ПРИЕМЫ УЛУЧШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРЫ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА

В современных условиях имеет место тенденция расширения объемов производства и расширение областей применения не металлической арматуры. Интенсивное применение не металлической арматуры обосновывается результатами масштабных научных исследований ряда специализированных центров и лабораторий (Американский Институт Бетона, Итальянский Национальный Исследовательский Совет Канадская Ассоциация Стандартов, Международная Федерация по Армированию бетона.

Анализ патентных исследований в области разработки не металлической арматуры показал, что преобладают способы (технологии) получения композитной арматуры—68%, затем составы – (22%) и устройства для изготовления арматуры – (10%). За исследуемый период патентований технических решений (2000 - 2014) годы можно выделить: увеличение физико механических характеристик, щёлочностойкости и теплостойкости арматуры; производительности процесса, а также удешевление технологии.

Композитную не металлическую арматуру изготавливают методами фильерной протяжки (пултрузия) и безфильерной (нидлтрузия, «плейнтрузия»), при этом большинство предприятий – используют пултрузионную технологию производства.

Характеристики не металлической арматуры

Исходя из технико-экономических показателей, стеклопластиковая арматура все еще конкурирует, и базальтопластиковые и углепластиковые волокна все еще в цене. Поэтому необходимо рассматривая характеристики не металлической арматуры (таблица 1) синтезировать свойства и характеристики арматуры, приготовленной по различным технологиям, по составу с использованием специфических устройств.

В результате проведенных исследований развития физико-химических эффектов, при акустическом, механическом, электрическом, магнитном, тепловом, радиационном и химическом воздействиях на вещества, было установлено, что эти воздействия оказывают действенное влияние на изменение агрегатного состояния, изменение физико-химических свойств сплошной фазы, дробление или коагуляцию дисперсных частиц, структуризацию или гомогенизацию среды. Поэтому, при соответствующем обоснованном внешнем воздействии и возможности его управления в процессе технологической минимизации скажется на интенсификации химико-технологических процессов (ХТП) и качестве характеристик материалов.

При этом необходимо рассмотреть аспекты вариантов технологических решений.

Дисперсные частицы материала в электрическом поле получают определенный заряд, что будет характеризовать силовое действие поля как

F = Eq, которая заставляет частицы двигаться. А при соответствующих технических устройствах это движение можно целенаправленно использовать для выполнения разнообразных технологических операций.

Распространение электро-технологий, основанных на управлении движением заряженных частиц полем, обусловлено рядом преимуществ перед традиционными методами воздействия на обрабатываемый материал:

1. Непосредственное влияние эффектов воздействия электрической энергии, сосредоточенной в электрическом поле, на обрабатываемый материал без промежуточных трансформаций энергии.

2. Универсальность методов рассматриваемой технологии определено самой природой нет веществ, которые определенным образом не могли быть заряжены и подвергнутся силовому воздействию электрического поля.

3. Приведенные методы могут обеспечить управление процессами формирования и развития физико-химических эффектов за счет возможности плавного регулирования в широких пределах величины напряженности поля и обеспечить соответствующий класс точности.

Учитывая, что силовое воздействие электрического поля на частицы сырья может реализовываться в различных формах и иметь различный конечный результат в соответствии с эффектами воздействия

• поляризация частиц вещества в электрическое поле дает возможность их ориентации в материале, что положено в основу технологий изготовления текстильных и композиционных материалов.
• сепарация частиц в виду их различных скоростей и траекторий движения в электрическом поле дает возможность классифицировать частицы по диэлектрическим свойствам, электропроводности и размерам, что дает возможность осуществлять очистку газа от жидких и твердых диспергированных материалов.
• осаждение частиц на электроде, удержание и создание плотного слоя обеспечивает равномерность покрытия и дает широкие возможности для порошковых покрытий в электрическом поле с целью создания декоративных и антикоррозионных изделий.
• при зарядке частиц диспергированных материалов в электрическом поле осуществляется однородное смешивание материалов.
• при взаимодействии материалов в электрическом поле на границе сред проявляется силовое действие электрического поля как F = E2 (ε1- ε2)S /2, при этом сила (F) направлена из среды с большей диэлектрической проницаемостью (ε1) в среду с меньшей диэлектрической проницаемостью (ε2) на удельную поверхность (S), что скажется на сшивке изготавливаемых гетерогенных материалов или на их диспергации.

Все эти физико-химические эффекты при электротехнологическом воздействии порождают процессы, содержащие как правило три стадии, которые являются определяющими непосредственно структурную схему типовой технологической установки (рисунок 1).

Для обоснования и выбора вариантов технологических решений рассмотрим теоретические аспекты предлагаемого решения по активации физико-химических показателей (ФХП) приготовления стеклопластиковой арматуры (адгезия со стекловолокном, рельефность поверхности пропитки, нанесение графита, ориентация системы по полю, прошивка слоев графитом).

Основными показателями являются: увеличение модуля упругости и снижение ползучести при длительных статических нагрузках не металлической арматуры (эти показатели зависят от характеристик волокна, связующего и их совместной работы).

Использование устройств барьерного и коронного разрядов применительно к технологии изготовления не металлической арматуры приводит к значительной активации поверхности жгутов и улучшению адгезии стекловолокна к эпоксидной смоле. Адгезия зависит от природы контактирующих фаз, свойств их поверхностей и площади контакта, как указывалось выше и усиливается, если одно или два тела электрически заряжены

F = E2 (ε1- ε2)S /2.

Повышение адгезионной прочности можно связать с модификацией субстрата или адгезива, при этом появившиеся функциональные группы, способные к активному взаимодействию, могут быть активированы силовыми эффектами взаимодействия электрического поля с вещественной средой. Это скажется на адгезионной прочности субстрата с адгезивом, а следовательно, это отразится на физических характеристиках стеклопластиковой арматуры (прочность при растяжении, при изгибе, модуль упругости). При нанесении графита, графитные кластеры заполняют рельеф поверхности адгезива нити. Проходя через питающие графитовые роликовые фильеры за счет трения качения графит распределяется более равномерно, и уже в магнитном поле графитные кластеры образуют цепи протекания, тем самым идёт подготовка цепи коронного разряда.

При взаимодействии электрического поля с многослойной структурой диэлектрик-проводник (Д-П) идет прошивка слоев и это отражается на прочностных характеристиках и модуле упругости стеклопластиковой арматуры. В электромагнитном поле поверхностный вырыв фрагментов макромолекулярных цепей способствует развитию рельефа поверхности (микрошероховатость) жгута, что повысит работу по вырыву арматуры из массива бетона.

В соответствии со схемой (рисунок 1) теоретическую основу процессов составляют закономерности зарядки субстрата и модификация адгезива, с зарядкой графитовых частиц и их движение в электрическом поле.

Рисунок 1. Структурная схема электротехнологической установки полимеризации стеклопластиковой арматуры

• теория Тарасова;
• теория Лифшица;
• теория Хечта-Стокмайера.

Характер отклика материала на воздействие приложенного электрического поля легче всего представить на примере плоского конденсатора, постоянная разность потенциалов V приложена к пластинам конденсатора, находящимся на расстоянии d. Тогда при определенных допущениях электрическое поле E в промежутке между пластинами будет однородным и иметь величину V/d, но более полно характеризуется векторной величиной, имеющей компоненты E_x, E_y, E_z. В нашем случае электрическое поле направлено перпендикулярно пластинам, тогда в соответствии с законом Кулона плотность зарядов + Q и Q на пластинах прямо пропорциональна величине напряженности поля и имеет следующее отображение Q = ε₀E.

Движение электронов и зарядов частиц в скрещенных электрическом и магнитном полях лежит в основе магнетронов, что широко используется при генерации микроволнового излучения.

Эффекты, возникающие при одновременном действии обоих полей (магнитное и электрическое поле взаимно перпендикулярны (В ┴ Е), при этом, такое движение есть суперпозиция равномерного движения со скоростью vd=E/B и кругового, т.е. просто по циклоиде.

Электрострикция для всех диэлектриков как общий электромеханический эффект проявляется в упругом (обратном) превращении энергии вещественной среды в электрическое поле, что отражается изменением геометрии тела.

Механизм активации заключается в увеличении поверхностной энергии посредством зарядки компонентов и образованию полярных групп в веществах.