Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


 лассификаци€ композитов с магнитными частицами




¬едение

¬сестороннее изучение композиционных материалов важно дл€ современной техники и науки. — каждым годом композиционные материалы привлекают внимание все более широкого круга специалистов.

—очетание в одном материале веществ с различными физико-механическими свойствами позвол€ет получать композиты, обладающие уникальными показател€ми прочности, жесткости и другими физико-механическими свойствами.  омпозиционные матери≠алы €вл€ютс€ весьма перспективными конструкционными материала≠ми дл€ многих отраслей.

ќсобо важным €вл€етс€ процесс моделировани€ таких веществ, так как с помощью него можно описать структуру материала и ее вли€ние на отклик образца на внешние воздействи€.

ƒанна€ работа посв€щена магнитнополимерным композитам.  ак пон€тно из названи€ Ц это вещество из комбинаций полимеров с магнитными частицами, которое активно реагирует на внешние пол€, но при этом поведение самих частиц наполнител€ во многом определ€етс€ действием локальных магнитных полей.

÷елью данной работы €вл€етс€ определение важности композиционных материалов, изучение их уникальных свойства, подробное рассмотрение композитов с магнитными частицами, проведение их классификации, вы€вление существующих моделей и актуальных задач.

¬ажную роль в научно-исследовательской практике играет обзор актуальной литературы, который способствует анализу существующего положени€ дел в исследуемой области.  роме того данные полученные в обзоре можно использовать в собственном исследовании.

 

 

 омпозитный материал

 омпозиционный материал, композит Ч искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состо€щий из двух или более компонентов с чЄткой границей раздела между ними [1].

 омпозиционные материалы классифицируют по следующим критери€м:

Ј форма (геометри€) наполнител€;

Ј схема армировани€ (расположение) его в матрице;

Ј природа компонентов;

Ј механизм упрочнени€.

–азные классы композиционных материалов обычно обладают одним или несколькими преимуществами по таким свойствам, как:

Ј высока€ удельна€ прочность,

Ј высока€ жесткость;

Ј высока€ износостойкость;

Ј высока€ усталостна€ прочность;

Ј размерна€ стабильность;

Ј коррозионна€ стойкость.

  недостаткам композиционных материалов можно отнести некоторые их характеристики:

Ј высокую стоимость;

Ј анизотропию свойств;

Ј высокую наукоемкость производства;

Ј необходимость специального оборудовани€;

Ј необходимость специальных видов сырь€.

 

 омпозиты примен€ют в товарах широкого потреблени€ (железобетон, лодки из стеклопластика, автомобильные покрышки, металлокомпозиты), в спортивном оборудование (хоккейные клюшки, коньки, байдарки, каноэ, вЄсла, шлемы), в медицине (материал дл€ зубных пломб), в машиностроение, в авиации и космонавтики, в вооружение и военной технике [1].

—реди всего разнообрази€ композиционных материалов рассмотрим композиты с магнитными частицами и определим их уникальность.

 омпозиты с магнитными частицами - композит с магнитоактивным наполнителем, который активно реагирует на внешние пол€, но при этом поведение самих частиц наполнител€ во многом определ€етс€ действием локальным магнитных полей. ¬ совокупности со свойствами материала матрицы получаетс€ уникальный набор характеристик, которые можно контролировать с помощью магнитных полей. »х уникальность в наличие магнитоактивных частиц, способности откликатьс€ на приложенное магнитное воздействие.

 лассификаци€ композитов с магнитными частицами

Ќа рис.1 показана схема классификации композитов с магнитными частицами

–ис. 1 классификации композитов с магнитными частицами.

 ак видно из схемы классифицировать композиты можно по величине магнитных частиц. »звестно, что свойства этих полимеров кардинально отличаетс€ в зависимости размеров магнитных фаз. „аще всего магнитный наполнитель состоит из наночастиц и микрочастиц.

 лассификаци€ по магнитным частицам:

ћагнитные частицы, используемые в магнитополимерах, могут быть наноразмеров или микроразмеров, их свойства отличаютс€, так как наночастицы обычно состо€т из одного магнитного домена, а микрочастицы из нескольких доменов, таким образом, наночастицы обладают в обычном состо€нии определенным магнитным моментов, который при намагничивании поворачиваетс€ вдоль пол€. ј микрочастицы в ненамагниченном состо€нии имеют нулевой магнитный момент, так как магнитные моменты разнонаправлены и их векторна€ сумма равна нулю.

¬тора€ составл€юща€ композита Ц это матрица.

ћатрицы бывает:

Ј искусственна€

Ј натуральна€

Ј тверда€

Ј м€гка€

ћагнитные гидрогели состо€т из полимерной матрицы и магнитного компонента в матрице. »х раздел€ют на тип гидрогел€, размер и распределение. „тобы изготовить магнитные гидрогели были разработаны такие методы, как метод смешивани€, метод осаждени€ и метод сшивани€, как показано на рис. 2 [2 Ц 4].

ћетод смешивани€: магнитные наночастицы смешивают с водой или маслом и стабилизирующими веществами дл€ предотвращени€ осаждени€ или агрегации частиц, т. е. создают магнитную жидкость. «атем эту жидкость смешивают с раствором прекурса (precursor) гидрогел€ в определенном мол€рном соотношении и в процессе сшивани€, частицы оказываютс€ закрепленными в матрице [2 Ц 4, 24].

ћетод осаждени€ in situ (на месте): магнитные наночастицы изготавливают с помощью реакции осаждени€ в сетке полимерных гидрогелей после реакции сшивани€ [2 Ц 4, 24].

ћетод сшивани€: нанесение нескольких функциональных групп на поверхности магнитных наночастиц, как сшивающих факторов, что приводит к реакции св€зывани€ полимерной матрицы и магнитных частиц [2 Ц 4, 24].

–ис.2 —хема методов дл€ получени€ магнитных гидрогелей.

ј) ћетод смешивани€. ¬) ћетод осаждени€. —) ћетод сшивани€.

 

–азличные умные гидрогели, которые реагируют на внешние раздражители (температура, свет, зар€д, давление) в физиологическом диапазоне, имеют большой потенциал в биомедицинских применени€х таких, как доставка и выпуск лекарств.

“реть€ составл€юща€ классификации композитов с магнитными частицами Ц это механические свойства. ќни раздел€ютс€ на магнитные эластомеры, магнитные гели, жесткие полимеры.

¬ыдел€ют изотропные и анизотропные магнитные эластомеры:

- изотропные Ц композиционные материалы, с равномерным пространственным распределением частиц наполнител€

- анизотропные Ц одноосное упор€дочение частиц наполнител€

 

 

ѕо механическим свойствам:

Ј магнитные эластомеры - сформированные в результате полимеризации, состо€щие из матрицы в виде эластичного полимера и наполнител€ из магнитных частиц, характеризующиес€ упругими свойствами, завис€щими от пространственного расположени€ частиц наполнител€

”пругие свойства магнитных эластомеров усиливаютс€ при приложении внешнего магнитного пол€. ≈сли магнитоупругий полимер содержит магнитные частицы, диспергированные случайно, то есть две основные экспериментальные ситуации: сжимающа€ сила (Fx) и направление магнитного пол€ (характеризуетс€ магнитной индукцией, ¬) могут быть либо параллельны, либо перпендикул€рны, как показано на рис. 3 [5, 6 Ц 14].

–ис. 3 Ёкспериментальные возможности при изучении вли€ни€ внешнего магнитного пол€ на упругий модуль. Ѕелые стрелки показывают направление силы; черные стрелки показывают направление магнитного пол€

Ёффект однородного магнитного пол€ на модуль упругости изучалс€, когда приложенное механическое напр€жение перпендикул€рно расположению частиц. ѕри изменении направлени€ приложенного магнитного пол€ и столбчатых структур частиц возможны три экспериментальных установки: направление пол€ перпендикул€рно цепочкам частиц (рис. 4 слева и в центре) или параллельно цепочкам частиц (рис. 4 справа) [5].

–ис.4 ¬ли€ние напр€женности магнитного пол€ на модуль упругости.

Ѕелые и черные стрелки показывают направление

силы в однородном магнитном поле.

 

Ќа основе экспериментальных результатов, эффект упругости однородного магнитного пол€ показан на рис. 4. ћожно сделать вывод о том, что пространственна€ ориентаци€ силы, пол€ и расположение частиц играет решающую роль во временном эффекте усилени€. —лабый эффект имеет место, когда поле перпендикул€рно расположению частиц по одной линии (рис. 4 слева и центр) [5].

≈сли столбчатое расположение частиц параллельно направлению магнитного пол€, то модуль упругости значительно увеличиваетс€ (рис. 4 справа). ѕри малых значени€х напр€женности пол€ до 30 м“л наблюдаетс€ небольшое увеличение. ћодуль значительно возрастает при напр€женности больше 30 м“л. ѕри более высокой интенсивности пол€ (от 200 м“л), модуль упругости стремитс€ к выравниванию. “акже видно, что при увеличении концентрации частиц железа в полимере, модуль упругости матрицы увеличиваетс€. Ќаиболее значительный эффект был обнаружен в случае, когда направление магнитного пол€ параллельно направлению выравнивани€ частиц [5].

—интез эластомеров при однородном магнитном поле может быть использован дл€ получени€ анизотропных образцов.

–ис.5 —хематическое расположение магнитных частиц в полимерной матрице изотропных и анизотропных магнитных эластомеров

 

ѕервым шагом в подготовке анизотропных полимерных композитов €вл€етс€ смешивание частиц наполнител€ с реакционной смесью, содержащий полимеры, сшивающее средство и катализатор. ¬торой шаг заключаетс€ в стабилизации системы, чтобы избежать агрегации и осаждение твердых частиц. ƒл€ того, чтобы подготовить анизотропные эластомеры, реакционную смесь помещают между полюсами большого электромагнита (рис. 6) [5].

–ис.6 ѕриготовление одноосно упор€доченного полимерного композита при равномерном магнитном поле

 

 

—месь была подвергнута действию однородного магнитного пол€ с индукцией B = 400 м“л. ѕоле ориентирует магнитные диполи, и если частицы распределены близко, то произойдет их взаимодействие. Ѕлагодар€ прит€гивающим силам, развиваютс€ цепочечные структуры, как показано на рис. 7. Ёто €вление называетс€ магнитореологическим эффектом [5, 15 Ц 17].

–ис. 7 ћагнитореологический эффект частиц карбонильного железа в однородном магнитном поле. а) —успензи€ магнетита в отсутствие внешнего пол€. б) Ёта же суспензи€ при 100 м“л однородного магнитного пол€. Ќаправление, образующихс€ цепочек параллельно направлению пол€, которое показано стрелкой [5, 18].

 

—толбчатые структуры могут быть закреплены, с помощью реакции сшивани€. ѕосле завершени€ полимеризации образцы удал€ютс€ из форм [17Ц 19].

— помощью магнитореологического эффекта магнитный композит становитс€ анизотропным с точки зрени€ механических и магнитных свойств. ћожно легко измен€ть направление цепочек частиц вдоль направлени€ приложенного магнитного пол€, как показано на рис. 8 [5].

¬ зависимости от концентрации магнитных частиц, а также величины приложенного магнитного пол€, столбчатые структуры магнитных частиц, сформированные в упругой матрице можно варьировать в широких диапазонах. Ќа рисунке 9 показан поли (диметилсилоксан) эластомер, содержащий плотно расположенные столбцы цепочек из магнитных частиц.

 

–ис. 8 ¬ли€ние однородного магнитного пол€ на формирование структуры магнитных частиц. —трелки показывают направление однородного магнитного пол€.

Ќ обозначает напр€женность магнитного пол€.

 

 

–ис.9  олоннообразна€ структура частиц железа, построенных в поли (диметилсилоксан) эластомера. ƒл€ того, чтобы визуализировать колоннообразные структуры магнитных

частиц в поли (диметилсилоксан) композите образец поворачиваетс€.

”гол поворота был уменьшен слева направо

 

ѕодробнее рассмотрим магнитные гели и жесткие полимеры.

Ј магнитные гели Ц состо€т из магнитных частиц, помещенных в м€гкую полимерную матрицу или гель. Ѕлагодар€ этому эти образцы обладают упругими свойствами, и магнитные частицы не осаждаютс€ в матрице

Ј жесткие полимеры (магнитные пластмассы, магнитные латексы)

Ќовое поколение магнитных эластомеров и гелей представл€ют собой современный тип композитов, состо€щих из небольших магнитных частицы, рассредоточенные в эластичной, полимерной матрице. Ёти материалы обладают большим количеством различных уникальных свойств, которые €вл€ютс€ предметом интенсивных теоретических и экспериментальных исследований, а также численного моделировани€.

–азличные свойства могут быть использованы дл€ создани€ современных композитов дл€ широкой области движени€ и контролировани€ изменени€ формы и перемещени€. —пособность пон€ть св€зь композитов в полимерах ускорит работу инженеров дл€ разработки нового типа переключателей, датчиков, микромашин, преобразующие энергию биомиметических устройств и систем доставки.

ћагнитоактивные м€гкие материалы, основанные на эластомерных полимерах могут реагировать на внешнее магнитное поле и подвергатс€ деформированию или механическому напр€жению. »х часто называют магнитострикционными полимерами или магнитореологическими полимерами. ћагнитные полимерные гели принадлежат к подклассу магнитных эластомеров, где гибкие сшитые полимеры содержат намагничиваемые частицы, а также значительное количество жидкости [2].

–азработка магнитно-активных полимерных систем св€зана с созданием магнитных наночастиц и магнитных жидкостей. ћагнитные наночастицы представл€ют значительный интерес, так как их возможно использовать в устройствах с высокой плотностью пам€ти и применени€ в диагностической медицине [5].

ћагнитные жидкости (феррожидкости) €вл€ютс€ коллоидной системой из однодоменных магнитных наночастиц, которые распределены или в водных или органических жидкост€х. „астицы обычно имеют размер в диапазоне от 5 до 15 нм. ћагнитореологические частицы содержат сотни магнитных доменов. Ёти жидкости демонстрируют эффективные изменени€ в их реологическом поведении, реагиру€ на внешнее магнитное поле [5].

≈ще одним элементом в классификации магнитных полимеров €вл€етс€ частицы в полимерной оболочке.

„астицы в полимерной оболочке Ц композит, состо€щий одной частицы, котора€ находитс€ в оболочке из полимерного материала [5].

ќсновна€ сфера их использовани€ в современной наномедицине.  ак уже было выше упом€нуто различные способы приготовлений привод€т к различным структурам.

ћагнитополимерные композиты можно классифицировать по способу закреплени€ магнитной частицы в полимерной матрице. ћожно выделить два случа€: когда магнитна€ частица жестко прикреплена к полимерным цепочкам (характерно дл€ малых частиц) и когда частица находитс€ в €чейке полимерной сетки. ¬ обоих случа€х перестройка структуры частиц, образование кластеров, цепочек при намагничивании вли€ет также на механику полимера.






ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-11-23; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2293 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—тремитесь не к успеху, а к ценност€м, которые он дает © јльберт Ёйнштейн
==> читать все изречени€...

2002 - | 1931 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.024 с.