Cold-Pressing Processing of a Fluoropolymer-Based Composite Material

A. M. Stolin; Столин А. М.; L. S. Stelmakh; Стельмах Л. С.; E. V. Stelmakh; Стельмах Э. В.

doi:10.31857/S0040357123010141

Использование холодного прессования в переработке композиционного материала на основе фторполимера

Авторы: Столин А.М.¹, Стельмах Л.С.¹, Стельмах Э.В.¹
Учреждения:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Выпуск: Том 57, № 1 (2023)
Страницы: 117-124
Раздел: Статьи
Статья опубликована: 01.01.2023
URL: https://rjmseer.com/0040-3571/article/view/652916
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357123010141
EDN: https://elibrary.ru/BPJWBQ
ID: 652916

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе проведен теоретический анализ процесса одностороннего холодного прессования в условиях внешнего трения порошковых композиционных полимерных материалов на основе фторопласта с малыми добавками, такими, как диоксид кремния SiO₂, каолинит Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈, углеродные нанотрубки, углеволокно (менее 5%). Получены аналитические решения в виде формул, позволяющие проанализировать влияние на процесс уплотнения материалов приложенного давления, коэффициента внешнего трения, геометрических размеров прессовок, свойства материала и его пористость. На основе упрощенной системы исходных уравнений с использованием лагранжевых переменных и усреднения по радиусу проведены численные расчеты развития разноплотности по объему материала в зависимости от времени, обусловленные различной скоростью уплотнения нижних и верхних слоев. Установлены новые наглядные представления о кинетике уплотнения порошковых материалов на основе фторопласта, выявлены качественные особенности различных стадий развития разноплотности, Найдены ответы на практически важные вопросы, связанные с экспериментальным определением времени процесса прессования для получений качественной заготовки.

Ключевые слова

фторполимер, холодное прессование, разноплотность, лагранжевы координаты, трение

Список литературы

Stolin A.M., Bazhin P.M. Manufacture of Multipurpose Composite and Ceramic Materials in the Combustion Regime and High-temperature Deformation (SHS Extrusion) // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 6. P. 751. [Столин А.М., Бажин П.М. Получение изделий многофункционального назначения из композитных и керамических материалов в режиме горения и высокотемпературного деформирования (СВС-экструзия) // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 6. С. 603]
Бережной А.С. О зависимости между давлением прессования и пористостью необожженных огнеупорных изделий // Огнеупоры. 1947. № 3. С. 124–130.
Покровский Г.И. Исследования по физике грунтов / Изд. Института ВОДГЕО, Гл. ред. строительной литературы. М.–Л.: 1937.
Bal’shin M.Y. Novel principles of calculation and analysis of powder compression // Sov. Powder Metall. Met. Ceram. 1965. V. 4. № 12. P. 975.
Френкель Я.И. Вязкое течение в кристаллических телах. М.: Физматгиз, 1958. Т. 2.
Mackenzie J.K., Shuttworth P.A. Phenomenological theory sintering. Proc. Phys.Soc. B. 1949. 62. № 12. P. 833.
Скороход В.В. Реологические основы спекания. Киев: Наукова думка, 1972.
Штерн М.Б., Сердюк Г.Г., Максименко Л.А., Трухан Ю.В., Шуляков Ю.М. Феноменологические теории прессования порошков. Киев: Наукова думка, 1982.
Бальшин М.Б. Порошковое металловедение. М.: Металлургиздат, 1943.
Жданович Г.М. Теория прессования металлических порошков. М.: Металлургия, 1969.
Скотников М.В, Чулков В.Н., Прилепкин В.Н. Джангирян В.Г. Распределение напряжений и скоростей при уплотнении вязких тел в замкнутых объемах // Порошковая металлургия. 1984. № 6. С. 21.
Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев В.Н., Рябов И.Н. Напряженно-деформированное состояние пористой заготовки при горячем прессовании и свободной осадке с учетом внешнего трения. Математическое моделирование процессов // Порошковая металлургия. 1987. № 1. С. 34.
Parshin D.A., Stel’makh L.S., Stolin A.M. Mathematical Modeling of Solid-Phase Plunger Extrusion with Two-Stage Compression of Composite Materials // Theor. Found. Chem. Eng. 2015. V. 49. № 3. P. 344. [Паршин Д.А., Стельмах Л.С., Столин А.М. Математическое моделирование твердофазной плунжерной экструзии с двухступенчатым обжатием композитных материалов // Теорет. основы хим. технологии. 2015. Т. 49. № 3. С. 361.]
Бучацкий Л.М., Столин А.М., Худяев С.И. Распределение плотности в пористом теле при горячем одностороннем прессовании // Порошковая металлургия. 1987. № 12. С. 9.
Столин А.М., Стельмах Л.С., Стельмах Э.В. Высокотемпературное прессование порошкового материала в условиях внешнего трения // Композиты и наноструктуры. 2017. Т. 3,4. № 35–36. С. 156–161.
Столин А.М., Стельмах Л.С., Паршин Д.А., Стельмах Э.В. Высокотемпературное прессование порошкового материала в условиях внешнего трения // НАУКА СОВРЕМЕННОСТИ. Сборник материалов международной научной конференции. Москва, 2015. С. 154.
Stolin A.M., Stel’makh L.S., Karpov S.V., Alymov M.I. External friction in SHS compaction // Dokl. Chem. 2019. V. 487. № 2. P. 235.
Korachkin D., Gethin D., Lewis R., Tweed J. Friction measurement and lubrication in unloading and ejection stages in powder pressing cycle. // Powder Metall. 2008. V. 51. № 1. P. 14.
Canta T., Frunza D. Friction-assisted pressing of PM components // J. Mater. Process. Technol. 2003. V. 143, 144. № 1. P. 645.
Sinka I., Cunningham J., Zavaliangos A. The effect of wall friction in the compaction of pharmaceutical tablets with curved faces: a validation study of the Drucker–Prager Cap model // Powder Technol. 2003. V. 133. № 1, 3. P. 33.
Stolin A.M., Stelmakh L.S. Features of compaction kinetics for powder materials under nonisothermal conditions. Part 1. Compaction kinetics in regular and fiber regimes // Powder Metall. Met. Ceram. 2001. V. 40. № 11, 12. P. 556.
Stolin A.M., Stel′makh L.S., Karpov S.V. High-temperature indirect compaction of powder materials with active action of an external friction force // J. Eng. Phys. Thermophys. 2020. V. 93. № 2. P. 317.
Luo J., Stevens R., Ren Y. Constrained sintering of a sphere with radial density gradient: Viscous model // Metall. Mater. Trans. B. 1998. V. 29. № 3. P. 673.
Karpov S.V., Stelmakh L.S., Alymov M., Stolin A.M. Wave mode of compaction of powder materials by unilateral pressing under dry friction // Dokl. Chem. 2020. V. 491. № 1. P. 54.
Stolin A.M., Stel’makh L.S. Mathematical Modeling of SHS-compaction/ Extrusion: An Autoreview // J. SHS. 2008. V. 13. № 1. P. 53.
Рыбин Ю.И., Цеменко В.Н., Александров А.Э. Математическая модель уплотнения порошковых металлических материалов // Металлообработка. 2004. № 6. P. 45.
Berezin I.M., Nesterenko A.V., Zalazinskii A.G. Identification of the modified Drucker–Prager yield condition and modelling of compaction of the plasticized titanium feedstock // Russian J. Non-Ferrous metals. 2017. V. 58. № 3. P. 297.
Cedergren J., Sørensen N.J., Melin S. Numerical investigation of powder compaction of gear wheels // Int. J. Solids Struct. 2003. V. 40. № 19. P. 4989.
Столин А.М., Стельмах Л.С., Карпов С.В., Алымов М.И. Внешнее трение в процессе СВС-компактирования // ДАН, Химическая технология. 2019. Т. 487. № 6. С. 636.
Карпов С.В, Стельмах Л.С., Столин А.М. Математическое моделирование одностороннего прессования порошковых материалов в условиях сухого трения // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020. № 4. С. 22–32.