Зносостійкість деталей екструдера при виробництві полімерних наномодифікованих виробів
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2024.300974Ключові слова:
екструзія, зносостійкість, енергозбереження, наномодифікація, вуглецеві нанотрубки, полімери, метод скінченних елементівАнотація
Екструзійне обладнання широко використовуються у виробництві полімерних матеріалів. Одним з актуальних питань яке виникає при дослідженні процесів отримання полімерних виробів методом екструзії є питання вивчення абразивного зносу від якого може залежить ефективність роботи обладнання, тривалість та надійність його роботи. В контексті абразивного зносу, процес, який потребує уваги - це екструзія полімерних матеріалів з вуглецевими нанотрубками. Метою даної роботи є розробка чисельної методики визначення еволюції абразивного зносу матеріалу обладнання робочої зони екструдера в процесі переробки наномодифікованих полімерних гранул та визначення терміну життєвого циклу експлуатації цього обладнання з метою підвищення параметрів їх довговічності. Конкретні цілі дослідження включають: 1) визначення впливу вмісту ВНТ у ПВХ на швидкість зносу сталевої поверхні екструдера; 2) аналіз залежності між тертям і вмістом ВНТ у полімерному композиті; 3) встановлення оптимальних умов екструзії для мінімізації абразивного зносу сталевої поверхні; 4) порівняння результатів моделювання з експериментальними даними для перевірки достовірності моделі. Робота спрямована на розуміння процесів, які відбуваються під час екструзії нанокомпозитів та їх вплив на зносостійкість матеріалів обладнання, що може сприяти вдосконаленню технологічних процесів та забезпеченню більш тривалої та ефективної роботи екструдерів у виробничих умовах.
Посилання
Friedrich K, Zhang Z, Schlarb A K. Effects of various fillers on the sliding wear of polymer composites. Compos Sci Technol 65: 2329-2343 (2005) https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2005.05.028
N W Khun, E Liu. Thermal, mechanical and tribological properties of polycarbonate/ acrylonitrile-butadiene-styrene blends. J Poly Eng 33: 535-543 (2013) https://doi.org/10.1515/polyeng-2013-0039
Ajayan P M. Single-walled carbon nanotube polymer composites: Strength and weakness. Adv Mater 12: 750-753 (2000) https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200005)12:10%3C750::AID-ADMA750%3E3.0.CO;2-6
Thostenson E T. Advances in the science and technology of carbon nanotubes and their composites: A review. Compos Sci Technol 61: 1899-1912 (2001) https://doi.org/10.1016/S0266-3538(01)00094-X
Yilong REN, Lin ZHANG, Guoxin XIE, Zhanbo LI, Hao CHEN, Hanjun GONG, Wenhu XU, Dan GUO, Jianbin LUO. A review on tribology of polymer composite coatings. Friction 9(3): 429–470 (2021) https://doi.org/10.1007/s40544-020-0446-4
Bonfield W, Edwards B C, Markham A J, White J R. Wear transfer films formed by carbon fibre reinforced epoxy resin sliding on stainless steel. Wear 37:113-121 (1976) https://doi.org/10.1016/0043-1648(76)90185-X
Hokao M, Hironaka S, Suda Y, Yamamoto Y. Friction and wear properties of graphite/glassy carbon composites. Wear 237:54-59 (2000) https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00306-3
Khun N W, Liu E. Tribological behavior of polyurethane immersed in acid solution. Tribol Trans 55:401-408 (2012) https://doi.org/10.1080/10402004.2012.656881
Khun N W, Liu E. Thermal, mechanical and tribological properties of polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene blends. J Poly Eng 33:535-543 (2013) https://doi.org/10.1515/polyeng-2013-0039
Bahadur S. The development of transfer layers and their role in polymer tribology. Wear 245:92-99 (2000) https://doi.org/10.1016/S0043-1648(00)00469-5
Bahadur S, Polineni V K. Tribological studies of glass fabric- reinforced polyamide composites filled with CuO and PTFE. Wear 200:95-104 (1996) https://doi.org/10.1016/S0043-1648(96)07327-9
Cenna A A, Dastoor P, Beehag A, Page N W. Effects of graphite particle addition upon the abrasive wear of polymer surfaces. J Mater Sci 36:891-900 (2001) https://doi.org/10.1023/A:1004890832700
Wan Y Z, Luo H L, Wang Y L, Huang Y, Li Q Y, Zhou F G. Friction and wear behavior of three-dimensional braided carbon fiber/epoxy composites under lubricated sliding conditions. J Mater Sci 40:4475-4481 (2005) https://doi.org/10.1007/s10853-005-1171-0
Zhang Z Z, Liu W M, Xue Q J. Effects of various kinds of fillers on the tribolgoical behavior of polytetrafluoroethylene composites under dry and oil-lubricated conditions. J Appl Polym Sci 80:1891-1897 (2001) https://doi.org/10.1002/app.1286
Guo Q B, Lau K T, Zheng B F, Rong M Z, Zhang M Q. Imparting ultra-low friction and wear rate to epoxy by the incorporation of microencapsulated lubricant? Macromol Mater Eng 294:20-24 (2009) https://doi.org/10.1002/mame.200800257
Khun N W, Zhang H, Yang J L, Liu E. Tribological performance of silicone composite coatings filled with wax- containing microcapsules. Wear 296:575-582 (2012) https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.07.029
Chen W X, Li B, Han G, Wang L Y, Tu J P, Xu Z D. Tribological behavior of carbon nanotube filled PTFE composites. Tribol Lett 15:275-278 (2003) https://doi.org/10.1023/A:1024869305259
Zhang L C, Zarudi I, Xiao K Q. Novel behavior of friction and wear of epoxy composites reinforced by carbon nanotubes. Wear 261:806-811 (2006) https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.01.033
Wang C, Xue T, Dong B, Wang Z, Li H L. Polystyrene- acrylonitrile-CNTs nanocomposites preparations tribological behavior research. Wear 265:1923-1926 (2008) https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.04.021
Novoselov K S. Electric filed effect in atomically thin carbon films. Science 306: 666-669 (2004) https://doi.org/10.1126/science.1102896
Quan H, Zhang B, Zhao Q, Yuen R K K, Li R K Y. Facile preparation and thermal degradation studies of graphite nanoplatelets (GNPs) filled thermoplastic polyurethane (TPU) nanocomposites. Compos Part A 40: 1506-1513 (2009) https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2009.06.012
Zhong Y J, Xie G Y, Sui G X, Yang R. Poly(ether ether ketone) composites reinforced by short carbon fibers and zirconium dioxide nanoparticles: Mechanical properties and sliding wear behavior with water lubrication. J Appl Poly Sci 119: 1711-1720 (2011) https://doi.org/10.1002/app.32847
Matejka L. Amine cured epoxide networks: Formation, structure and properties. Macromolecules 33: 3611-3619 (2000) https://doi.org/10.1021/ma991831w
Hamdi M, Saleh MN, Poulis J A. Improving the adhesion strength of polymers: effect of surface treatments. J Adhes Sci Technol 34(17): 1853-1870 (2020) https://doi.org/10.1080/01694243.2020.1732750
Bai L C, Sun P P, Liu B, Liu Z S, Zhou K. Mechanical behaviors of T-carbon: A molecular dynamics study. Carbon 138: 357-362 (2018) https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.07.046
Tserpes, K.I. and Papanikos, P. Finite element modeling of single-walled carbon nanotubes. Composites: Part B), vol. 36, 2005, pp. 468-477. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2004.10.003)
Gondliakh, А. V. Adaptation in abaqus of the iterated-analytical multilayer user finite element, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7(57), 2012, pp. 62–68. DOI:https://doi.org/10.15587/1729-4061.2012.4065.
Kolosov A., Gondlyakh A., Kolosova E., Sidorov D., Kazak I. (2020) Ultrasonic Technology of Impregnation and Dosing Application of Liquid Epoxy Binders on Fabric Fiber Fillers. In: Ivanov V., Pavlenko I., Liaposhchenko O., Machado J., Edl M. (eds) Advances in Design, Simulation and Manufacturing III. DSMIE 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering, pp. 191-200. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-50491-5_19
Гондлях, О. В. Уточненная модель деформирования многослойных конструкций для исследования процессов прогрессирующего разрушения. «Восточно-Европейский журнал передовых технологий». № 2/7 (56), (2012), стр. 52-57
Gondlyakh, A., Chemeris, A., Kolosov, A., Sokolskiy, A., Scherbina, V., Antonyuk, S. Iterative-Analytical Model of Nonlinear Deformation and Fracture of Multilayer Composite Panels. In: Bieliatynskyi, A., Breskich, V. (eds) Safety in Aviation and Space Technologies. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. (2022) https://doi.org/10.1007/978-3-030-85057-9_4
Гондлях А. В. Итерационно-аналитическая теория деформирования многослойных оболочек. Сопротивление материалов и теория сооружения. – Київ: Будівельник, (1988). – С. 33–37.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Олександр Володимирович Гондлях, Ілля Олексійович Янковський, Ігор Олегович Мінченко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
