Способ подбора и приготовления состава композиционного материала

 

Использование: испытание и определение свойств материалов в технологии огнеупоров, изделий теплотехнического назначения/строительных и лакокрасочных материалов, технической керамики, металлических и полимерных композиционных материалов . Сущность изобретения: проводят гранулометрический анализ. Используют фракции с размерами зерен d , d d , удовлетворяющими условию d d d и /d d /d 0. Определя1 2 . n2 1 n n-1 ют пустотность фракции. Рассчитывают объемные коэффициенты раздвижки зерен зернами всех фракций, рассчитывают произведение объемных коэффициентов раздвижки зерен зернами всех фракций. Рассчитывают коэффициенты раздвижки зерен прослойкой связующего вещества и расход компонентов для приготовления состава. Диспергируют фракцию V- с размерами зерен d в связующем веществе объемом V . Дисперсию V +V ис-евn ев пользуют для совмещения с фракциями в последовательности V , V .V , V . После каждого совмещения компоненты смешивают.

У с

ИК ИЗОБРЕТЕНИЯ", ..,-. -., ., ОПИСАН

К ПАТЕНТУ

М

CO

С) (вЭ

СР

О

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5039846/33 (22) 24.04.92 (46) 15.11.93 Бюл. NQ 41 — 42 (76) Голубев Александр Иванович (54) СПОСОБ ПОДБОРА И ПРИГОТОВЛЕНИЯ

СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (57} Использование: испытание и определение свойств материалов в технологии огнеупоров, изделий теплотехнического назначения. строительных и лакокрасочных материалов, технической керамики, металлических и полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения: проводят гранупометрический анализ. Используют фракции с размерами зерен d, d d, удовлетворяющими усло

1 г п (19) RU (11) 2003105 Cl (51) 5 G01N33 38 вию d >d > d и 1>d /d > d /d >О. Определяг и г„т п п1 ют пустотность фракций. Рассчитывают объемные коэффициенты раздвижки зерен зернами всех фракций, рассчитывают произведение объемных коэффициентов раздвижки зерен зернами всех фракций. Рассчитывают коэффициенты раздвижки зерен прослойкой связующего вещества и расход компонентов для приготовления состава. Диспергируют фракцию Ч с размерами зерен d в связуюи щем веществе объемом Ч . Дисперсию Ч +Ч иссв и св пользуют для совмещения с фракциями в последовательности V,× V,V. После каждого со— и-1 и-г г 1 вмещения компоненты смешивают.

2003105

Изобретение относится к испытанию и определению свойств материалов и может быть использованб в технологии огнеупоров, изделий теплотехнического назначения, строительных и лакокрасочных материалов, технической керамики, металлических и полимерных композиционных материалов и в других производствах, где с использованием сыпучих сырьевых компонентов решаются проблемы регулирования комплекса физико-механических свойств материалов посредством оптимизации из состава и структуры.

В материаловедении проблемы регулирования физико-механических свойств получаемых материалов решаются изменением состава и структуры многокомпонентных систем, этим вопросам уделяется внимание во многих отраслях промышленности, но до настоящего времени универсальные методы решения указанных проблем в патентной и технической литературе не описаны, Метод подбора составов многокомпонентных систем эмпирическим путем не обеспечивает формирование упорядоченной структуры материала без учета физических закономерностей уплотнения и формирования структуры материала на стадии приготовления состава наполненных систем.

Известен способ повышения плотности упаковки систем, состоящих из ряда фракций порошков.

Однако известный способ не учитывает точного соотношения размеров зерен фракций, используемых для приготовления многокомпонентных составов, основан на использовании метода подбора состава эмпирическим путем, поэтому является трудоемким и осуществляется .в течение длительного времени. Кроме того, не являясь научно обоснованным, не обеспечивает достижение требуемой точности определения расхода каждого компонента и формирование упорядоченной структуры материала на стадии приготовления смеси, что не обеспечивает получение материала со стабильным комплексом физико-механических свойств, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения соотношения фракций для получения системы с максимально плотной упаковкой частиц, включающий следующую последовательность операций: выбор фракций порошков с наибольшими и наименьшими размерами частиц, определение пустотности фракций, расчет коэффициента

К (бз/б1), определение числа фракций по графику. расчет среднего размера частиц, определение объемной доли пустот в мелкозернистых фракциях, расчет объема частиц каждой фракции, их общего обьема и объемной доли каждой фракции, расчет для смеси фракций максимальной объемной доли частиц и объемной доли пустот, определение массы частиц каждой фракции и расчет массовой доли каждой фракции.

Известный способ расчета и приготов10 ления смеси наполнителя композиционных материалов является многооперационным, недостаточно точным, так как не учитывает явлений раздвижки зерен, требует проведения большого числа испытаний сырьевых

15 материалов для получения исходных физических показателей,.не определяет порядок и последовательность совмещения компонентов в процессе приготовления композиции, Данное изобретение обеспечивает снижение трудозатрат и времени на проведе; ние испытаний сырьевых компонентов, точное определение расхода каждого компонента для приготовления 1 м наполненной композиции, получение состава композиции с упорядоченной скелетной зерновой структурой, обеспечивающей максимальное уплотнение системы при конкретном наборе числа фракций и

З0 соотношений размеров зерен.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе приготовления состава композиционного материала, включающем проведение гранулометрического. анализа, определение пустотности фракций, расчет. объемных коэффициентов раздвижки зерен зернами и зерен связующим веществом по данным гранулометрического анализа, расчет расхода компонентов для

40 приготовления 1 м состава и их смешение, используют фракции с размерами зерен d1, бг...d>, удовлетворяющими условию

d1>бг»...б, и1> — ) ... > — >О,onped2 бп

d1 dn 1

45 деляют коэффициенты раздвижки зерен зернами по формулам: (б1+ бг)з б1

50 <2 =(— ) бг+бз з

d2 (бп-1 + богаз бл-1 определяют произведение коэффициентов раздвижки зерен зернами всех последующих фракций по формуле:

Х1= а1 а2 .„а, 1

X2 = <2 (ХЗ " 2п-1

2003105

X.-1= ап- определяют коэффициенты раздвижки зерен прослойкой связующего вещества по формулам: (dt + п1)з, d1 (2 + hz)2 б2 (CIn + тп)3 бn определяют расход компонентов для приготовления состава по формулам в последовательности;

Ч 1MЗ,(X .У)1, Ч2 =(Чп1+Х1 У1 — 1) (Х1 У1) (Х2 Y2)

М1

V3 М1 (Чп2+ Х2 У2 1) (Х2 У2) х(ХЗ . Уз);

Ч4 = М1 M2 (Vn3+ XÇ YÇ вЂ” 1) (ХЗх х УЗ) (Х4 У4)

Vï-1 = 1Л1 Ч12 " Mn-Зппп — 2 + Xn-2х хУп-2 1) (Xn-2 Уп-2) (Xn-1 Yn-1)

Vn = M1 М2 " Mn-2 (Чпп-1 + Хп-1х хУп-1- 1) (Xn-1 Yn-1) Yn

Vcs = M1 M2 ... Mn-1 (Vnn+ Yn 1) Уп где 1 — объем состава композиционного матЕриала, мз;

Ч1, Vz ... Vn, Vccs насыпной объем фракций с размерами зерен соответственно d<, d2 dn объем связующего вещества, м;

3.

Ч„1, Чп2 ... Vnn — пустотность фракций с размерами зерен соответственно d1, d2 „.

dn, безразмерные величины;

Х1, Х2 ... Хп-> — произведение коэффициентов раздвижки зерен соответственно размерами d1. б2...бп-1 — зернами размерами б2, d3 ... бп, безразмерные величины, У1, Yz ... Y — коэффициенты раздвижки зеРен РазмеРами соответственно d1, cl2 „dn прослойкой связующего вещества толщиной соответственно h>, hz ... hn. безразмерные величины, диспергируют фракцию Vn с размерами зерен dn в связующем веществе объемом Vcs, дисперсию Ч, + Vcs используют для совмещения с фракциями в последовательности

Vn-1.,. Ч2, Ч, сопровождая каждое совмещение операцией смешения.

Пределы применимости объемных коэффициентов раздвижки зерен зернами определяются выражением . б2 бп б2

1> — >... » О,при — =0;

d d.-1

dn б1+б2 — 0 3 3 — =0 а=() =1 =1, бп-1 Cl1

Эта ОЗНаЧаЕт, ЧтО ПрИ б2 = О, dn = 0- раэдВИжка зерен большего размера зернами меньшего размера отсутствует.

dn б1+б2 3

При — =1, — =1 a=() = б1 бп — 1 б1

2з 3

= (— ) = 2 = 8 — имеет место максимальная

1 раздвижка зерен, б2 бп

10 При — > ... > > 1 б2> б1, dn> dn-1—

d1 dn- нарушается условие dt > бг » ... бп-1> бп.

Пределы применимости коэффициентов раздвижки зерен прослойкой связующего вещества Y от 1 до о, при Y = 1 отсутствует раздвижка, зерна контактируют между собой; при больших значениях Y (Y — о ) - содержание зерен (частиц) в системе стремится к нулю, предельное состояние системы — связующее вещество без наполнителя или заполнителя, Отличие предложенного технического решения от прототипа выражается приведенной совокупностью признаков и операций.

Исследование известных в науке и технике решений показало, что приготовление состава композиционного материала по предлагаемому способу не было обнаружено.

Это свидетельствует о том, что предлагаемое решение соответствует критерию

"изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1, Из полидисперсной смеси фракционированием выделены стеклянные сферы с диаметрами

dd1 = 203 мм, dz = 12,7 мм, d3 = 0,8 мм, d4 = 50 4 мм, бв = 3,17 мкм и ба = 0.2 мкм.

40 На основе сферофракций с указанными диаметрами сфер можно приготовить составы композиционных материалов с любым связующим веществом и при любом сочетании сферофракций, если будет соблюдено условие б1 > áz» ... бп-1>dn и

1> — ) —.>...) — ) >О. б2 бЗ бп 1 бп б! CI2 dn-2 dn-1

Приготовление состава композиционного материала на основе бинарной смеси

50 сферофракций и полиэфирной смолы ПН-1.

Исходные компоненты для приготовления состава: сферофракция dl = 203 мм, сферофракция dz = 12,7, смола ПН-1. Определяют коэффициент раздвижки сфер di = 203 мм сферами б2 = 12,7 мм

203+12.7 3 203+12,7 3

203 203

= 1,200, Xi = 1,200.

2003105

Определяют коэффициенты раздвижки сфер d1 = 203 мм и d2 = 12,7 мм прослойкой смолы ПН-1 по формуле: (01.2 + )з

1,2 принимают h1 = 0.01 d1 и h2 = 0;01 d2;

Y1= (- — ) =1,О30; . 203+203 3

Y2= () =1,030.

127+0,127 3

1,7

Пустотность сферофракций равна—

0,400.

Определяют расход компонентов для приготовления 1 м наполненной композиции по формулам:

Ч1 Ч2оз=1м (X1 Y1) =1м (1,200х х1,030) 1 = 0,809 м, Чг=Ч12,7=(Чп1+Х1 Y1 1) (Х1 Y1) Y2

М1

=(0,4+1,200 1,030 — 1) ° (1,2ОО, 1020) х х1,030 " = (0,4+ 1,236 — 1) (1,236) 1,030

= 0,636 1,236 1,03 - 0.515 1,0301 =

=0,500 м .

Vce =(Vn2+ Y2 — 1) Y2 M1 =0,515 (04 +

+ 1,030 — 1) 1,03 1 = 0,515 0,43 1,030 1 =

= 0,215 мз.

V« = (V1 V1 п1) + (Ч2 Ч2 Чпг) +

+ Vce =(0809 — 0,809. 0.4)+ (0,500 — О 500х х0,4) + 0,215 0,485+ 0,300+ 0,215 = 1.000 м (расчет произведен правильно).

Сферофракцию объемом Чг = 0,500 мз диспергиоуют в смоле ПН-1 объемом Vce =

=0,215 м; а полученную дисперсию вво ят в сферофракцию объемом V1 = 0,809 м и перемешивают, в результате получают 1 м з состава композиционного материала, где сферы диаметром дг = 12,7 мм размещаются вокруг сфер диаметром d1 = 203 мм в один слой, разделенные прослойкой смолы, а другая часть сфер расходуется на заполнение пустот между сферами диаметром d1 =

=203 мм.

При толщине прослойки смолы 0,005 d1, и 0,005 . d2 расход этих же компонентов составит: т 1= { ) — 1 015;

203+ 1,015 з ч (12.7+0 )з 1о15

2= 12 У

V1 Ч2оз = 1 м (1.200 1,015) = 0,821 з, Чг=V12,7=(04+1,200 1,015 — 1) (1,200х х1,015) 1,015 = (0,4+ 1,218 — 1) 1,218 х х1,015 = 0,507 1,015 = 0,500 м;

Чсв 0,507 (0,4 + 1,015 - 1) 1,015

= 0,507 0,415 1,015 1 =.0,207 мз, Чсм = (0,821 — 0,821 0,4) + (0.5 — 0,5 0,4) +

+0,207 = 0,493 + 0,300 + 0,207 = 1,000 мз (расчет произведен правильно).

Приготовление состава компоэицион5 ного материала. производится в последовательности, изложенной в предыдущем примере, Пример 2, Для приготовления состава композиционного материала используют

10 сферофракции с диаметрами сфер d1 = 12,7 мм и d2 — = 0,8 мм и туже смолу ПН-1.

Определяют объемный коэффициент раздвижки сфер диаметром 12,7 мм сферами диаметром 0,8 мм по формуле:

15 12,7+0,8 з

G =(1 7 ) =1,201 Х1=1,201.

Определяют коэффициенты раздвижки сфер. диаметром 12,7 и 0,8 мм прослойкой смолы ПН-1 по формуле:

20 С11.2 + 111,г.з

У1,2=(Ф.г принимают h1 = 0,009 d1 и h2 = 0,007 бг (— — ур — )

12,7 + 0,009 12 7 3

25 0,8 + 0,007 0,8 з

Y2= () =1021. ,8

Определяют расход компонентов для приготовления 1 м наполненной композиции по формулам:

V1=V12,7-1м . (Х1 Y1) =1м (1,201х

x1,027) = 0,811 мз;

Ч2=Ч0,8=(Чп1+Х1 " т1 1) (Х1 Y1) Y2

М1

= (0,4+ 1,201 1,0,27 — 1) (1,201 1,027) х х1,021 = 0.633 1,233 1,021 = 0,503 мз;

Vce = М1 (Чпг + Y2 1) Y2 = 0,513х х0,421 1,021 0,216 1,021 = 0,212 мз.

VcM =(0,811 -ОЯ11 0,4)+ (0,503 — 0,503х

40 х0,4) + 0,212 = 0,486+ 0,302 + 0,212 = 1,000 м (расчет произведен правильно).

Приготовление состава композиционного материала производится в последовательности, описанной в примере 1.

Пример 3, Для приготовления состава композиционного материала используют сферофракции с диаметрами сфер d1 = 12,7 мм и d2 = 50,4 мкм и ту же смолу ПН-1.

50,4

d1>d2 12,7 MM > 50,4 мкм, 1 » ..— — 0.

12,7

Определяют объемный коэффициент раздвижки сфер диаметром 12,7 мм сферами диаметром 50,4 мкм по формуле:

55 (012,7 + d0,о5о4,з,12,7 + 0.0504 3

12 7 j 4 12,7

1,012 X1 = 1 012

Определяют коэффициенты раздвижки сфер диаметром 12,7 и 0,0504 мм прослойкой смолы ПН-1 по формуле:

2003105

10 ((-11,2 + п1,2)3

d1,2 принимают h1 = 0,009 d1 и h2 = 0,007 d2

"= (— — 4(— (12,7 + 0,009 12,7 3

Y2=() =1021

0,0504 + 0,007 0,0504 з

Определяют расход компонентов для приготовления 1 м наполненной композиции по формулам:

Ч1 =Ч12,7=1 м (Х1 Y1) =1м (1,012х х1,027) = 0,962 м, Чг= Voоso4 (Чп1+Х1 Y1 — 1) (Х1 . Y1) Y2 "=

М1

= (0,4 + 1,012 11027 — 1) (1,012 1,027) " х х(1,021) = 0,439 . 1,039 1,021 = 0,423х х1,021 = 0,41.4 м, Vcs = М1 (Чпг + Уг-1) Y2 = 0,423 (0,4 +

+ 1,021 — 1) 1,021 = 0,174 м

Чем = (0,962 — 0,962 0,4) + (0,414 - 0,414х х0,4) + 0,174 = 0;577 + 0,248 + 0,174 = 0,999 м (расчет произведен правильно).

Приготовление состава композиционного материала производится в последовательности, описанной в примере 1.

П р и и е р 4. Для приготовления состава композиционного материала используют сферы диаметром d1= 203 мм, d2 = 12,7 мм и дз = 0,8 мм и смолу ПН-1, Определяют коэффициенты раздвижки сфер диаметром 203 мм сферами диаметром 12,7 и 0,8 мм по формуле: (1 + д2,3)3 д1 (203 + 12,7)3 1.200;

203 (203 + 0 8)3 = 1,012

203

X1 = 1,200 1,012 = 1,214; X2 = 1,012, Определяют коэффициенты раздвижки сфер диаметром 203. 12,7 и 0,8 мм прослойкой смолы по формулам;, (бгоз + 0,009 дгоз 3

203 (— (П(— (203 + 0,009 203 3 ,ф12,7 + 0,007 д 12,7)3

12,7

-(2 7+0,007 127) = 02

12,7 (do,оа + 0.005 do,à)3

0,8 (— 4((— (0,8 + 0,005 0,8 з

Определяют расход компонентов для приготовления 1 м состава композиционного материала по формулам:

Ч1 = Чгоз = 1 м (Х1 Y 1) = 1 м (1,214х х1,027) 1= 0,802 м, Ч2 = V12,7 = (Чп1+ X1 Y1 1) (X1 У1} х

М1 х(Х2 Y2) = (0,4+ 1,214 1,027 — 1) (1,214х

x1,027) (1,012 1,021 1 = 0,647 1.244 х х1,033 = 0,519 1,.033 = 0,502 м, ЧЗ = Vo.8 = М1 (Чпг+ Х2 Y2 1) (Х2 Y2} х

Мг хауз = 0,519 . (0,4+ 1,012 1,021 — 1) (1,012х х1,021) 1,015 = 0,519 0,419 1,015

= 0,217 1,015 = 0,214 м, Чсв=М1 М2 (Чпз+Уз — 1) 7 3 =0,519х х0,419(0,4+ 1,015 — 1) 1,015 = 0,519 0,419х х0,415 . 1.015 = 0,089 м .

15 VGM = (0,802 — 0,802 0,4) + (0,502 — 0,502х хО, 4)+ (0.214 — 0,214 0,4)+ 0,089 = 0,481 +

+0,301 + 0,129 + 0,089 = 1,000 м (расчет произведен правильно).

Приготовление состава композиционного материала производится в последовательности: фракцию объемом Чз = 0,214 м диспергируют в связующем веществе объемом Чс = 0,089 м, дисперсию Чз + Чсв соз вмещают с объемом V2 = 0,502 мз, 25 перемешивают, полученную смесь совмещают с объемом V1= 0,802 м, перемешивают, в результате получают 1 м состава композиционного материала с равномерным распределенйем сфер в объеме, Пример5. Для приготовления состава композиционного материала используют сферофракции с диаметрами сфер d1 = 203 мм, д2=127мм, дз=08мм и d4=504 мкм и полиэфирную смолу ПН-1.

Выбранные сферофракции удовлетворяют условию: д1> дг>дЗ> d4 и 1> — > — > — > О. д2 (3 д4 д1 d2 дз

Определяют объемные коэффициенты

40 раздвижки сфер диаметром 203 мм сферами диаметром 12,7 мм, 0,8 мм и 50,4 мкм по формуле: ((31 + d2.3,4)3 .

d1

45 (203 + 12,7)з = 1 200

203 (22 = () = 1,012;

203+08 з

203 (203 + 0,0504)3 = 1,0007

50 203

Определяют произведение коэффициентов раздвижки сфер d1 = 203 мм сферами

d2 = 12,7, дз = 0,8 мм и d4 = 50,4 мкм:

Х1= а1 . a2 - аэ=1,200 1,012 . 1,0007=

55 =1,215.

Определяют объемные коэффициенты раздвижки сфер диаметром 12,7 мм сферами диаметром 0,8 мм и 50,4 мкм по формуле;, (++ d3.а)з.

2003105 (12,7 + 0,8)3 q 201

12,7 г12,7 + 0,0504)3 1 012

12,7

Определяют произведение коэффициентов раздвижки сфер d2 = 12,7 мм сферами бз-08 мм и d4 =504 мкм

Хг = а1 аг = 1.201 1,012 = 1,215.

Определяют объемный коэффициент раздвижки сфер диаметром 0,8 мм сферами диаметром 0,0504 мм по формуле: (1(з + з4зз (0,8 + 0.08041з 1,201. бз 08

Хз = 1,201.

Определяют коэффициенты раздвижки сфер диаметром d1 = 203 мм, dz = 12,7 мм; бз 0,8 мм и d4 = 50,4 мкм прослойкой смолы по формуле: - (— "" 1

d1...4 + п1..4 3, О1...4

Y1= () =1,030;

203+ 0,01 203 з

Y2= () =1;027;

12,7+ 0,009 12,7 з

1,7

Y3- (.) =1,021, 0,8 + 0,007 0,8 3

Y4-- () =1,015.

50,4 + 0,005 50,4 з ,4

Определяют. расход компонентов для приготовления 1 м состава.композиционного материала по формулам в последовательности

V1=V203=1 м (Х1 Y1) =1 M (1,215х х1,030) 0,799 м;

V2 = V12,7 = (Vn1+ Х1 Y1 I) (X1 Y1) х

М1 х(Хг Yz) = (0.4+ 1,215 1,030 — 1) (1,215х

x1,030) . (1,215 1,027) = (0,4 + 1,251:"1)х х1,251 . 1,248 = 0,520 1,248 = 0,417 м, V3 = V0,8 = М1(\/пз+ Хг Y2 — 1) (Хг тг) "х

Мг х(Хз Y3) = 0,520 (0,4+ 1,215 1,027 — 1)х

x(1,215 1,027) (1,201 1,021) . = 0,520 (0,4+

+ 1,248 — 1) 1,248 1,226 = 0,520 0,519х х1,226 = 0,220 м;

V4 =V0.0504 = Ì1 Мгфпз+ХЗ Y3 1) (Хз Y3) X

Мз хУ4 = 0,520 0,519 (0,4+ 1,201 1,021 — 1)х х (1,201 1,021) 1,0151 = 0520 0,519(0,4+

+ 1,226 - 1) 1,226 1,015 = 0,520 0,529х х0,511 1,015 = 0,136 м, Vce = М1 М2 Мз (Ч1з4 + Y4 — 1) Y4

=0,520 0,519 0,511 (0,4+ 115 — 1) 1,0151=

0,520 0,519 0,511 0,415 1,015 =

-0,057 мз.

Ve88 =(0,799 — 0,799 0,4) + (0,417 — 0,417х х0,4) + (0,220 — 0,220 0,4) + (0.136 — 0,136х х0,4) + 0,057 = 0,479 + 0,250 + 0,132 + 0,082 +

0=() =(— ) =8080

64+d5 3 10+75 3 б4 10

X4 =- 5,359.

+ 0,057 = 1,000 м (расчет произведен праз вильно).

Приготовление состава композиционного материала производится в последова5 тельности, описанной в примере 4.

Пример 6. Для получения композиционного материала используют фракции щебня с размерами зерен d1 = 40-20 мм, dz = 20 — 10 мм, d3= 15 — 10 мм, d4= 15 — 5, d5=10 =10 — 5 и битум.

Пустотность фракций щебня, определенная по ГОСТ 8269-87, в среднем составляет 01426, Средние размеры зерен каждой фрак15 ции щебня составляют, d1 = 30 мм, dz = 15 мм, d3 = 12,5 мм, d4 = 10 мм, d5 = 7,5 мм.

Определяют обьемные коэффициенты раздви>кки зерен d1= 30 мм зернами остальных фракций по формуле;

20 .CI1 + d2...5)3 а =. (, d1

30 + 15)3 3 375

30 + 12,5)з = 2 842

30 аз = — — ) =2,370, 30+10 3

30 а4 = (-) = 1,953, 30+7,5 3

30 X1= а1 аг *аз а4= 44,41.

Определяют обьемные коэффициенты раздвижки зерен бг = 15 мм зернами остальных фракций по формуле: 2 +.d3,4,5 3 .

35 а ) а1 (15 + 12,5)3 6 162

Оз. =(— ) =4.800;

15+10 3

Хг = а1 аг аз= 96,28.

Определяют обьемные коэффициенты раздвижки зерен размером 12,5 мм зернами остальных фракций по формуле: (З + о4,5)3

d3 а1 =(— ) =5,832, 12,5+10 3

12,5

50 12,5+7,5 з аг = (— — — )3 = 4,096

12,5

Хз = а1 аг = 23 88

Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен размером 10 мм зернами размером 7,5 мм по формуле:

2003105

40

50

55 между зернами

Определяют коэффициенты раздвижки зерен всех фракций прослойкой расплавленного битума по формуле:

У (d1, 5 + h1, 5)З . о1...5

Y1- () = 1.030;

30+ 0.01 30 3

Уг= (— ) =1,027;

15 + 0,009 15 3

Уз=() =1,024;

12,5 + 0,008 12,5 з

Y4-- { )э=1,021;

10+0,007. 10

Y5- () =1,018.

7,5 + 0,006 . 7,5 з

7, На основе полученных данных определяют расход компонентов для приготовления 1 м состава композиционного материала по формулам в последовательности:

V1 Чзо - 1 м (Х1 Y1) = 1 м (44,41х х1,030) =1 м 45,741=0,022 мз;

Ч2=V15=(Чи1+X1 У1 1) (Х1 Y1) х

М1 х(Х2 Уф =(0,426+44,41 1,0301 — 1 ) (44,41х х1,030) (96,08 1,027) = 0,987 . 98,67

=0,010 м, Чз = Ч12,5= M1 Pnz+ Xz Y2 — 1) (Х2 У2) х

Мг х(Хз Уз) = 0,987(0,426 + 96,08 1,027 — 1)х х(96,08 1,027) (23,88 1.024) 1 = 0,987х х98,1 98,67 24,45 = 0,987 0,994 24,45 1 =

=0,040 м;

Ч4=Ч10=М1 М2 фаз +ХЗ УЗ 1) (ХЗ УЗ) х

Мз

x(X4 Y4) = 0,987 0,994 (0,426 + 23,88х х1,024 — 1) (23,88 1,024) (5,36 1,021) =

0,987 0,994 . 23,88 . 24 45 . 5,47 1 =

= 0,987 0,994 0,977 . 5,47 = 0,175 мз, Ч5= Ч7,5 = М1 Mz Мз х х (Чп4+ Х4 Y4 — 1) (X4 Y4) У5

М4

= 0,987 0.994 0,977(0,426 — 5,359 1,021—

1) (5,36 1,021) 1,018 = 0,987 0,994х х0,977 . 4,90 5,472 = 0.987 0,994 0,977х х0,895 1,018 = 0,843 мз;

Чсе M1 М2 МЗ M4 (Чп5+ У5 — 1)x хУ5 " 0,987 . 0,994 0,977 0,895(0,426 +

+ 1,018 — 1) 1.018 = 0,987 0,994 0,977х

õ0,895 0.444 1,018 - 0,377 . 1.018 = 0,374 мз.

Чсм = (0,022 — 0.022 0,426) + (0,010—

0,010 0,426) + (0,040 — 0.040 . 0,426) + (0,175—

0,175 0,426) + (0,843 — 0,843 0,426) + 0,3740,013+ 0,006+ 0,023+ 0,100+ 0,484+ 0,374 =

= 1,000 мз

Плотность щебня — 2,7 10 кг/м ", плотность битума — 1.02 10 кгlм, плотность приготовленного состава:

Рсм =/Зщ Чмон tlg++ Чсе = 2,7 10 х з х0.626 + 1,02 10 .0,374 = 1,690 10 +

+ 0,381 10 = 2,071 10 кгlм .

Приготовление состава композиционного материала на основе рассчитанных объемов фракций щебня и объема битума производится следующей последовательности: подогретую фракцию с размерами зерен 10-5 мм объемом V5 = 0,843 м диспергируют в расплавленном битуме объемом Чсе = 0,374 м, диспеРсию Ч5 + V з совмещают с нагретой фракцией щебня обьемом V4 = 0,175 м, перемешивают, полученз

НУЮ ДИСПЕРСИЮ V5+ Чсе+ V4 СОВМЕЩаЮт С нагретой фракцией щебня объемом Чз = 0,040 м, перемешивают, полученную дисперсию з

V5 + Vc8 + Ч4 + Чз совмещают с нагретой фракцией щебня объемом Vz = 0,010 м, перемешивают, полученную дисперсию совмещают с нагретым щебнем объемом V1 =

=0,022 м, перемешивают в результате полз учают состав объемом 1 м, в котором имеет место равномерное и упорядоченное распределение зерен щебня в обьеме.

Рассчитанный и приготовленный состав при данном числе фракций и данных размерах зерен имеет максимально возможную плотность при минимально возможном расходе битума как связующего вещества.

Применение предлагаемого способа приготовления состава композиционного материала по сравнению с прототипом обеспечивает снижение трудозатрат и времени на проведение испытаний сырьевых материалов; точное определение расхода компонентов для -приготовления единицы обьема состава с учетом физических явлений заполнения пустот сыпучих фракций и раздвижки зерен зернами и зерен прослойкой связующего вещества, получение состава с максимально возможной степенью уплотнения зерен при конкретных размерах зерен и наборе числа монодисперсных фракций и минимально возможным расходом связующего вещества, формирование упорядоченной гранулометрической структуры наполненной системы. Кроме того, с использованием предлагаемого способа открывается возможность оптимизации состава и зерновой структуры различных композиционных материалов вариацией природы наполнителя и связующего вещества, размеров зерен, числа фракций, толщины прослойки связующего вещества (56) Химическая технология керамики и огнеупоров./Под ред. П,П.Будникова. — M.:

Стройиздат, 1979, с.54-55, 2003105

15 ч„= jd„+h — j

Формула изобретения

Составитель А.Г

Техред M.Ìîðãå

Редактор А,Зробок

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3231

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Наполнители для полимерных композиционных материалов, Справочное пособие

СПОСОБ ПОДБОРА И ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий проведение гранулометрического анализа, определение пустотности фракций, расчет расхода компонентов для приготовления 1м састава и их смешение, отличающийся тем, что используют фракции с размерами зерен

d1, d2, ..., dn, удОВЛЕтВОряЮщИМИ УСЛОВИЮ

d1>d2>...с1пи 1 >с12/d1>.. ° — ">О, dn-1 рассчитывают объемные коэффициенты раздвижения зерен зернами всех фракций по формулам з

"= — ";")

dn-1+ dn где и1,è2,...,an 1 — объемные коэффициенты раздвижки зерен, безразмерные величины; б1, 02...,, dn - размер зерен, м, рассчитывают произведение обьемных коэффициентов раздвижки зерен зернами всех фракций по формулам

Х2= и2 иэ ... ип

Хп 1=an 1

Х1 Х2" ° "Xn-1 где dn 1- произведение объемных коэффи.циентов раздвижки зерен размерами d1,,з

62...,, Y1= — —, соответственно

О 1+ "1 с11 зернами размерами d2, с1з...., dn безразмерные величины, рассчитывают коэффициенты раэдвижки. зерен прослойкой связующего вещества, по формулам под ред. П.Г.Бабаевского. — М.: Химия, 1981, с.27 — 33.

1{) V1= 1м (X1 Y2) з где У1, Y2, „,, Yn - коэффициенты раздвижки зерен прослойкой связующего вещества, безразмерные величины;

h1, h2,:... hn толЩина пРослойки связУ

15 ющего вещества, м, рассчитывают расход компонентов для приготовления состава по формулам в последовательности

2 (Чп1+ Х1У1 — 1) х х(Х1 Y ) " (Х2 ° Y2)

V„--- {V„,+ Х1Y„-1) {X„Y,)-"х

{Чп2+ X2Y2 — 1) (X2 Y2) X

25 x(X> Уз)

Vn= (Vn1+ XiY1 1) (X1 У1) (Чп2+ Х2у2 — i) (Х2. Y2) "x ...

Х(Чпп,+ Хп-1Уп-1-")X

30 х . — 1. (Х„

Чсв= (Чп,+ X1Y1 — 1) {X1 Y1) "X (Vn2+ Х2У2 — 1 ) (Х2 Y2) х ...

35 (V„+ Уп ") Yn где 1 — объем состава композиционного материала, м;

Ч1, Ч2, Чз, .„, Vn - насыпные объемы фракций с размерами зерен соответст40 BBHHO d1, d2, С)З...„dn, М;

Чсв — объем связующего вещества, м; з.

Ч„,Чп ... Чп „,Чп — пустотность фракций с размерами зерен соответственно с11,d2...,,dn 1,dn

45 диспергируют фракцию Vn с размерами зерен dn в связующем веществе объемом

Ч„, дисперсию Ч„+Ч„используют для совмещения с фракциями в последовательности Ч„1Ч„2 V2 V1 при этом после каждого совмещения компоненты смешивают, олубев нтал Корректор M,Êóëü