соотношения аи / абн

где ан - ударная вязкость материала образца с надрезом и

абн- ударная вязкость, оцененная на образце без надреза.

Для ненаполненного полистирола что отношение составило 0,58; душ полимерной композиции с маршалитом- 0,42; - шамотной пылью - 0,46 и стекловатой - 0,47. Приведенные значения для трех наполненных композитов /маршалитом, шамотной пылью а минеральной ватой/ практически совпадают. Это свидетельствует о том, что в испытаниях на ударную вязкость /при нагру-жепии материала образца с высокой скоростью/ материалы фактически выравниваются по стойкости к повреждающему действию, которое концентрируется вокруг частиц наполнителей. Меньшая концентрация напряжений вокруг частиц наполнителя наблюдается дая шамотной пыли - 0,46, что делает его предпочтительным при решении поставленной задачи - создания материала для изготовления бака стиральной машина.

Результаты испытаний наполненных композиций на теплостойкость по Вика и Мартенсу показали, что наполнение полимерной матрицы на основе УДМ-0508 как дисперсными, так к волокнистыми наполнителями приводит к повышению теплостойкости материалов. Однако это увеличение теплостойкости материалов не представляется возможным связать с усиливающим действием наполнителя в полимере, а также за счет образования дополнительных пространственных сеток, возникающих в ряде случаев при взаимодействии частиц наполнителя между собой и материалом полимерной матрицы. Большая теплостойкость в данном случае связана о увеличением плотности наполненного полимера, которая затрудняет внедрение иглы /инденгора/ в полимер при определении теплостойкости по Вика и торможением движения структурных группировок на макроуровне в среде с большей плотностью при определении теплостойкости методом Мартенса.

По влиянию наполнителей на теплостойкость по Бика и Мартенсу закономерности симбатны - и та, и другая характеристика теплостойкости увеличивается в следующей последовательности наполнителей: без наполнителя --- маршалкт --- шамотная пыль -- минеральная вата--»• стекловата. При

этом теплостойкость по Мартенсу в приведенной последовательности возрастает на 16, 20,6 и 25,3/?, а для теплостойкости но Екка - соотнзтстзенно па 9,4, 12,7 п 14,0^. И.з сравнения

значений в приведенных радах следует, что теплостойкость по Вика для разработанных полимеров является более "тяжелым" испытанием, однако в обеих оценках большая теплостойкость наблюдается для полимерных композиций с наполнителем - шамотной пылью.

Результаты испытаний материалов но стандартным методикам позволили определить пригодность композиций на основе УШ-0508 с содержанием наполнителя шамотной пыли 10 - 2Е$ для изготовления элементов конструкций стиральных машин и перейти к более сложным нестандартным оценкам их эксплуатационных свойств.

3 настоящей главе освещаются также результаты оценок характера распределения величины остаточных напряжений по ширине образцов, возникающих на стадии охлаждения материала, а такие показана роль термической обработки в формировании последующей напряженности к ее влияние на основные физико-механические свойства, табл. 3.

Таблица 3

Влияние термообработки* на механические свойства полистирольной композиции на основе JilM-0508» наполненной шамотной пылью.

Величина остаточных ¡Ударная! Z Ггвер-1 ~ I I'Гепло-напряжений, Mía {вязко- j usr- ' |дость,{- [ " ¡стой-сжатия !растяжения! сть, 0! МПа ! Mlía ! МПаГ % 1кость,

_¡_| kWm¿| { ¡ | I е

-3,75 +0,98 31,14 35,0 83,1 15,75 21 80

-2,10 +0,40 32,00 49,6 86,9 19,80 20 77

a - В числитсле приведены данные для кетермообработанного

материала, а в знаменателе - термообработаннрго.

На снижение, в результате термической обработки« уровня остаточных напряжений вдвое наторкал образцов при оценке свойств отреагировал следующим образом. В соответствии с данными таблицы /табл. 3/ следует, что ударная вязкость,' твердость, теплостойкость и относительное удлинение при растяжении оказались нечувстштельными к ремиму термообработки. Только для разрут-ктего напряжения при растяжении и изгабе в

51

•125

,123 6 о ' 18

о

||21

и

3, »

I

л ге Ш

(и

§

810

8 -1 о

0,1 с.

Я1 4

£¡6 о

1 1

\ 4 ,ч

/у л .1

ч

1 __

к

1 1

3

1

17с, !

.а

{О

статисткчзских расчетах разница в величинах до термообработки и х;осле нее оказалась значимой.. Это позволяет считать, что остаточные напряжения могут оказывать как упрочнчвдее, так и разуврочпявдее дойотгие,.

Вклад остаточадс напряжений в свойства при деформировании

растяжением и сжатием бил исат-дован с ис~ пользова/.ам модельного материала - полистирола ПСС., так как в разработанных полимерных композициях корректность оценки осложнялась наполнителями каучуком и шамотной пылью,

На рис. 3 приведены распределения остаточных напряжений по ширине для нетермооб-работанных и термооб-ряботанннх образцов, соответственно кривые

1. -1 •; зависимости ) - кривые

2, 2" и £Г,, ( - кривые 3, 3*. Близкий к параболическому закону характер распределения остаточных напряжений сохраняется и после термообработки. Тепловое воздействие привело к значительной релаксации остаточных напряжений растяжения и сжатия /примерно здвоз/. Тер-

о о

7.5

Ширина ооразца,«»

я

а

14 я о ■а* о.

65

а>

55 |

М4£ Г» 5

& л

м

ш 0<

.Рис. 3. Распределение остаточных напряжений /кривая 1/ и их влияние на сопротивление скатаю /кривая 2/ и растяжения /кривая 3/ дея образцов полистирола в исходном состоянии. Распределение остаточных напряжений /кривая V/ после термообработки образцов полистирола ПОЙ и их влияние (Ш сопротивление с»а~ тик /кргаач 2'/ и растяжению /кркват 3'/.

мсобработка образцов полистирола I1CG сущзстЕеино изменила характер кривой (S^tm.) , кривые 2, 2', возросла однородность сопротивления материала деформациям сжатия б зоне материала с максимальными остаточными напрякенилми сжатия /1,6 МПа/ и зоне изменения сотаг'ошыма насрякэяиями знака / 2 МПа/, снизала прочность материала яри сжатии в зона с наибольшими остаточными напряжениями раотшгеная /в центре/ на 1е6 МПа. Экспериментальный данные относительно вклада термообработки в сопротивляемость сдатжо / . / дозеоляют сделать вывод, что в испытаниях на сжатие остаточные напряжения сжатия оказывают разупрочняющее действие, а остаточные напряжения растяжения - упрочняющее.

Наибольшее снижение прочное гк при скагии /более 3 МПа/ характерно для зоны материала /кривая 2/, в которой остаточные напряжения изменяют знак, что связано, по-видимому, с возникновением неупорядоченной структуры при формировании материала и возникновения напряженности в нем.

После термообработки прочность материма на сжатие отого участка возросла с 121 „5 МПа до 123,5 МПа, что свидетельствует о частичном восстановлении упорядоченности структуры.

В испытаниях на растяяепиз. соответственно кривые 3, 3', проявилось улрочнчщее действие остаточных напряжений сжатия и незначительное разупрочнягацее действие остаточных напряжений растяяения. При отом прочность на растяжение срединного участка /координата ширины образца 7,5 мм/ оказрлась нечув- • ствительной. к термообработке, что может быть связано с недостаточным временем воздействия на материал образца температуры термообработки /2 часа/. Приведенные результаты исследований позволяют отметить, что.на стадии переработки полимера л при ого последующем охлаждении формируются зоны материала с различными сопротивлениями деформированию, то гсть в разном структурно-кшряхешой состоянии. При этом режимы переработки в ¿саждом конкретном случае закладывают сбою технологическую предысторию материала полимера.

Значительное внимание в работе уделено чсследОЕа!Шям, связанным с оценкой износостойкости материала композиции о максимальным 25-ти процентным наполнением шамотно! пыли при трении ого по тканевой стирано абразивной шкурки /ГОСТ 13344-

- 79/. Износостойкость оценивали после прохождения образцом пути трения длиной 15, 45, 90 м при нагрузках на образец 10, 30, 50 Е по сухой и смоченной мыльным раствором тканевой основе шкурки.

Результаты испытаний полимерной композиции на износостойкость в работе получены для более жесткого режима в сравнении с режимом работы материала в составе бака стиральной машины. Однако и в этом случае при нагрузке 30 Н при трении по сухой и при нагрузке 50 Б при трении по смоченной мыльным раствором тканевой основе шкурки не выявили заметного износа материала образца.

В главе 4 рассматриваются вопросы, связанные с оценкой эксплуатационных свойств собственно готовых изделий - стиральных машин с баками, изготовленными из композиционного материала на основе УПМ-0508. Параллельно, для сравнительной оценки,.была наработана партия машин с баками из АБС-пластика. Испытания проводились б соответствии с положениями стандарта ТОСТ 8051-83. В числе наиболее значимых показателей программы испытаний были устойчивость самых баков к изменению формы и размеров при воздействии нагретой до 90°С вода. Этот же стандарт устанавливает порядок и объем испытаний, связанных с оценкой стойкости к воздействию вибрации.

Для реализации испытаний по полной программе для двух оценочных показателей - стойкости к воздействию на материал баков горячей вода и вибрационным нагрузкам были изготовлены партии баков из материала на основе ударопрочного полисти-.рола УПМ-0508 с 15-ти и 20-ти процентным содержанием шамотной пыли /по три стиральных машины в каадой партии7.

Результаты испытаний всех трех партий баков в составе готовых изделий, отличающихся составом материала бака, позволили установить следующее.

Коробление материала полимерного бака не наблюдали при заливке водой с температурой вплоть до 7о°С. При наливе в бак воды нагретой до 80°С отмечено незначительное искажение /короо'ление/ размеров,' которое полностью устранялось после слива воды и частичного охлавдеш-д материала бака с 1 5-ти процентным наполнением и не устранялось полностью для полимерного бака с 20-ти процентным содержанием шамотной пыли.

Объяснить механизмы протекавших процессов при наливе, выдержке и последующем сливе горячей вода из полимерного бака представляется возможным*с помощью результатов исследований предыдущей главы, связанных с оценкой рола термообработки в формировании свойств. По-видимому, большая или меньшая стойкость к коробле-нио определяется как величиной и знаком остаточных напряжений, сформировавшихся при охлаждении бака после его отливки, так и характером юс распределения по объему изделия. Для случая, когда, происходит- полное востановлениз размеров и формы после слива воды, коробление и изменение размеров связаны только с перемещениями материала в соответствии с К/1 ТР. При- этом кривая расширения материала при наливе горячей воды Л(Т,?;) полностью совпадает с кривой Д£= А(Т, С) охлаждения.

Необходимым условием для возникновения необратимого коробления является наличие значительных по величина остаточных напрякений, температуры, способной вызвать релаксации этих напряжений и достаточно продолжительное время для того, чтобы "разморозить" перемещений /как результат релаксационных процессов/ и "заморозить" их при охлаадении на новых энергетических уровнях. Собственно они /перемещения/ являются основной причиной возникновения коробления. Такой механизм был зафиксирован яги термообработке полимера УПМ-0503 с 25-ти процентным наполнением шамотной ныли,

Большую формсустойчивость АБС-пластика, по-видимому, и можно объяснить с позиций большей его теплостойкости, так ■ как в этом случае размораживание перемещений отдельных наиболее напряженных участков материала происходит при более высоких температурах, что позволяет насколько повысить температуру воды при стирке. Вместе о тем, как показали результаты испытаний разработанные материалы могут быть применены при изготовлении баков стиральных машин с максимальной температурой стирки 75°С.

. Испытания изделий на вибрацию проводились ь основном с целью выявить надежность изделия в целом и его•отдельных узлов и ах соединений. При. этом режим вибрационных испытаний достаточна полно имитирует характер нагрузок при транспортировке и работу собственно изделия. Имеющийся опит свидетельствует, что ркбр:изыншв нагрузки особо опасны для узлов

крепления деталей из разнородных материалов и особенно полимерных материалов, электрических двигателей и других массивных деталей.

После выполнения испытаний, предусмотренных ГОСТ 805183, машины 'были сняты с вибрационных стендов л подвержены тщательному осмотру. Было зафиксировано целостность упаковки спиральных мааин, отсутствие ка изделии царапин, вмятин, поломок, других видимых повреждений на комплектую. ;х изделиях. Нз обнаружено ослаблений механических соединений и креплений ручек. Пробные включения /3 - 5 включений/ стиральных машин на холостом ходу и последующие испытания в эксплуатационном режиме дали положительные результаты. Стиральные машины работали без сбоев, нехарактерные шумы отсутствовали.

Таким образом, результаты испытаний по обеим программам и тепловой, и вибрационной■позволяют рекомендовать разработанные материалы ка основе ударопрочного полистирола УПМ-0508 и наполнителя шамотной пыли с 15-ти и 20-ти процентным содержанием для промышленного изготовления баков и корпусных деталей стиральной машины "Дончанка" в условиях ДАЗ :,Точмаш".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании сравнительного исследования свойств композиционного материала на основе УШ-0508 и различных наполнителей установлено, что введение шамотной пыли позволяет сохранить необходимый комплекс физико-механических свойств, предъявляемых для материала изделия при существенном его .удешевлении.

2. Доя оценки разработанных полимерных композиций как конструкционных материалов, проведены исследования влияния ряда технологических факторов, типа наполнителя, его объемной доли в составе композиции, гранулометрического состава на показатели прочности, жесткости /модуль упругости/, теплостойкости, ударной вязкости и др.. Установлено, что оптимальнее сочетание технологических и механических свойств имеет композиция г, наполнителем в виде шамотной пыли о 15-ти и 20-тк процентным содержанием наполнителя.

3. Наполнение ударопшчиого полистирола шаыотчой шлъю белее эффективно сразкениэ с ыаркадитом с-точки зрения

сопротивляемости растяжению и изгибу, высокой ударной прочности и лучшей воспроизводимости свойств, по-видимому, связанной с меньшей концентрацией напряжений на границе раздела фаз. При этом наиболее чувствительной характеристикой к концентраторам напряжений является относительное удлинение.

4. Построены распределения остаточных напряжений по толщине образца и оценена напряженность полимерной наполненной композиции от воздействия остаточных напряжений,, которая может бить существенно уменьшена термической обработкой. Определены режимы термообработки, позволявшие снизить величину остаточных напряжений сжатия в 1,5 - 2 раза.

5. Разработан методический подход оценки влияния остаточных напряжений на физико-механические свойства полимеров. Подход базируется на найденных приемах выделения микрообъемов материала /образцов малого размера/ с фиксированной величиной и знаком остаточных напряжений.

6. й использованием разработанного методического подхода впервые для модельной системы полистирола ПСС оценен вклад остаточных напряжений в свойства материала при растяжении и сжатии. Установлено упрочняющее действие остаточных напряжений сяатия в испытаниях на раотяаениз, остаточных напряжений растяжения при испытаниях на сжатие. Остаточные напряжения скатия и остаточные напряжения растяжения в испытаниях соответственно на сжатие и растяжение оказывают раз-упрочняющео действие.

7. С позиций анализа экспериментальных данных о характере распределения остаточных напряжений и их в:<лада в механические свойства полимера при растяжении и сжатии объяснены причины большего коробления в стенках бака стиральных машин меньшей толщиной при воздействии на материал повышенных температур. Установлено, что температура Еынуздекного течения материала стенок сака существенно зависит от уровня остаточных напряжений. Чем он в^'ше, тем при более .низкой температуре начинается деформация материала.

8. Котшлексом испытаний нз износостойкость, тепловое возделстше и воздействие 'чибрацик установлено, что полимерные саки из композиционных материалов с 15-ти и 20-ти процентным ¡шолтшкм шаглотиоЯ пыли работают надежно с теше-

'рагурой стирки до 7 5° С.

Э. Показана возможность использования отходов производства /шамотной пыли/ для аффективного решения технических, социалькнх, апологических и экономических проблем.

Основные материалы диссертация изложены в следующих работах:

1. Астапова Э.А., Осипенко Н.1., Сафонов СЛ., Игу ей Куок 1x1 кь. Шляхи полпшеннл композицц на основ! полIстиролу для деталей побутових прадьних малшн./ Торговля х ринок Укра*1"ни. Тем.зб.наук.пр. з проблем торггвлт 1 громадського херчузаяая.- Донецьк, ДКй. 1992.- С. 142-144.

2. Агбаш В.Л., Астапова о.А., Сердок А.1., Кгуэн %ок 1x1 нь. Вшив наповшозачгв на змпш ударно! в'язкост! компо-зидтй на оскоы ударом1цного полистиролу./ Торговля т рпьок Укра1ки. Тем.зб.наук.пр. з проблем торг:вл1 г громадського хэрчуааяня.- Донацьк, Д*И, .1993.- С. 124-127.

3. Нгуэк Куок ТХхнь. Астапова Э.А., Сердок АЛ., Агбаш В.Л, Бплив природа : концентраций нааовшсвачхв на мехащчк! влаотквост! аолтстирольних (юшозидгй./ Пгдвшценнк пкостх ^а удоскопалення асортименту товар:в нзрсдяого сдоживалня.Зб, наук.пр.- Кик'г. КШ, 1994,--С.29-35. .

4. Астапова Э.А., Пгуэн Куок Тх!нь, Зм1ньнш эксплуата-цхйних властивост: корпуснгос деталей пральних машин, вигото-вленкх ¡г полхстирольких комаозяцш./ Торговля т ринок

У крах ни. Тем.зб.паук.пр. а проблем торизл! I громадського харчузанкя,- Дстцьк, ДдМ, 1994.- С.78-80.

[ I» ИШГ.ШП к печати О ш о X . Ъ 5'

Заин № ¿219 Омьсм .1 ДТирад ¿ОСЬ«-1

"ГИ'Юг^зф1'к Ш'МКц Цен: уосон.и