Сборник тезисов 9-ой Международной научной конференции «современные достижения физики и фундаментальное физическое образование»
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМ-
жүктеу/скачать 11,53 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- , Б.Г. Таипова 1
- ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕОБЛУЧЕННЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ А. И. Купчишин 1,2 , Б. Г. Таипова
- ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАГРУЗКИ И ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ДЕФОРМАЦИЮ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ А. И. Купчишин
- ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ОСЕДАНИЯ АКТИВНОГО ИЛА С ПОМОЩЬЮ ОП- ТИЧЕСКОГО МЕТОДА А. И. Купчишин 1,2 , М. Н. Ниязов
- ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЕПЛО-ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В.С. Антощенко, О.А. Лаврищев, Ю.В. Францев, Е.В. Антощенко
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМ- ПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДОВ И ПОЛИКАРБОНАТОВ А.И. Купчишин 1,2 , Б.Г. Таипова 1 1 Казахский национальный педагогический университет им. Абая, Алматы,Казахстан 2 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы,Казахстан Правильный выбор полимеров для смешения позволяет получить материал со свойствами, которыми не обладает ни один из использованных компонентов, в связи с этим одним из важнейших способов создания полимерных композитов является смешение. Термодинами- чески совместимых полимеров чрезвычайно мало, но их смешение позволяет получить мак- рооднородные композиции, поэтому изучение влияния различных типов наполнителей на физико-механические свойства композитных полиимидных пленок представляет собой как научный, так и практический интерес. При этом, изменяя концентрацию наполнителя и воз- действуя на полимеры можно формировать заданные свойства материала или прогнозиро- вать изменение этих свойств в процессе эксплуатации. Теориявзаимодействия наполнитель- связующее в подобных системах до сих пор не создана. Композитныематериалы на основе термоустойчивого полиимида и сверхпрочного по- ликарбоната были синтезированы по методике, разработанной нами. Физические величины измерялись на модернизированной компьютеризованной уста- новке на основе разрывной машины РМУ-0,05-1 со скоростью раздвижения зажимов 36.09 0,05 мм/мин. Перемещение захвата, связанного с измерителем не превышало 0.1 мм. Компью- теризованная установка имела соответствующее программное обеспечение в виде стандарт- ного Windows – приложения. Измерялась зависимость относительного удлинения ε от на- пряжения σ (вплоть до предела прочности материала).Исследовалась деформация образцов в режиме одноосного растяжения при комнатной температуре (20 2) °С, относительной влаж- ности воздуха (45 5) %.Полученные результаты передавались втаблицы Excel, которые пер- вично обрабатывались в системе Mathematica 5. Анализ зависимостей напряжения от относительного удлинения необлученного компо- зитного материала ПИ АВ +ПК приразличных концентрациях показала, что введение концен- трации поликарбоната до 1мас.% ведет к увеличению механических свойств (пластичности (по сравнению с исходным) в 2,4 раза, прочности в 1,9 раз). Повышение концентрации до 2 мас.% приводит к уменьшению прочности на 33 %, но при этом пластичность увеличивается на 65 %, что связано с особенностью сетчатой матрицы полиимида с одной стороны и с дру- гой – с высокой жесткостью цепей поликарбонатов. Приодноосном нагружении материалов использоваласькаскадно-вероятностная (КВ) модель. Зависимости напряжения ( ) от деформации () представляется в виде: = 0 *ln( +1), где 0 – обобщённый модуль прочности. Установлено, что существенные изменения механических свойств композиционных пленочных материалов на основе полиимида и поликарбоната зависят от концентрации на- полнителя и обусловлены особенностями их внутреннего строения. На основе рассмотрения уравнения баланса при одноосном нагружении материалов предложен ряд моделей. Произведены расчеты зависимости от . Получено, что для компо- зитного материала с ростом концентрации наполнителя(поликарбоната) уменьшается. Рас- хождение кривой (по закону Гука) и эксперимента (в конце кривой) составляет от 38% (для 2мас.%ПК) и до 68% (1мас.% ПК). По КВ модели согласие с экспериментом – удовлетвори- тельное. 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 231 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕОБЛУЧЕННЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ А. И. Купчишин 1,2 , Б. Г. Таипова 1 , М. Н. Ниязов 1 1 Казахский национальный педагогический университет им. Абая, Алматы, Казахстан 2 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан Механические свойства полимерных материалов зависят как и от технологии производства, так и от физико-химического состава, молекулярного строения и надмолекулярной структуры полимерных и композитных материалов, определяющих под влиянием атмосферных, электрических, оптических и физических процессов сроки их старения. Для выбора оптимальных режимов использования пленок, видов их модификации, важным представляется изучение их свойств, обуславливающих хорошие механические свойства и сроки их гарантированной работоспособности. Эксплуатация пленочных материалов в мировом масштабе способствует выявлению противоречий между его ценой и механическими свойствами, так как конкуренция по производству качественной продукции достаточно хороршая [1]. После того как механика полимерных материалов нашла широкое применение и начала бурное развитие, ее основной целью стало модификация и улучшение механических свойств. Механические свойства полимеров проверяются на специальных разрывных установках [2]. Разрывные машины способны проводить различные испытания. В том числе: растяжение, изгиб и сжатие. Подготовка к проведению эксперимента начинается с нарезания образцов. Для того чтобы получить образец правильных параметров необходимо чтобы одна из его сторон была ровно 70 мм, в будущем этот параметр послужит длиной об- разца. Напомним, что ширина составляет 5мм. Отношение рабочей длины к ширине состав- ляет 10:1, то есть рабочая длина равна 50 мм, а оставшиеся 20 мм предназначены для креп- ления по 10 мм на каждый зажим разрывной установки. Для правильного изучения данных, полученных в результате эксперимента, необходимо построить графики зависимости функций, необходимо точно производить расчеты относительного удлинения и механического напряжения. После проведенных экспериментов получены графики зависи- мости относительного удлинения от механического напряжения для полиэтилентерефталата, полиимида и политетрафторэтилена. Значения величин показаны в таблицах, полученные результаты отображены на графиках. Исследование статистических механических свойств необлученных образцов пленок ПЭТФ и ПИ показало, что механические свойства материа- лов зависит от их структуры. Из полученных экспериментальных данных следует, что в очень маленькой (упругой) области для всех, проверенных на растяжение материалов, закон Гука – выполняется. Полиимид оказался более прочным по отношению к полиэтилентереф- талату и политетрафторэтилену, а так же имеет малое относительное удлинение. Литература 1. Стрелков С. П. Механика // Наука. –1975. – С. 283 – 291 2. Г.И. Бокова, А.И. Купчишин, А.А. Купчишин и др.Дозиметрия ионизирующих излу- чений/ учебное пособие. –Алматы, 1999. – С. 3 – 9. 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 232 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАГРУЗКИ И ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ДЕФОРМАЦИЮ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ А. И. Купчишин 1,2 , М. Н. Ниязов 1 1 Казахский национальный педагогический университет им. Абая, Алматы, Казахстан 2 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан В связи с широким применением полимерных материаловобъем их выпуска неуклонно возрастает. Мировое производство пластмасс увеличивается в два раза каждые пятнадцать лет и к 2010 г. достигло 250 млн. тонн. Причем, наиболее быстро развивающимся сегодня является рынок полиэтилентерефталата (ПЭТ, ПЭТФ, лавсан).ПЭТ является полимером, который произвел революцию в мире упаковки, коренным образом изменив ситуацию на мировом рынке в этой сфере производств. Материалы, состоящие из ПЭТФ, были разрабо- таны еще в начале 1940 года и с тех пор доказывают свою универсальность их применения в различных направлениях жизнедеятельности человека. Небольшое водопоглощение обу- словливает высокую стабильность свойств и размеров приборов, сделанных из этого мате- риала. Изделия из ПЭТФ обладают хорошими механическими свойствами, устойчивы к удару и растрескиванию. Одним из методов улучшения характеристик вещества является воздействие радиации. Многие виды излучений влияют на свойства полимерных материа- лов, приводя к изменению их структуры в зависимости от различных факторов. Исследова- ние влияния заряженных частиц на свойства, в частности полимеров,является весьма акту- альным, и позволяет обеспечить направленную модификацию их характеристик. Данная ра- бота посвящена изучению зависимости деформации от времени в полиэтилентерефталате для различных статических нагрузок и доз облучения[1–3].В качестве исследуемого мате- риала был выбранпромышленный полиэтилентерефталат толщиной 90 мкм. Пленочные об- разцы нарезались с помощью специального устройства.Облучение образцов велось на ли- нейном ускорителе электронов ЭЛУ-6 с энергией 2 МэВ в воздушной среде. Доза облучения была равна 50 и 100 кГр. Для того чтобы провести экспериментальные исследования, нами предварительно с помощью специальных грузов определялась предельная нагрузка, при ко- торой наступает разрыв испытуемого полимера. Для данного материалаона равна 13,5 МПа. Затем рассчитывалось напряжение, составляющее определенную часть от предельного на- пряжения. После чего образец закреплялся в зажимы. Снималась зависимость от t. Время проведения испытания образца на одноосное растяжение при статической нагрузке состав- ляло порядка 50 секунд. Обнаружено, что деформация материала сильно зависит от времени и статической нагрузки. Облучение образцов ПЭТ приводит к значительному улучшению пластичности, и существенному увеличению деформации, что связано с деструкцией всех цепей полимера. При этом прочность практически не меняется. Экспериментальная зависи- мость как для необлученного, так и для облученного материала удовлетворительно описы- ваются в рамках каскадно-вероятностной и линейной моделей. Литература 1. Годовский Ю. К. Успехи химии и физики полимеров. – М:. Химия, 1970. – 205 с. 2. Динс Дж., Винйард Дж. Радиационные эффекты в твердых телах. – М:. Мир, 1966. – 129 с. 3.Милинчук В. К., Клиншпонт Э. Р., Пшежецкий С. Я. Макрорадикалы. – М:., Химия 1980. – 278 с. 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 233 ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ОСЕДАНИЯ АКТИВНОГО ИЛА С ПОМОЩЬЮ ОП- ТИЧЕСКОГО МЕТОДА А. И. Купчишин 1,2 , М. Н. Ниязов 1 , Е. В. Шмыгалев 1 1 Казахский национальный педагогический университет им. Абая, Алматы, Казахстан 2 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан Развивающиеся оченьбыстрыми темпами промышленное, сельскохозяйственное производст- во и сопутствующая им урбанизация повлекли за собой небывалую в истории человечества степень загрязнения окружающей среды. Увеличение количества потребителей природных ресурсов вызвали скачок уровня сточных вод и степень их экологической опасности, что привело к росту непосредственного их сброса в естественные водотоки. При этом биологи- ческое разложение и самоочищение от вредных веществ идет очень медленно. Естественная чистка сточных вод в настоящее время все больше и больше замещается искусственно соз- данными промышленными сооружениями, так как они являются защитным барьером для за- грязнений, активно формирующих биологическую полноценность и качество воды. Нынеш- нее состояние качества воды природных водоемовво многом определяется степенью загряз- ненияотходов, прошедших биологическую очистку, поскольку они составляют основную массу от общего объема сточных вод. Например, в СШАрезультаты обследований производ- ственных сооружений биологической очистки показывают, что более половины их неудовле- творительно работают и не обеспечиваютудовлетворительную очистку, предусмотреннуюза- конодательством. Эффективность очистки жестко связана с процессами самоочищенияв природных водоемах. Разрабатываемые всевозможные методы интенсификации биологиче- ской очистки открывают возможность существенного улучшения экологической обстановки. Биологическая очистка являетсяобязательным завершающим звеном перед сбросом сточных вод в водоемы. Удовлетворительное состояние водоемов можно определить при помощи илового индекса и скорости оседаниядонных отложений. Хорошо осаждающийся ил имеет иловый индекс около 60 мл/г, менее плотный 80– 90 мл/г, а иловый индекс выше 300 мл/г свидетельствует онарушении работы очистного сооружения. Данная работа посвящена опре- делению скорости оседания ила оптическим методом[1, 2].Для определения параметров ила была создана экспериментальная установка, состоящая из стойки, держателей, лазерного ис- точника, детектора излучения, камеры и регистратора времени. Ил, помещенный в колбу (камеру) с водой тщательно взбалтывался и устанавливался между лазером и детектором. Снималась зависимость освещенности света (зеленые и красные линии лазера) от времени. Получено, что полное оседание ила происходит в течение около 100 секунд.Проведены ком- плексные экспериментальные исследования по определению скорости оседания активного ила оптическим методом. Из кривых зависимости плотности ( ) от времени (t) получены за- кономерности, имеющие одинаковую природу для разных источников излучения. Экспери- ментальные кривые объяснены в рамках предложенной авторами экспоненциальной модели. Литература 1. Захтаева Н. В., А. С. Шеломков Активный ил как управляемая экологическая систе- ма. – М.: Экспо-медиа-пресс,2013. – 650 с. 2.БенинаН.Н. Экология инфузорий активного ила // Экология морских ипресноводных- свободноживущих простейших; Сб. науч. трудов. –Л.: Наука, 1990. – С. 143 – 153. 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 234 ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЕПЛО-ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В.С. Антощенко, О.А. Лаврищев, Ю.В. Францев, Е.В. Антощенко Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики КазНУ им.аль-Фараби МОН РК, Алматы, Казахстан Проведение натурных испытаний опытного образца монолитного трехэлементноготепло- фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии, проводилось в августе-сентябре 2016 года на крыше физико-технического факультета КазНУ им.аль-Фараби.Для этого была специально оборудована испытательная площадка, на которой предусмотрено монтажное место для установки тестируемой концентраторной системы и установлено контрольно- измерительное оборудование. Контрольно-измерительное оборудование включает установку измерения компонент солнечной инсоляции,пиранометр SPP, метеоустановку для контроля окружающей среды и систему датчиков контроля тестируемой концентраторной системы (температуры и скорости теплоносителя, режимов работы насоса, вырабатываемой электрической мощности). Данные со всех приборов и датчиков передаются на компьютер, установленный в здании, где они накапливаются, обрабатываются и отображаются. Доступ ко всей отображаемой информации возможен как с любого компьютера внутри сети, так и из любой точки через браузер. Прототип энергетической установки, показанный на рисунке,содержит планарный концентратор с 12 плоскими отражателями, создающий световое пятно 13,5 см х45 см с оптической концентрацией 8х. В фокусе размещен трехэлементный тепло- фотоэлектрический модуль, принудительно охлаждаемый теплоносителем. Слежение за солнцем осуществляется системой треккирования, обеспечивающей постоянную и однородную засветку всей площадитеплофотоэлектрического модуля. Концентраторный тепло-фотоэлектрический преобразователь солнечной энергии использует прямую компоненту солнечной инсоляции. В теплоизолированном баке емкостью 35 л помещен теплообменник, являющийся первым контуром системы. Циркуляция теплоносителя через модуль и теплообменник обеспечивается насосом с малым энергопотреблением. В процессе натурных испытаний проводился непрерывный мониторинг компонент солнечной инсоляции(прямая, глобальная, под углом 45 0 , двухосевого слежения, под углом 45 0 при азимутальном движении), суммарная энергия по компонентам, вырабатываемой модулем электроэнергии, скорость теплоносителя, температура теплоносителя на входе и выходе модуля, температура в баке, скорость и направление ветра, влажность и температура воздуха, атмосферное давление. Эти данные накапливаются в компьютере и позволяют проводить энергетический анализ системы как online так и offline. Тепловой блок концентраторной системы сконструирован на основе традиционной двухконтурной схемы и состоит из тепло-фотоэлектрического модуля, бака-акумулятора с теплообменником, циркуляционного насоса и системы трубопроводов и запорной аппаратуры.Конструкция и особенности эксплуатации теплофотоэлектрического модуля требует минимизации избыточного давления теплоносителя, что накладывает дополнительные требования к циркуляционной системе и обеспечивается регулировкой режима работы. 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 235 Рисунок - Проведение натурных испытаний опытного образца концентраторного монолитного трехэлементноготепло-фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии, проводилось в июле-сентябре 2016 года на крыше физико-технического факультета КазНУ им.аль-Фараби Измерение тепловых характеристик преобразователя проводилось с использованием датчиков Т0, Т1 и Т3 для измерения температуры теплоносителя на входе, выходе модуля и в баке, соответственно. Измерения проводились автоматически с шагом 1 мин в течение эксперимента. Из этих данных рассчитывалось, сколько энергии Qзатрачено за время Т на нагрев теплоносителя объемом 35л от температуры Т1 до Т2. С другой стороны, проинтегрировав измеренную прямую солнечную инсоляцию, получаем количество солнечной энергии Eпад за время t на квадратный метр. Учитывая площадь модуля и концентрацию, получаем выработанную пиковую тепловую мощность (см.таблицу) Таблица – Пример результатов натурных испытанийконцентраторного монолитного трехэлементноготепло-фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии Параметры Компоненты Тепловая Электрическая Дата проведения натурных испытаний 9 сентября 2016года Измеренная энергия Eпад, Вт ч/м 2 4706 Площадь модуля S, см 2 475.0 Eпад. на модуль, Вт ч 1564,5 Время измерения Т, ч 6 Рассчитанная Q нагрева для бака, Вт ч 974.4 - Измеренная электрическая мощность за Т, Вт ч - 203.4 Выработанная пиковая мощность, Вт 162.4 33.9 К.п.д. ƞ,% 62.3 13 Суммарная пиковая мощность системы, Вт 196 Натурные испытания прототипа фотоэлектрического преобразователя солнечной 9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 жəне іргелі физикалық білім беру» ______________________________________________________________________________________________________ 236 энергиивыпали на август-сентябрь 2016 года, поэтому величина суммарной пиковой мощности при солнечной инсоляции в летние месяцы будет больше. Плюс к этому можно еще уменьшить теплопотери, которые присущи опытному образцу. Таким образом, хотя достигнутая в ходе натурных испытаний величина суммарной пиковой мощности для прототипа около 200 Вт, возможности предлагаемой конструкции концентраторного монолитного трехэлементноготепло-фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии полностью не реализованы. Важно отметить, что использование в системах с концентраторами солнечных элементов большой площади позволяет существенно снизить требования к точности механических узлов следящей системы и, соответственно, уменьшить ее себестоимость. Использованной системы было вполне достаточно для фиксации светового пятна на активных элементах системы в течение светового дня. Работа выполнена по гранту 3077/ГФ4 МОН РК. жүктеу/скачать 11,53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|