WEB-ресурс научно-практических конференций

К.т.н . Скачков В.О., Іванов В.І., Нестеренко Т.М., Печеннікова В.М., Моісейко Ю.В.

Запорізька державна інженерна академія

Деякі аспекти процесу затвердіння вуглецевих композитів на основі феноло-формальдегідного в’яжучого

Найважливішим переділом під час виробництва вуглецевих композитів на основі феноло-формальдегідного в’яжучого є їх затвердіння, яке здійснюють за змінюванням температури.

Метою даних досліджень є обґрунтування застосовності рівняння нестаціонарної теплопровідності спільно з кінетичним рівнянням для описування зазначеного процесу.

У зв'язку з цим математичну модель процесу затвердіння вуглецевих композитів на основі феноло-формальдегідного в’яжучого подавали як систему вищезгаданих рівнянь:

; (1)

; (2)

з початковими та межовими умовами

(3)

де x , y - декартові координати;

- температура;

- початковий і поточний ступінь затвердіння в’яжучого відповідно;

- коефіцієнт температуропроводності;

- константа рівноваги реакції затвердіння ;

- питома теплоємність;

- питома теплота та енергія активації реакції затвердівання відповідно;

- універсальна газова постійна;

- концентраційна функція;

- початкова температура в’яжучого, що затвердіває ;

- задана температура на поверхні композиції, що затвердіває .

Встановлено, що під час виробництва вуглецевих композитів, які розглядають, на протікання реакції затвердіння в'яжучого суттєво впливає наповнювач. Його можна враховувати введенням додаткових функцій, які залежать від об'ємної концентрації армуючих елементів. З урахуванням викладеного, кінетичне рівняння (2) можна записати як:

(4)

де - концентрація наповнювача;

- константи швидкості реакції у присутності елементів наповнювача;

- функції, що враховують вплив наповнювача.

m, n - порядок реакції.

Як параметр затвердіння можна використовувати відносне змінювання динамічного модуля, яке за незначних коливань щільності в'яжучого подають у вигляді співвідношення:

(5)

де - початковий і поточний момент часу відповідно.

Однією з важливих характеристик процесу затвердіння є теплові ефекти. Під час оцінювання теплоти реакції виходять з рівняння (2) та рівняння розподілу температури за обсягом імітатора в'яжучого:

(6)

Після їх сумісного розгляду та ряду перетворень отримують співвідношення для розрахунків питомої теплоти реакції затвердіння :

(7)

де - товщина композиції, що затвердіває ;

- площа, розташована між віссю часу та диференціальною термограмою.

Сумарне змінювання маси зразка складається з втрат маси під час випаровування розчинника та виділення маси летких речовин за реакцією поліконденсації . Проте тільки параметр характеризує процес поліконденсації. Тому, використовуючи основну гіпотезу формальної кінетики, подають сумарну швидкість втрат маси як

, (8)

де і - межові втрати маси під час випаровування розчинника та виділення низькомолекулярних продуктів реакції поліконден-сації відповідно.

Після інтегрування рівняння (8) отримують співвідношення

. (9)

З урахуванням співвідношень (8) і (9) як критерій ступеня затвердіння можна прийняти втрати маси, що обумовлено виділенням низькомолекулярних продуктів під час протікання реакції поліконденсації

(10)

Визначаючи значення параметра за різних умов процесу затвердіння, нескладно з використанням співвідношення (10) визначити параметри рівняння (4).