Please use this identifier to cite or link to this item:
https://repo.btu.kharkov.ua/handle/123456789/62938| Title: | Розробка фільтруючих елементів на основі Фторопласта-4 з розширеним температурним діапазоном експлуатації шляхом армування полімерної матриці |
| Authors: | Могильченко, Данило Анатолійович |
| metadata.dc.contributor.advisor: | Калюжний, О. Б. |
| metadata.dc.contributor.affiliation: | Державний біотехнологічний університет Кафедра сервісної інженерії та технології матеріалів в машинобудуванні імені О. І. Сідашенка |
| Keywords: | Фторопласт-4 (ПТФЕ);армування;наповнювачі;вуглецеві волокна;графіт;механічні властивості;теплопровідність |
| Issue Date: | 2024 |
| Publisher: | Харків: ДБТУ |
| Citation: | Могильченко Д. А. Розробка фільтруючих елементів на основі Фторопласта-4 з розширеним температурним діапазоном експлуатації шляхом армування полімерної матриці: кваліфікаційна робота магістра: спец. 133 – Галузеве машинобудування; наук. кер. О. Б. Калюжний. Харків: ДБТУ, 2024. 67 с. |
| Abstract: | Основні завдання: 1. Вивчити фізико-хімічні властивості фторопласту-4 та причини його об меженого застосування. 2. Дослідити методи модифікації ПТФЕ, зокрема армування матеріалу різ ними наповнювачами. 3. Оцінити вплив армування на механічні, теплопровідні та фільтрувальні властивості ПТФЕ. 4. Використати чисельні методи моделювання для прогнозування властиво стей ПТФЕ з наповнювачами. Основні результати: 1. Встановлено, що ПТФЕ має високу хімічну інертність та термічну стій кість, але його низька механічна міцність і теплопровідність обмежують застосування в умовах високих температур і механічних навантажень. 2. Різноманітні наповнювачі, зокрема вуглецеві волокна, графіт і скловоло кно, значно покращують механічні властивості, зносостійкість і теплоп ровідність ПТФЕ. 3. Чисельне моделювання з використанням методу скінченних елементів (FEM) дозволяє точно прогнозувати теплопровідність і механічні харак теристики композитів на основі ПТФЕ. 4. Оптимальні композиції композитів ПТФЕ, заповнених графітовими час тинками та вуглецевими волокнами, дозволяють досягти балансу між те плопровідністю та механічною міцністю. Висновки: Розробка композитів на основі ПТФЕ з наповнювачами, таки ми як вуглецеві волокна, графіт і скловолокно, дозволяє значно покращити ме- ханічні та теплопровідні властивості матеріалу, що сприяє їх застосуванню в умовах високих температур і механічних навантажень. Чисельне моделювання є потужним інструментом для оптимізації складу композитів і прогнозування їхніх властивостей. |
| URI: | https://repo.btu.kharkov.ua/handle/123456789/62938 |
| metadata.dcterms.references: | 1. Park, S.-J.; Heo, G.-Y. Precursors and Manufacturing of Carbon Fibers. In Superconductivity; Springer Series in Materials Science and Business Media; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2014; Volume 210, pp. 31–66. 2. Qin, X.; Lu, Y.; Xiao, H.; Wen, Y.; Yu, T. A comparison of the effect of graphiti zation on microstructures and properties of polyacrylonitrile and mesophase pitch based carbon fibers. Carbon 2012, 50, 4459–4469. 3. Forintos, N.; Czigany, T. Multifunctional application of carbon fiber reinforced polymer composites: Electrical properties of the reinforcing carbon fibers—A short review. Compos. Part B Eng. 2019, 162, 331–343 4. Rajak, D.K.; Pagar, D.D.; Menezes, P.L.; Linul, E. Fiber-Reinforced Polymer Composites: Manufacturing, Properties, and Applications. Polymers 2019, 11, 1667. 5. Ishikawa, T.; Amaoka, K.; Masubuchi, Y.; Yamamoto, T.; Yamanaka, A.; Arai, M.; Takahashi, J. Overview of automotive structural composites technology devel opments in Japan. Compos. Sci. Technol. 2018, 155, 221–246. 6. Zhang, J.; Chevali, V.S.; Wang, H.; Wang, C.-H. Current status of carbon fibre and carbon fibre composites recycling. Compos. Part B Eng. 2020, 193, 108053. 7. Yao, S.-S.; Jin, F.-L.; Rhee, K.Y.; Hui, D.; Park, S.-J. Recent advances in carbon fiber-reinforced thermoplastic composites: A review. Compos. Part B Eng. 2018, 142, 241–250. 8. Yu, G.-C.; Wu, L.-Z.; Feng, L.-J.; Yang, W. Thermal and mechanical properties of carbon fiber polymer-matrix composites with a 3D thermal conductive path way. Compos. Struct. 2016, 149, 213–219. 9. Tatsuno, D.; Yoneyama, T.; Kawamoto, K.; Okamoto, M. Production system to form, cut, and join by using a press machine for continuous carbon fiber-reinforced thermoplastic sheets. Polym. Compos. 2016, 39, 2571–2586. 10. Nagura, A.; Okamoto, K.; Itoh, K.; Imai, Y.; Shimamoto, D.; Hotta, Y. The Ni plated carbon fiber as a tracer for observation of the fiber orientation in the carbon fiber reinforced plastic with X-ray CT. Compos. Part B Eng. 2015, 76, 38–43. 11. Almajid, A.; Friedrich, K.; Floeck, J.; Burkhart, T. Surface Damage Characteris tics and Specific Wear Rates of a New Continuous Carbon Fiber (CF)/Polyetheretherketone (PEEK) Composite under Sliding and Rolling Contact Conditions. Appl. Compos. Mater. 2011, 18, 211–230. 12. Alarifi, I.; Alharbi, A.; Khan, W.S.; Rahman, A.; Asmatulu, R. Mechanical and Thermal Properties of Carbonized PAN Nanofibers Cohesively Attached to Surface of Carbon Fiber Reinforced Composites. Macromol. Symp. 2016, 365, 140–150. 13. Sun, D.; Lin, G.; Sui, G.; Hao, Y.; Yang, R.; Zhang, K. Multi-gating injection molding to enhance the thermal conductivity of carbon fiber/polysulfone compo site. Polym. Compos. 2015, 38, 185–191. 14. Tseng, H.-C.; Chang, R.-Y.; Hsu, C.-H. Numerical prediction of fiber orientation and mechanical performance for short/long glass and carbon fiber-reinforced compo sites. Compos. Sci. Technol. 2017, 144, 51–56 15. Sharma, M.; Rao, I.M.; Bijwe, J. Influence of fiber orientation on abrasive wear of unidirectionally reinforced carbon fiber-polyetherimide composites. Tribol. Int. 2010, 43, 959–964. 16. Dickson, A.; Barry, J.N.; McDonnell, K.A.; Dowling, D. Fabrication of continu ous carbon, glass and Kevlar fibre reinforced polymer composites using additive manufacturing. Addit. Manuf. 2017, 16, 146–152. 17. Hegde, S.; Shenoy, S.; Chethan, K. Review on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and their mechanical performance. Mater. Today Proc. 2019, 19, 658–662. 18. Suresh, A.; Harsha, A.; Ghosh, M. Solid particle erosion of unidirectional fibre reinforced thermoplastic composites. Wear 2009, 267, 1516–1524. 19. Jin, F.-L.; Lee, S.-Y.; Park, S.-J. Polymer matrices for carbon fiber-reinforced polymer composites. Carbon Lett. 2013, 14, 76–88. 20. Othman, R.; Ismail, N.I.; Pahmi, M.A.A.H.; Basri, M.H.M.; Sharudin, H. Hemdi Application of carbon fiber reinforced plastics in automotive industry: A review. J. Mech. Manuf. 2018, 1, 144–154. 21. Kishi, H.; Nakao, N.; Kuwashiro, S.; Matsuda, S. Carbon fiber reinforced thermo plastic composites from acrylic polymer matrices: Interfacial adhesion and physical properties. Express Polym. Lett. 2017, 11, 334–342. 22. Park, S.-J.; Seo, M.-K. Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composites: Prepara tion, Properties, and Applications. Polym. Compos. 2012, 135, 135–183. 23. Xie, S.; Liu, S.; Cheng, F.; Lu, X. Recent Advances toward Achieving High Performance Carbon-Fiber Materials for Supercapacitors. ChemElectroChem 2018, 5, 571–582. 24. Shin, H.K.; Park, M.; Kim, H.-Y.; Park, S.-J. An overview of new oxidation methods for polyacrylonitrile-based carbon fibers. Carbon Lett. 2015, 16, 11–18. 25. Koumoulos, E.P.; Trompeta, A.-F.; Santos, R.-M.; Martins, M.; Dos Santos, C.M.; Iglesias, V.; Böhm, R.; Gong, G.; Chiminelli, A.; Verpoest, I.; et al. Research and Development in Carbon Fibers and Advanced High-Performance Composites Supply Chain in Europe: A Roadmap for Challenges and the Industrial Uptake. J. Compos. Sci. 2019, 3, 86. 26. Huang, X. Fabrication and Properties of Carbon Fibers. Materials 2009, 2, 2369–2403 27. Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в изделия: Техноло гия и оборудование. – Л.: Химия, 1987. - 168 с. 28. Горина А.А., Сыркус Т.Д., Уколова Л.С. Пористые фтропласты. - М.: НИИ ТЭИ, 1975. - 86 с. 29. Промышленные полимерные композиционные материалы/ Под редакцией М. Ричардсона. - М.: Химия, 1980. - 471с. 30. Беклемышев А.М. Структурные и гидравлические свойства высокопористых ячеистых материалов на металлической основе. - Пермь: ПГТУ, 1998. - 224 с. 31. Гладков С.О. Физика пористых структур. - М.: Наука, 1997. - 174 с. 32. Витязь П.А., Шелег В.К., Капцевич В.М., Савич В.В., Сорокин А.Н. Класси фикация свойств пористых материалов // Порошковая металлургия. - 1986. -№12. - C. 72-73. 33. Начинкин О.И. Полимерные фильтры. - М.: Химия, 1985. - 290 с. 34. Горшков А.А., Астрахов Е.Ю., Городилов Б.М. Патронные фильтрующие элементы из фторопласта Ф-4 // Электронная промышленность. - 1995. - №7 –C. 19- 21. 35. Пат. 1736569 РФ, МКИ В 01 D 39/16. Способ изготовления фильтрующих материалов на основе политетрафторэтилена. Т.Л. Карпова, Д. Гужин, А.А. Баброков, Б.Г. Калюжный, И.В. Кашубина, Л.А. Кодатская, В.А. Полетов. -№4843680/5; Заяв. 29.05.90; Опубл. 30.05.92, Бюл. №20. - 4 с. 36. Аввакумов В.Г. Механические методы активирования химических процес сов. Новосибирск: Наука, 1979. - 253 с. 37. Макаров Ю.И., Ломакин Б.М., Хараков В.В. Отечественное и зарубежное оборудование для смешения сыпучих материалов. М.: ЦИНТИ авт. машино строение, 1964. - 85 с. 38. Урьев Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. М.: Химия, 1988. - 256 с. 39. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения и смешения сыпучих материа лов. М.: Наука, 1985. - 440 с. 40. Кочегаров Г.Г. Некоторые вопросы оптимизации процесса диспергирования. // Изв. АН СССР. Серия хим. наук. - 1977. - Т. 4, №9. - С. 23-24. 41. Жиров Е.Н. Современные измельчающие аппараты // Физикохимические исследования механически активированных веществ. - 1975. - №4. - С. 151-153. 42. Коузов А.П. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. -Л.: Химия, 1987. - 264 с. 43. Карнаухов А.П. Некоторые общие принципы моделирования пористых систем // Моделирование пористых систем. - Новосибирск, - 1976. - С. 31-41. 44. Hulin J.P. Porous media: model system for the physics of disorder.Adv. Colloid and Interface Sci. - 1994. - №49. - Р. 47-84. 45. Крючков Ю.Н. Поликапиллярная модель пористой среды для анализа фильтрационных процессов в керамических материалах // Стекло и керамика. -1991. - №10 - С. 13-14. 46. Поляков С.В., Максимов Е.Д., Поляков В.С. Об одномерной модели микро фильтрации // Теоретические основы химической технологии. - 1995. - Т. 29, №4. - С. 357-361. 47. Waceman R.J., Tarleton E.S. Modeling, simulation and process design of the filter cycle // Mines et carrieres Suppl.: Techn. - 1991. - Vol. 73, №3. - P. 5-13. 48. Cuperus F. P., Bargeman D., Smolders C. A. Permporometry: the determination of the size distribution of active pores in UF membranes. J. Membr. Sci., 1992. 71. рр. 57‒67. doi:10.1016/0376-7388(92)85006-5 49. Gardiner J. Fluoropolymers: Origin, Production, and Industrial and Commercial Applications. Aust. J. Chem. A, 2015. 68(1), рр. 13-22.https://doi.org/10.1071/ch14165 50. Kaliuzhnyi O. B., Platkov V. Ya. Formation of Porous Poly(tetrafluoro-ethylene) Using a Partially Gasified Porogen. Iran J. Mater. Sci. Eng., 2020. 2, 17 https://doi.org/10.22068/ijmse.17.2.13 51. Белов С.В., Витязь П.А., Шелег В.К. и др. Пористые проницаемые материа лы. Справочное издание. — Под ред. Белова С.В. — М.: Металлургия, 1987. 335 с. 52. Kaliuzhnyi O.B., Platkov V.Ya. The structure and properties of porous poly(tetrafluoroethylene). J. Polym. Res., 2022. 29, 32. https://doi.org/10.1007/s10965-022-02887-w 53. Калюжный А.Б., Платков В.Я., Калюжный Б.Г. Формирование давлением структуры и свойств пористых материалов на основе фторопласта-4. - Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка, 2017. Вип. 183. С. 39-44. 54. Gunashekar, S., Pillai, K. M., Church, B. C., Abu-Zahra, N. H., Liquid flow in polyurethane foams for filtration applications: a study on their characterization and permeability estimation. J. Porouse Mater., 2015. 22, рр. 749-759. https://doi.org/10.1007/s10934-015-9948-2 55. Pal, K., Bag, S., Pal, S., Development of porous ultra high molecular weight polyethylene scaffolds for the fabrication of orbital implant. J. Porouse Mater., 2008.15, рр. 53-59. https://doi.org/10.1007/s10934-006-9051-9 56. Kalyuzhny А.В., Karpova T.L., Kalyuzhny B.G., Plаtkov V.Ya. Structure and functional properties of high-porosity material based on Fluoroplast-4 // Functional Materials. - 1999. - Vol. 6, №2. - Р. 25-30 57. Патент України №18975А. Спосіб виготовлення фільтруючих елементів на основі фторопласта-4. Калюжний Б.Г. та ін. Надр. 25.12.97 Бюл. №6 |
| Appears in Collections: | 133 – “Галузеве машинобудування” (Магістри) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 2024_M_458_133ts-23m-01 _ Mogilchenko.pdf Restricted Access | 5.18 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.