Design of polymer composite which is modeled the spheres and ellipsoids by criterion reconciliation of properties

Authors

  • Анатолій Федорович Будник Sumy State University Str. Rimsky-Korsakov, 2, Sumy, Ukraine, 40007, Ukraine
  • Валентин Анатолійович Свідерський National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute» Pobedy ave. 37, Kyiv, 03056, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4457-6875
  • Алевтина Олександрівна Томас State higher education institution "Ukrainian State University of Chemical Technology" Gagarina ave., 8, Dnepropetrovsk, 49005, Ukraine
  • Павло Володимирович Руденко State higher education institution "Ukrainian State University of Chemical Technology" Gagarina ave., 8, Dnepropetrovsk, 49005, Ukraine
  • Христина Володимирівна Берладір National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute» Pobedy ave. 37, Kyiv, 03056, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.12397

Keywords:

Polymer composite, wear, polytetrafluoroethylene, carbon fibers, titanium carbide, optimization criterion

Abstract

The model of composite material based on polymers is created which includes spherical and ellipsoidal particles. The description of the strategy to create a composite material based on polytetrafluoroethylene powders, carbon fiber and titanium carbide is presented. For the calculation were used the ellipsoidal particles of carbon fiber model and spherical particles of titanium carbide model. A parameter optimization of plastic and elastic properties of the composites, which are calculated based on the properties of the original ingredients, is entered. It is shown that it is statistically reliable linear link between the criterion reconciliation and wear resistance. Effect of hardening polymer by fillers during wear is observed only for certain polymers and fillers. The reason for this phenomenon is associated with a specific change of parameters physical and mechanical properties of polymers at introduction of fillers, the formation of an intermediate pellicle on the counterface and change of the topography of rough surfaces in friction against one track and absence of this possibility in friction on the new trail

Author Biographies

Анатолій Федорович Будник, Sumy State University Str. Rimsky-Korsakov, 2, Sumy, Ukraine, 40007

Associate Professor

Department of Applied Materials and TCM

Валентин Анатолійович Свідерський, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute» Pobedy ave. 37, Kyiv, 03056

Professor

Department of chemical technology composite materials

Алевтина Олександрівна Томас, State higher education institution "Ukrainian State University of Chemical Technology" Gagarina ave., 8, Dnepropetrovsk, 49005

Postgraduate
Department of  plastic and photo-, nano-, and polygraphic materials

Павло Володимирович Руденко, State higher education institution "Ukrainian State University of Chemical Technology" Gagarina ave., 8, Dnepropetrovsk, 49005

Postgraduate student


Department of  plastic and photo-, nano-, and polygraphic materials

Христина Володимирівна Берладір, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute» Pobedy ave. 37, Kyiv, 03056

Postgraduate student

Department of chemical technology composite materials

References

  1. Будник, А.Ф. Разработка абразивостойкого трехкомпонентного композитного материала на основе политетрафторэтилена [Текст] : дис. … канд. техн. наук / А.Ф. Будник. - Киев, 1993. – 132 с.
  2. Будник, А.Ф. Пути повышения абразивной стойкости наполненных полимеров [Текст] / А.Ф. Будник // Тез. докл. ІІІ Всесоюзн. науч.- техн. конф. «Композиционные полимерные материалы − свойства, производство и применение». – М., 1987. – С. 79-83.
  3. Сиренко, Г.А. Антифрикционные карбопластики [Текст] / Г.А. Сиренко.
  4. – Киев : Техника, 1985. - 195 с.
  5. Сіренко, Г.О. Створення антифрикційних композитних матеріалів на основі порошків термотривких полімерів та вуглецевих волокон [Текст] :
  6. дис. … докт. техн. наук / Г.О. Сіренко. – Київ, 1997. – 431 с.
  7. Дудукаленко, В.В. Выбор структуры трехфазного карбопластика для износостойких уплотнений [Текст] / В.В. Дудукаленко, С.П. Шаповалов, А.Ф. Будник // Сб. науч. трудов «Химическое машиностроение: расчет, конструирование, технология». - Киев, 1992. - С. 94-100.
  8. Шаповалов, С.П. Разработка новых структур износостойких композитов, применяемых в узлах трения [Текст] / С.П. Шаповалов, А.Ф. Будник // Тез. докл. респуб. науч.- техн. конф. «Материалы и упрочняющие технологии - 92». - Курск, 1992. – С. 117-124.
  9. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ [Текст] : учеб. / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. – М. : Машиностроение, 1977. – 526 с.
  10. Кузьмин, А.А. О выборе критериев оценки герметизирующей способности полимерных материалов [Текст] / А.А. Кузьмин, А.С. Тимощук // Рук. деп. в НИИТЭХИМ №465. - ХП-Д-81. – С. 3-10.
  11. Fridrich, K. Wear of reinforced polymers by different abrasive counterparts [Текст] / K. Fridrich // Friction and wear polymer composites. - Amsterdam e.a., 1986. - pp. 233-287.
  12. Трение, изнашивание и смазка [Текст] : справочник / В.В. Алисин, А.Я. Алябьев, А.М. Архаров и др. ; под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. − Т. 1. – М. : Машиностроение, 1978. – 400 с.
  13. Трение, изнашивание и смазка [Текст] : справочник / В.В. Алисин, А.Я. Алябьев, А.М. Архаров и др. ; под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. − Т. 1. – М. : Машиностроение, 1979. – 358 с.
  14. Дудукаленко, В.В. О пластических свойствах материала, содержащего пластинчатые включения [Текст] / В.В. Дудукаленко, Н.Н. Лысач // Изв. АН СССР. - Сер. МТТ. - №1. – 1980. - С. 103−109.
  15. Дудукаленко, В.В., Шаповалов, С.П. [Текст] // Применение композиционных материалов на полимерной и металлической матрицах. - Пермь, 1985. - С. 23-24.
  16. Волков, С.Д. Статистическая механика композитных материалов [Текст] : учеб. / С.Д. Волков, В.П. Ставров. – Мн. : Изд-во БГУ, 1978. – 207 с.
  17. Дудукаленко, В.В. Оптимальное использование собственной прочности волокон в композитах с пластической матрицей [Текст] / В.В. Дудукаленко. – Сумы : СФ ХПИ, 1990. - С. 1−10.
  18. Соколкин, Ю.В. Механика деформирования и разрушения структурно неоднородных тел [Текст] : учеб, пособие / Ю.В. Соколкин, А.А. Ташкинов. – М. : Изд-во «Наука», 1984. - 115 с.
  19. Hаshin, Z. Analysis of composite materials a survey [Текст] // Trans. ASME: J. Appl. Mech. - Vol. 50. 1983. - №3. - pp. 481-505.
  20. Kerner, E.N. The electrical conductivity of composite materials [Текст] // Proc. Phys. Soc. - № 69B. – 1956. - pp. 802-807.
  21. Дудукаленко, В.В., В.А. Минаев [Текст] // Изв. АН СССР. - Сер. ПММ. - Т.34. - Вып. 5. – 1970. - С. 942−944.
  22. Ивлев, Д.Д. Механика пластических сред [Текст]. Т. 1. Теория идеальной пластичности : учеб, пособие / Д.Д. Ивлев. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 448 с. – ISBN 5-9221-0140-4.
  23. Болотин, В.В. Некоторые вопросы механики композитных полимерных материалов [Текст] / В.В. Болотин // Механика полимеров, №1. - 1975. - №1. - С. 126 - 133.
  24. Дудукаленко, В.В. О пластичности композиционного материала, содержащего сферические включения [Текст] / В.В. Дудукаленко, В.В. Мешков // Изв. АН СССР. - Сер. МТТ. - №5. – 1983. - С. 109−112.
  25. Левин, В.М. [Текст] // Изв. АН СССР. - Сер. МТТ. - №6. – 1976. -
  26. С. 137−145.
  27. Коттрел, А. Прочность материалов [Текст] / А. Коттрел // Механические свойства новых материалов. – М. : Мир, 1996. - С. 7−20.
  28. А.с. 1635523 СССР, МКИ C08J5/16 ; C08L27/18 ; С08К13/00. Антифрикционный материал [Текст] / Г.А. Сиренко, А.Ф. Будник, Г.М. Сорокин, Л.М. Кириченко, В.И. Ящук. (Украина). - № 4607772 ; заявл. 26.09.88; зареестр. в Госреестре изобр. 15.11.90.
  29. Сиренко, Г.А. Стратегия создания абразивостойкого композиционного материала, смоделированного сферическими и эллипсоидными частицами [Текст] / Г.А. Сиренко, А.Ф. Будник. // Сб. науч. трудов «Управление триботехническими и прочностными свойствами механических систем. - Киев, 1990. - С. 20−26.
  30. А.с. 1467893 СССР, МКИ В32В3/12 ; D04C5/00 ; F16C33/12. Антифрикционный материал [Текст] / Г.А. Сиренко, Г.М. Сорокин, А.Ф. Будник, А.М. Сиренко (Украина). - № 4050632 ; заявл. 07.04.86 ; зареестр. в Госреестре изобр. 01.02.88. – Бюл. № 20.
  31. Budnik, A.F. (1993). Razrabotka abrazivostoykogo trekhkomponentnogo kompozitnogo materiala na osnove politetraftoretilena (Development of three-abrasion resistant composite material based on polytetrafluoroethylene). Kyiv, 132.
  32. Budnik, A.F. (1987). Ways to increase the abrasion resistance of filled polymers [Puti povysheniya abrazivnoy stoykosti napolnennykh polimerov]. Tez. dokl. 3 Vsesoyuzn. nauch.- tekhn. konf. «Kompozitsionnyye polimernyye materialy − svoystva, proizvodstvo i primeneniye» (Abstracts Reports III Proc. scientific - tech. сonf. «Composite polymeric materials - properties, production and use»). Мoscow, 79-83.
  33. Sirenko, G.A. (1985). Antifriction karboplastices. Kyiv, Ukraine : Technique.
  34. Sirenko, G.A. (1997). Stvorennya antyfryktsiynykh kompozytnykh materialiv na osnovi poroshkiv termotryvkykh polimeriv ta vuhletsevykh volokon (Create antifriction composite materials based powders termotryvkyh polymers and carbon fibers). Kyiv, 431.
  35. Dudukalenko, V.V., Shapovalov S.P., Budnik A.F. (1992). Structure selection phase karboplastices for wear resistant [Vybor struktury trekhfaznogo karboplastika dlya iznosostoykikh uplotneniy]. Sb. nauch. trudov «Khimicheskoye mashinostroyeniye: raschet, konstruirovaniye, tekhnologiya» (Collection of scientific works «Chemical engineering: calculation, design, technology»). Kyiv, 94-100.
  36. Shapovalov, S.P., Budnik A.F. (1992). Development of new wear-resistant composite structures, used in friction [Razrabotka novykh struktur iznosostoykikh kompozitov, primenyayemykh v uzlakh treniya]. Tez. dokl. respub. nauch.-tekhn. konf. «Materialy i uprochnyayushchiye tekhnologii - 92» (Abstracts Reports republics scientific - tech. сonf. «Materials and strengthening technologies – 92»). - Kursk, 117-124.
  37. Kragel'skii, I.V., Dobychin M.N., Kombalov V.S. (1977). Basis of calculations for friction and wear. Moscow, USSR : Engineering.
  38. Kuzmin, A.A., Tymoshchuk A.S. (1981). Manuscript dep. in NIITEKHIM № 465, 3-10.
  39. Fridrich, K. (1986). Friction and wear polymer composites. - Amsterdam e.a., 233-287.
  40. Alisin, V.V., Alyabyev A.J., Arkharov A.M. (1978).
  41. Friction, wear and lubrication. Moscow, USSR : Engineering.
  42. Alisin, V.V., Alyabyev A.J., Arkharov A.M. (1979).
  43. Friction, wear and lubrication. Moscow, USSR : Engineering.
  44. Dudukalenko, V.V. (1980). Math. USSR Academy of Sciences, , № 1, 103-109.
  45. Dudukalenko, V.V., Shapovalov S.P. (1985). The use of composite materials on polymer and metal matrices. - Perm, 23-24.
  46. Volkov, S.D., Stavrov V.P. (1978). Statistical mechanics of composite materials. Minsk, Belarus : Publishing House of the Belarusian State University.
  47. Dudukalenko, V.V. (1990). Optimal use of their own strength fibers in composites with plastic matrix. Sumy, Ukraine : HPI SF.
  48. Sokolkin, U.V., Tashkinov A.A. (1984). Mechanics of deformation and fracture of structurally inhomogeneous bodies. Moscow, USSR : Publishing House «Science».
  49. Hаshin, Z. (1983). Analysis of composite materials a survey. J. Appl. Mech., 3, 481-505.
  50. Kerner, E.N. (1956). The electrical conductivity of composite materials. Proc. Phys. Soc., 69B, 802-807.
  51. Dudukalenko, V.V., Minaev V.A. (1970). Math. USSR, V. 34, 942-944.
  52. Ivlev, D.D. (2001). The theory of ideal plasticity. Moscow, Russia : FIZMATLIT.
  53. Bolotin, V.V. (1975). Mechanics of polymers, № 1, 126 - 133.
  54. Dudukalenko, V.V., Meshkov V.V. (1983). Math. Akad. MTT, № 5, 109-112.
  55. Levin, V. (1976). Math. Akad. MTT, № 6, 137-145.
  56. Cottrell, A. (1996). Mechanical properties of new materials – Moscow : World, 7-20.
  57. Sirenko, G.A., Budnik A.F., Sorokin G.M., Kirichenko L.M., Yashchuk V.I. Antifriktsionnyy material. (1990). - № 4607772 ; zayavl. 26.09.88; zareyestr. v Gosreyestre izobr. 15.11.90.
  58. Sirenko, G.A., Budnik A.F. (1990). Strategy to create an abrasion resistant composite simulated spherical and ellipsoidal particles [Strategiya sozdaniya abrazivostoykogo kompozitsionnogo materiala, smodelirovannogo sfericheskimi i ellipsoidnymi chastitsami]. Sbornik nauch. trudov «Upravleniye tribotekhnicheskimi i prochnostnymi svoystvami mekhanicheskikh system (Collection of scientific. works "Management tribological and strength properties of mechanical systems). Kiev, 20-26.
  59. Sirenko, G.A., Sorokin G.M., Budnik A.F., Sirenko A.M. Antifriktsionnyy material. (1988). - № 4050632 ; zayavl. 07.04.86 ; zareyestr. v Gosreyestre izobr. 01.02.88. – Byul. № 20.

Downloads

Published

2013-04-25

How to Cite

Будник, А. Ф., Свідерський, В. А., Томас, А. О., Руденко, П. В., & Берладір, Х. В. (2013). Design of polymer composite which is modeled the spheres and ellipsoids by criterion reconciliation of properties. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5(62), 20–26. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.12397

Issue

Vol. 2 No. 5(62) (2013): The applied physics and materials technology

Section

Applied physics

License

Copyright (c) 2014 Анатолій Федорович Будник, Валентин Анатолійович Свідерський, Алевтина Олександрівна Томас, Павло Володимирович Руденко, Христина Володимирівна Берладір

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

The consolidation and conditions for the transfer of copyright (identification of authorship) is carried out in the License Agreement. In particular, the authors reserve the right to the authorship of their manuscript and transfer the first publication of this work to the journal under the terms of the Creative Commons CC BY license. At the same time, they have the right to conclude on their own additional agreements concerning the non-exclusive distribution of the work in the form in which it was published by this journal, but provided that the link to the first publication of the article in this journal is preserved.

A license agreement is a document in which the author warrants that he/she owns all copyright for the work (manuscript, article, etc.).
The authors, signing the License Agreement with TECHNOLOGY CENTER PC, have all rights to the further use of their work, provided that they link to our edition in which the work was published.
According to the terms of the License Agreement, the Publisher TECHNOLOGY CENTER PC does not take away your copyrights and receives permission from the authors to use and dissemination of the publication through the world's scientific resources (own electronic resources, scientometric databases, repositories, libraries, etc.).
In the absence of a signed License Agreement or in the absence of this agreement of identifiers allowing to identify the identity of the author, the editors have no right to work with the manuscript.
It is important to remember that there is another type of agreement between authors and publishers – when copyright is transferred from the authors to the publisher. In this case, the authors lose ownership of their work and may not use it in any way.