CC BY
15
УДК 667.64:678.026
Р.Ю. НЕГРУЦА
Херсонська державна морська академiя
ОЯСГО: 0000-0001-9483-1793
ОЯСГО: 0000-0002-9805-3914
Н.М. БУКЕТОВА
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТЕПЛОФ1ЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕИ ЕПОКСИКОМПОЗИТ1В, НАПОВНЕНИХ СИНТЕЗОВАНОЮ ПОРОШКОВОЮ ТИТАНО-АЛЮМШ1СВОЮ ШИХТОЮ
У робоmi встановлено критичну концентрацiю синтезовано'1' високовольтним електророзрядом порошковой титано-алюмШевог шихти, введення яко'1' забезпечуе зниження термiчного коефщенту лтшного розширення розроблених композитiв порiвняно з вихiдною епоксидною матрицею. При цьому усадка композиmiв зменшуеться суттево. Встановлено абсолютнi значення термiчного коефщенту лтшного розширення матерiалiв, як можливо використовувати у ргзних температурних дiапазонах. Щкавим з науковог i практично'1' точки зору е анализ дiапазону температур, який охоплюе область склування полiмерних композитiв.
Встановлено, що для формування композитних матерiалiв з пiдвищеними показниками теплоф1зичних властивостей, доцшьно використовувати наповнювач у кiлькостi q = 0,05...2,00 мас.ч. Такий маmерiал характеризуются високою енергiею активацИ] стшюстю до структурних перетворень при максимальних температурах та iнmенсивною взаемодiею функцiональних груп наповнювача та епоксидного ол^омеру пiд час структуроутворення на молекулярному рiвнi. На основi проведених випробувань теплофгзичних властивостей розроблених епоксикомпозиmiв встановлено допусmимi межi температури, при яких можливо використовувати маmерiали у виглядi покриmmiв.
Для формування композицшних маmерiалiв або захисних покриmmiв з полiпшеними теплоф1зичними властивостями доцшьно вводити синтезований порошок mиmан-алюмiнiевоi шихти в кiлькосmi q = 0,5% в епоксидний зв'язувач в якосmi наповнювача на q = 100% епоксидного ол^омеру. Формування такого маmерiалу дозволяе пiдвищиmи термосттюсть (за Мартенсом) порiвняно з обробленот ультразвуком епоксидною матрицею вiд Т = 341 К до Т = 360 К, а температура склування вiд Тс = 327 К до Тс = 346 К. Вважаеться, що це пов'язано з впливом дисперсного наповнювача на формування мкроструктури гетерогенних композиmiв. Дисперсний наповнювач активно взаемодiе з макромолекулами епоксидного зв 'язувача, що, як на^док, пiдвищуе когезтну мiцнiсmь композиmiв. В резульmаmi збшьшуеться сmупiнь зшивання маmерiалiв, що забезпечуе полтшення теплоф1зичних властивостей розроблених композиmiв.
Експериментально встановлено, що найменшими показниками mермiчного коефiцiенmа лтшного розширення серед усього спектру до^джуваних температурних дiапазонiв е маmерiали, що мiсmяmь наповнювач у кiлькосmi q = 0,5 %. Саме формування такого композиту забезпечуе зменшення ТКЛР порiвняно з епоксидною матрицею в 1,9 ... 2,4 рази. Анализ резульmаmiв дослiдження полiмерних композицшнихмаmерiалiв пiд впливом теплового поля в iнmервалi температур 303 ... 473 К свiдчиmь про те, що ТКЛР полiмерноi маmрицi i розроблених композицшних маmерiалiв не сильно вiдрiзняюmься, а значення до^джуваних характеристик знаходяться в межах Аа = (10,6 .. . 10,9) х 10-5 К1. Це дозволяе констатувати про значне збшьшення вшьного об'ему в таких маmерiалах за рахунок руйнування фгзичних зв'язюв та .збшьшення рухливосmi макромолекул епоксидного полiмеру. На наш погляд, експлуаmацiя розроблених маmерiалiв для такого температурного дiапазону недоцшьна.
Ключовi слова: епоксидний композит, теплосттюсть, mермiчний коефiцiенm лтшного розширення, усадка.
А.В. БУКЕТОВ
Херсонская государственная морская академия
ORCID: 0000-0001-9836-3296 О.Н. СИЗОНЕНКО
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, г. Николаев
Р.Ю. НЕГРУЦА
Херсонская государственная морская академия
Е.В. ЛИПЯН
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, г. Николаев
ORCID: 0000-0001-9483-1793 A.Q ТОРПАКОВ
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, г. Николаев
ORCID: 0000-0002-9805-3914 Н.Н. БУКЕТОВА
Херсонская государственная морская академия
ORCID: 0000-0002-7670-6590
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭПОКСИКОМПОЗИТОВ, НАПОЛНЕННЫХ СИНТЕЗИРОВАННОЙ ПОРОШКОВОЙ ТИТАНО-АЛЮМИНИЕВОЙ ШИХТОЙ
В работе установлено критическую концентрацию синтезированной высоковольтным электроразрядом порошковой титано-алюминиевой шихты, введение которой обеспечивает снижение термического коэффициента линейного расширения разработанных композитов по сравнению с исходной эпоксидной матрицей. При этом усадка композитов уменьшается существенно. Установлены абсолютные значения термического коэффициента линейного расширения материалов, которые возможно использовать в разных температурных диапазонах. Интересным с научной и практической точки зрения является анализ диапазона температур, который охватывает область стеклования полимерных композитов.
Установлено, что для формирования композитных материалов с повышенными показателями теплофизических свойств, целесообразно использовать наполнитель в количестве q = 0,05...2,00 масс.ч. Такой материал характеризуются высокой энергией активации, устойчивостью к структурным преобразованиям при максимальных температурах и интенсивным взаимодействием функциональных групп наполнителя и эпоксидного олигомера во время структурообразования на молекулярном уровне. На основе проведенных испытаний теплофизических свойств разработанных эпоксикомпозитов установлены допустимые пределы температуры, при которых возможно использовать материалы в виде покрытий.
Для формирования композиционных материалов или защитных покрытий с улучшенными теплофизическими свойствами целесообразно вводить синтезированный порошок титан-алюминиевой шихты в количестве q = 0,5% в эпоксидное связующее в качестве наполнителя на q = 100% эпоксидного олигомерного связующего. Формирование такого материала позволяет повысить термостойкость (по Мартенсу) по сравнению с обработанной ультразвуком эпоксидной матрицей от T = 341 К до T = 360 К, а температура стеклования от Тс = 327 К до Тс = 346 К. Считается, что это связано с влиянием дисперсного наполнителя на формирование микроструктуры гетерогенных композитов. Дисперсный наполнитель активно взаимодействует с макромолекулами эпоксидного связующего, что, как следствие, повышает когезионную прочность композитов. В результате увеличивается степень желатинизации материалов, что обеспечивает улучшение теплофизических свойств разработанных материалов.
Экспериментально установлено, что наименьшими показателями теплового коэффициента линейного расширения среди всего спектра исследуемых температурных диапазонов являются материалы, содержащие наполнитель в количестве q = 0,5%. Именно образование такого композита обеспечивает уменьшение ТКЛР по сравнению с эпоксидной матрицей в 1,9 ... 2,4 раза. Анализ результатов исследования полимерных композиционных материалов под воздействием теплового поля в интервале температур 303 ... 473 К свидетельствует о том, что ТКЛР полимерной матрицы и разработанных композиционных материалов не сильно отличаются, а значения исследуемых характеристик находятся в пределах Аа = (10,6 ... 10,9) х 10-5 К-1. Это позволяет констатировать о значительном увеличении свободного объема в таких материалах за счет разрушения физических связей и увеличения подвижности макромолекул эпоксидного полимера. На наш взгляд, эксплуатация разработанных материалов для такого температурного диапазона нецелесообразна.
Ключевые слова: эпоксидный композит, теплостойкость, термический коэффициент линейного расширения, усадка.
A.V. BUKETOV
Kherson State Maritime Academy
ORCID: 0000-0001-9836-3296 O.N. SIZONENKO
Institute of Impulse Processes and Technologies of NAS of Ukraine, Nikolaev
R.Yu. NEGRUTSA
Kherson State Maritime Academy
E.V. LIPYAN
Institute of Impulse Processes and Technologies of NAS of Ukraine, Nikolaev
ORCID: 0000-0001-9483-1793 A.S. TORPAKOV
Institute of Impulse Processes and Technologies of NAS of Ukraine, Nikolaev
ORCID: 0000-0002-9805-3914 N.N. BUKETOVA
Kherson State Maritime Academy
ORCID: 0000-0002-7670-6590
INVESTIGATION OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF EPOXYCOMPOSITES FILLED WITH SYNTHESIZED POWDER TITANIUM-ALUMINUM CHARGE
The critical concentration of the powder titanium-aluminum charge synthesized by high-voltage electric discharge was established. he introduction of this charge provides a decrease in the thermal coefficient of linear expansion of the developed composites in comparison with the original epoxy matrix. In this case, the shrinkage of composites is reduced significantly. Absolute values of thermal coefficient of linear expansion of materials which can be used in different temperature ranges are established. Interesting from a scientific and practical point of view is the analysis of the temperature range, which covers the area of glass transition of polymer composites.
It is established that for the formation of composite materials with increased thermal properties, it is advisable to use a filler in the amount of q = 0.05...2.00 % such a material is characterized by high activation energy, resistance to structural transformations at maximum temperatures and intensive interaction of functional groups of filler and epoxy oligomer during structure formation at the molecular level. On the basis of the tests of the thermophysical properties of the developed epoxy composites, the permissible temperature limits at which it is possible to use materials in the form of coatings are established.
For the formation of composite materials or protective coatings with improved thermophysical properties, it is advisable to introduce a synthesized powder titanium-aluminum charge in the amount of q = 0.5 % into the epoxy binder as a filler on q = 100 % epoxy oligomer type. The formation of such a material allows to increase the heat resistance (according to Martens) in comparison with the ultrasound-treated epoxy matrix from T = 341 K to T = 360 K, and the glass transition temperature from TS = 327 K to TS = 346 K. Believed that this is due to the influence of the dispersed filler on the formation of the microstructure of heterogeneous composites. The dispersed filler actively interacts with the macromolecules of the epoxy binder, and this, as a consequence, improves the cohesive strength of the composites. As a result, the degree of gelatinization of materials increases, which provides for the improvement of the thermophysical properties of the developed materials.
It is experimentally established that the lowest indices of the thermal coefficient of linear expansion among the entire spectrum of the studied temperature ranges are materials that contain filler in the amount of q = 0.5 %. That the formation of such a composite provides a decrease in TCLR compared to the epoxy matrix of 1.9...2.4 times. Analysis of the results of the study ofpolymer composites under the influence of a thermal field in the temperature range 303...473 K suggests that the TCLR of the polymer matrix and the developed composites do not differ much, and the values of the studied characteristics are within Aa = (10,6...10,9) x 10-5 K-1. This allows us to state a significant increase in the free volume in such materials due to the destruction of physical bonds and increased mobility due to this macro-chains of the epoxy polymer. In our opinion, the operation of the developed materials for such a temperature range is not appropriate.
Keywords: epoxy composite, heat resistance, thermal coefficient of linear expansion, shrinkage.
Постановка проблеми
Аналiз лггератури [1-10] показуе, що важливим при прогнозуванш властивостей композипв для захисту технолопчного устаткування транспортно! галузi мае вибiр матерiалiв i способiв !х модифжаци. Виходячи з властивостей захисних матерiалiв для транспортно! галуз^ важливим е як вибiр матрицу так i наповнювачiв, призначених для тдсилення структури нових гетерогенних систем.
Враховуючи основш властивосп важливим е забезпечення теплофiзичниx характеристик композипв, яш можуть видозмшюватись тд впливом теплового поля. Актуальним на сьогодш е не лише
прогнозоване введения будь-яких (активных чи неактивних) шгред1ентш у зв'язувач для покращення характеристик матер1ал1в, але й виявлення водночас мехашзм1в переб1гу ф1зико-мехашчних процеав саморегулювання систем. Особливо це стосуеться аморфних матер1ал1в, структуру яких дослвдити не лише важко, але й практично не можливо. Особливо при вплив1 терм1чних 1 водночас динам1чних силових фактор1в, осшльки це завдання сто!ть на порядку денному у створеш новггшх композипв та покритлв на !х основ1 з оптимальними 1 наперед заданими експлуатацшними, у тому числ1, 1 теплоф1зичними властивостями.
Аналiз останнiх дослвджень i публiкацiй Анал1з публжацш на сьогодш дозволяе констатувати про дуже широкий спектр у властивостях, особливо теплоф1зичних, композипв на основ1 епоксидних матриць. Останш широко використовують для захисту устаткування у транспорта
Зрозумшо, що виб1р шгредаенпв у технологи формування захисних покритпв мають виршальне значення для створення адгезив1в з щдвищеними показниками теплоф1зичних властивостей. Водночас лише комплексний шдх1д у дослвдженш властивостей матер1ал1в дозволить встановити оптимальний вмют добавки для створення композитних матер1ал1в (КМ) з полшшеними властивостями у комплекса
Актуальним у цьому контексл е виб1р наповнювача, який забезпечить у комплекс полшшення експлуатацшних характеристик пол1мерних композипв. На наш погляд, такий пвдхщ що враховуе актившсть наповнювача до пол1мерно! матрищ, технолопчш режими пол1меризаци, сшвм1ршсть результата дослщження у лабораторних 1 природних умовах дозволить створювати новггш матер1али 1 покриття на !х основ1 з наперед заданим комплексом експлуатацшних характеристик.
Формулювання мети дослiдження Мета роботи - дослщити вплив вм1сту порошково! титано-алюмшево! шихти на теплоф1зичш властивосп епоксикомпозитних матер1ал1в.
Викладення основного матерiалу досл1дження Як основний компонент для зв'язувача при формуванш епоксидних КМ вибрано епоксидний д1ановий олиомер марки ЕД-20 (ГОСТ 10587-84), який характеризуемся високою адгезшною та когезшною мщшстю, незначною усадкою 1 технолопчшстю при нанесенш на поверхш складного профшю. Для зшивання епоксидних композицш використано твердник пол1етиленпол1амш ПЕПА (ТУ 605-241-202-78), що дозволяе затверджувати матер1али при шмнатних температурах. ПЕПА е низькомолекулярною речовиною, яка складаеться з таких взаемозв'язаних компонента: [-CH2-CH2-NH-]п. Зшивали КМ, вводячи твердник у композицш при стехюметричному сшвввдношенш компонента за вмюту (мас.ч.) - ЕД-20 : ПЕПА - 100 : 10.
Як м1кродисперсний наповнювач для експериментальних дослвджень використано синтезовану порошкову титано-алюмшеву шихту (ПТАШ). Формування наповнювача проводили високовольтним електророзрядним (ВЕР) синтезом. Для високовольтного електророзрядного синтезу наповнювача використовували дослщний стенд, описаний у роботах [7-9]. У вигляд1 вихщного матер1алу використовували сумш порошив наступного вихвдного складу: Al (15 %) + ТС (85 %). При дослщженш накопичена енерпя одиничного розряду становила 1 кДж, а штегральна питома енерпя оброки (^пит) становила 25 МДж/кг. У процес дослвджень виконували варшвання розподшом електричного поля та плазмових утворень у об'ем1 розрядно! камери шляхом використання 3-в1стршно! конструкци електродно! системи.
Таблиця 1
Результати ВЕР-синтезу наповнювача_
Вих1дний склад Склад тсля ВЕР-синтезу Електродна Ддаметр тсля обробки, ё, мкм
система ёмакс ёсер
Al (15 %) + П (85 %) П (75 %) + AlзTi (15 %), Ti3AlC2 (10 %) 3 ~1 122 9,5
Використання р1зних електродних систем дозволило керувати розподшом штенсивносп впливу основних фактор1в ВЕР [7]. Так, якщо у випадку використання 1-вютршно! системи бшьша частка накопичено! енергп трансформувалась у ударш хвил1, то використання 15-в1стршно! системи дозволяе щдвищити штенсившсть впливу терм1чних та струмових фактор1в. Результати дослвджень показали, що у результат! ВЕР-обробки вшбулось подр1бнення уах оброблених часток та змша !х фазового складу 1з синтезом високомодульних сполук Ti, AlзTi 1 TiзAlC2 (табл. 1).
Епоксидш композити формували за такою технолопею [1, 2, 10]: шдцр1вання смоли до температури Т = 353 ± 2 К 1 витримка при данш температур! впродовж часу т = 20 ± 0,1 хв; пдродинам1чне сумщення олтэмеру 1 часток наповнювача впродовж часу т = 10 ± 0,1 хв; ультразвукова
обробка (УЗО) композици впродовж часу т = 1,5 ± 0,1 хв; охолодження композици до шмнатно! температури впродовж часу т = 60 ± 5 хв; введення твердника i перемiшування композици впродовж часу т = 5 ± 0,1 хв. Затверджували КМ за режимом: формування зразкiв та !х витримування впродовж часу т = 12,0 ± 0,1 год за температури Т = 293 ± 2 К, на^вання зi швидк1стю и = 3 К/хв до температури Т = 393 ± 2 К, витримування впродовж часу т = 2,0 ± 0,05 год, повшьне охолодження до температури Т = 293 ± 2 К. З метою стабшзаци структурних процесiв у композитi зразки витримували впродовж часу т = 24 год на повг^ за температури Т = 293 ± 2 К з наступним проведениям експериментальних випробувань.
У робот дослiджували термiчний коефiцieнт лiнiйного розширення (ТКЛР) i теплостiйкiсть (Т) КМ. Теплостiйкiсть (за Мартенсом) КМ визначали згвдно з ГОСТ 21341-75. Термiчний коефiцieнт лшшного розширення (ТКЛР) матерiалiв розраховували за кривою залежносл вщносно! деформацп ввд температури. Вiдносну деформацш визначали за змшою довжини зразка при щдвищенш температури (ГОСТ 15173-70).
На першому етапi дослiджения аналiзували теплостiйкiсть (за Мартенсом) (Т) i температуру склування (Тс) епоксидних композитiв залежно ввд вмiсту в них синтезовано! порошково! титано-алюмшево! шихти (ПТАШ). Експериментально встановлено (рис. 1), що теплостшшсть вихвдно! (немодифжовано!), однак оброблено! ультразвуком, епоксидно! матрицi становить Т = 341 К. Показано (рис. 1, крива 1), що введення наповнювача навггь за незначного вмюту ^ = 0,05 мас.ч. на 100 мас.ч. епоксидного олiгомеру ЕД-20) забезпечуе суттеве пвдвищення показник1в теплостiйкостi розроблених матерiалiв. У цьому випадку формуеться композит з теплостiйкiстю - Т = 352 К, що на ДТ = 11 К перевищуе аналопчний показник для полiмерно! матрищ. Максимум на кривiй залежиостi «теплостшшсть - вмют мiкродисперсного наповнювача» спостер^али для композиту, який мiстить ПТАШ у шлькосп q = 0,50 мас.ч. За такого наповнення формуеться матерiал iз показником теплостiйкостi Т = 360 К. Надалi збшьшення вмiсту дисперсних часток призводить до монотонного зменшення дослiджуваних показник1в i за вмiсту ПТАШ у шлькосп q = 2,00 мас.ч. формуеться матерiал з теплостiйкiстю Т = 349 К. Отримаш результати можна пояснити впливом дисперсного наповнювача на формування мшроструктури гетерогенних композитiв. За результатами дослщження фiзико-мехаиiчних властивостей розроблених матерiалiв доведено, що даний наповнювач активно взаемодiе з макромолекулами епоксидного зв'язувача, а це, як наслвдок, полшшуе когезiйну мiцнiсть композитiв. В результата пвдвищуеться ступiнь гелеоутворення матерiалiв, що передбачае покращення теплофiзичних властивостей КМ. За вмюту часток у шлькосп q = 0,50 мас.ч. максимальна шльшсть полiмеру переходить у стан зовшшшх поверхневих шарiв навколо поверхнi добавки. Так1 шари вщзначаються пiдвищеними показниками мiцностi порiвияно з полiмером у об'емi. Це приводить до тдвищення теплостiйкостi епоксикомпозитiв. Надмiрна к1льк1сть наповнювача у зв'язувачi (у нашому випадку за вмiсту добавки у шлькосп q = 0,75.. .2,00 мас.ч.) спричиняе неповне змочування дисперсних часток, що попршуе когезiйнi властивосп КМ i призводить вiдповiдно до зменшення показнишв теплостiйкостi.
Отриманi результати дослщження аналiзували в комплексi з аналопчними результатами випробувань температури склування (Тс) розроблених композитiв. Експериментально встановлено (рис. 1), що температура склування вихщно!, але оброблено! ультразвуком, епоксидно! матрицi становить Тс = 327 К. Введення наповнювача у шлькосп q = 0,05 мас.ч. приводить до тдвищення температури склування ввд Тс = 327 К (для епоксидно! матрищ) до Тс = 343 К. Максимальш показники температури склування серед уах дослiджуваних матерiалiв спостерiгали для КМ iз вмютом часток у кiлькостi q = 0,50 мас.ч. У такому випадку формуеться композит, у якого Тс = 346 К. Аналопчно до попередшх дослщжень динамiки теплостiйкостi композита залежно вiд вмiсту мiкродисперсних часток наповнення КМ добавкою понад критичного рiвня призводить до погiршения теплофiзичних властивостей матерiалiв. Доведено (рис. 1, крива 2), що за вмюту часток q = 2,00 мас.ч. температура склування матерiалу становить Тс = 343 К. Отже, можна стверджувати, що залежностi теплостiйкостi i температури склування вiд вмiсту дослвджуваного наповнювача повнiстю корелюють. Виходячи з результата дослiджения встановлено оптимальний вмют мшродисперсного наповнювача у епоксидному композита Показано, що введення у епоксидний зв'язувач часток синтезовано! порошково! титано-алюмшево! шихти у шлькосп q = 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. епоксидного олтемеру ЕД-20 забезпечуе тдвищення теплостшкосл ввд Т = 341 К (для епоксидно! матрищ) до Т = 360 К, при цьому температура склування матерiалiв збтшуеться ввд Тс = 327 К до Тс = 346 К.
Т, К
361 358 355 352 349 346 343 340' Ь
Тс, К
т 345
350 -
340
335 Ч
330
325 0
0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 4, мас.ч.
Рис. 1. Залежшсть теплофiзичних властивостей епоксидних КМ вiд вмiсту мiкродисперсного наповнювача ПТАШ: 1 - теплостiйкiсть (Т); 2 - температура склування (Тс)
На наступному етапi дослiджували термiчний коефiцieнт лiнiйного розширення (ТКЛР) епоксидних композипв (рис. 2). Попередньо встановлено, що ТКЛР оброблено! ультразвуком епоксидно! матрицi у дiапазонi температур ЛТ = 303.323 К становить а = 6,3 х 10-5 К-1 (табл. 2). Введення дисперсних мжрочасток наповнювача ПТАШ забезпечуе зменшення ТКЛР КМ до (а = 2,6...3,3) х 10-5 К-1. При цьому найменше значення ТКЛР (а = 2,6 х 10-5 К-1) спостерiгaли для композиту, що мютить частки наповнювача у кiлькостi на 100 мас.ч. епоксидного олiгомеру ЕД-20.
У температурному дiaпaзонi дослiджень ЛТ = 303.373 К спостертали аналопчну картину. Уведення наповнювача приводить до зменшення ТКЛР КМ ввд а = 6,8 х 10-5 К-1 до а = (3,2.3,8) х 10-5 К-1, а нaйсуттeвiше зменшення показнишв дано! характеристики (а = 3,2 х 10-5 К-1) стосовно полiмерноl мaтрицi вiдзнaчено також для композиту iз добавкою у шлькосп д = 0,50 мас.ч.
Анaлiз результaтiв дослвджень у обласп температур ЛТ = 303.423 К показуе, що ТКЛР КМ порiвняно з епоксидною матрицею зменшуеться суттево (ввд а = 9,9 х 10-5 К-1 до а = (5,2.5,4) х 10-5 К-1). Водночас слад зазначити, що рiзниця мiж значениями ТКЛР зразк1в з рiзною к1льк1стю часток практично вiдсутня, позаяк рiзниця складае Ла = 0,2 х 10-5 К-1. Можна зробити висновок, що у обласп пвдвищених температур (понад температури склування КМ) вплив наповнювача не е суттевим, а визначальне значення мае поведiнкa полiмеру у об'емi та у зовшшшх поверхневих шарах навколо дисперсних часток.
Таблиця 2
Термiчний коефiцieнт лiнiйного розширення (ТКЛР) КМ
№ Вмют наповнювача ПТАШ, д, мас.ч. Термiчний коефщент лшшного розширення, а х10-5, К-1
Темперaтурнi дiaпaзони дослвдження, ЛТ, К
303.323 303.373 303.423 303.473
1 - 6,3 6,8 9,9 10,9
2 0,05 3,3 3,4 5,3 10,8
3 0,50 2,6 3,2 5,2 10,6
4 2,00 3,3 3,8 5,4 10,7
1
/
/ /
/ / /
/
/
в)
Рис. 2. Дилатометричш крив1 КМ iз рiзним вмктом мiкродисперсного наповнювача ПТАШ:
а) ц = 0,05 мас.ч.;
б) ц = 0,50 мас.ч.;
в) ц = 2,00 мас.ч.
На завершальному етапi проводили аиалiз поведiнки полiмерних композитiв пвд впливом теплового поля у област температур АТ = 303.473 К. Експериментально встановлено (табл. 2), що показники ТКЛР полiмерно! матрицi i розроблених композитiв практично не вiдрiзняються, а значення дослщжувано! характеристики знаходяться у межах Аа = (10,6.10,9) х 10-5 К-1. Це дозволяе стверджувати про значне збшьшення вiльного об'ему у таких матерiалах внаслiдок руйнуваиия фiзичних зв'язшв i пiдвищено! за рахунок цього рухливосп макроланцюгiв епоксидного полiмеру. На наш погляд, експлуатацiя розроблених матерiалiв за такого дiапазону температур не е доцшьною.
Висновки
1. Для формування композитних матерiалiв чи захисних покритпв з полiпшеними теплофiзичними властивостями у епоксидний зв'язувач доцiльно вводити як наповнювач синтезовану порошкову титано-алюмшеву шихту у кiлькостi q = 0,5 мас.ч. на q = 100 мас.ч. епоксидного олтемеру
ЕД-20. Формування такого матерiалу дозволяе пiдвищити теплостiйкiсть (за Мартенсом) порiвняно з обробленою ультразвуком епоксидною матрицею вiд Т = 341 К до Т = 360 К, а температуру склування вщ Тс = 327 К до Тс = 346 К. Вважали, що це зумовлено впливом дисперсного наповнювача на формування мшроструктури гетерогенних композита. Дисперсний наповнювач активно взаемодiе з макромолекулами епоксидного зв'язувача, а це, як наслщок, полiпшуе когезiйну мщшсть композитiв. У результатi пвдвищуеться стутнь гелеоутворення матерiалiв, що передбачае покращення теплофiзичниx властивостей розроблених матерiалiв.
2. Експериментально встановлено, що найменшими показниками термiчного коефiцiенту лiнiйного розширення серед усього спектру дослщжуваних дiапазонiв температур вщзначаються матерiали, як1 мiстять наповнювач у кшъкосп q = 0,5 мас.ч. Доведено, що формування такого композиту забезпечуе зменшення ТКЛР порiвняно з епоксидною матрицею у 1,9.2,4 рази. Зокрема, вщзначено зменшення ТКЛР:
- у дiапазонi температур AT = 303.323 К вiд a = 6,3 х 10-5 К-1 до a = 2,6 х 10-5 К-1;
- у дiапазонi температур AT = 303.373 К вщ a = 6,8 х 10-5 К-1 до a = 3,2 х 10-5 К-1;
- у дiапазонi температур AT = 303.423 К ввд a = 9,9 х 10-5 К-1 до a = 5,2 х 10-5 К-1.
Аналiз результатiв дослвдження полiмерниx композитiв пiд впливом теплового поля у обласп температур AT = 303.473 К дозволяе стверджувати, що показники ТКЛР полiмерноl матрицi i розроблених композитiв практично не ввд^зняються, а значення дослвджувано! характеристики знаходяться у межах Aa = (10,6.10,9) х 10- К-1. Це дозволяе констатувати про значне збшьшення вшьного об'ему у таких матерiалаx внаслвдок руйнування фiзичниx зв'языв i тдвищено! за рахунок цього рухливосп макроланцюгiв епоксидного полiмеру. На наш погляд, експлуатацiя розроблених матерiалiв за такого дiапазону температур не е дощльною.
Список використаноТ л^ератури
1. Букетов А.В. Прочность сцепления при отрыве и сдвиге эпоксидных нанокомпозитных покрытий, наполеннных ультрадисперсным алмазом / А.В.Букетов, Н.А.Долгов, А.А.Сапронов, В.Д.Нигалатий // Проблемы прочности.- 2018.- №3.- С.71-78.
2. Букетов А.В. Дослвдження адгезшних властивостей модифiкованиx 4-амiнобензойною кислотою полiмерниx композитних матерiалiв / А.В.Букетов, А.Г.Кулшч, В.М.Гусев, С.О.Сметанкiн, В.М. Яцюк // Науковi нотатки. - Луцьк: ЛНТУ.- Вип. 63. - 2018.- С. 34-39.
3. Чернин И.З. Эпоксидные полимеры и композиции / И.З. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. -М.: Химия, 1982. - 232 с.
4. Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы / Ю.А.Михайлин. - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. - 660 с.
5. Iurzhenko M. Welding and welded joints of the heat-resistant plastics / M.Iurzhenko, V.Demchenko, M.Korab, A.Galchun, V.Kondratenko, V.Anistratenko, Yu.Litvinenko, R.Kolisnyk // 2017 IEEE Applied Physics and Engineering, 2017, IEEE Catalog Number: CFP17YSF-ART. - P. 163-166.
6. Demchenko V. Relaxation behavior of polyethylene welded joints / V.Demchenko, M.Iurzhenko,
A.Shadrin, A.Galchun // Nanoscale Research Letters. - 2017.- N 12.- P. 280-285.
7. Sizonenko O. Variation in the particle size of Fe-Ti-B4C powders induced by high-voltage electrical discharge / O.Sizonenko, G.Baglyuk, A.Torpakov and other // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 2012. - Vol 51, Issue 3. - P. 129-136.
8. Syzonenko O. Method of preparation of blend for aluminium matrix composites by high voltage electric discharge / O.Syzonenko, E.Sheregii, S.Prokhorenko and other // Composites by high voltage electric discharge. Machines. Technologies. Materials. - 2017. - Vol. 11, Issue 4. - P. 171-173.
9. Сизоненко О.Н. Моделирование и анализ электроразрядных процессов в слое порошка Ti в керосине / О.Н.Сизоненко, В.А.Трегуб, Э.И.Тафтай // Вюник укра!нського матерiалознавчого товариства. Ки!в. - 2014. - Вип. 7. - С. 55-61.
10. Букетов А.В. Вплив модифшатора 4-амшобензойно1 кислоти на фiзико-меxанiчнi властивосп епоксидних композитних матерiалiв / А.В.Букетов, А.Г.Кулшч, В.М.Гусев, С.О.Сметаншн,
B.М.Яцюк // Вюник ХНТУ. - 2018. - № 2 (65). - С. 19-26.
References
1. A. V. Buketov, N. A. Dolgov, A. A. Sapronov, and V. D. Nigalatiy, "Prachnost' stsepleniya pri otryve i sdvige epoksidnykh nanokompozitnykh pokrytiy, napolnennykh ul'tradispersnym almazom [Adhesion at separation and shear of epoxy nanocomposite coatings filled with ultrafine diamond]," Probl. prochnosti, vol. 3, pp. 71-78, 2018.
2. А. V. Buketov, А. G. Kulinich, V. M. Gusev, S. А. Smetankin, and V. M. Yatsyuk, "Doslidzhennya adheziynykh vlastyvostey modyfikovanykh 4-aminobenzoynoyu kyslotoyu polimernykh kompozytnykh materialiv [Research of adhesion properties of modified 4-aminobenzoic acid polymer composite materials]," Nauk. notatky, vol. 63, pp. 34-39, 2018.
3. I. Z. Chernin, F. M. Smekhov, and Y. V. Zherdev, Epoksidnyye polimery i kompozitsii [Epoxy polymers and compositions]. Moskva: Khimiya, 1982.
4. Y. A. Mikhaylin, Spetsial'nyye polimernyye kompozitsionnyye materialy [Special polymer composites]. S-Pb.: Nauchnyye osnovy i tekhnologii, 2009.
5. M. Lurzhenko et al., "Welding and welded joints of the heat-resistant plastics," in 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF), 2017, pp. 163-166.
6. V. Demchenko, M. Iurzhenko, A. Shadrin, and A. Galchun, "Relaxation behavior of polyethylene welded joints," Nanoscale Res. Lett., vol. 12, no. 1, p. 280, Dec. 2017.
7. O. N. Sizonenko et al., "Variation in the particle size of FE-TI-B4C powders induced by high-voltage electrical discharge," Powder Metall. Met. Ceram., vol. 51, no. 3-4, pp. 129-136, Jul. 2012.
8. O. Syzonenko, E. Sheregii, S. Prokhorenko, and A. Torpakov, "Method of preparation of blend for aluminium matrix composites by high voltage electric discharge," Mach. Technol. Mater., vol. 11, no. 4, pp. 171-173, 2017.
9. O. N. Syzonenko, V. A. Trehub, and E. Y. Taftay, "Modelirovaniye i analiz elektrorazryadnykh protsessov v sloye poroshka Ti v kerosine [Modeling and analysis of electric discharge processes in a Ti powder layer in kerosene]," Visnyk ukrayins'koho Mater. tovarystva, vol. 7, pp. 55-61, 2014.
10. A. V. Buketov, A. G. Kulinich, V. M. Gusyev, and S. O. Smetankin, "Vplyv modyfikatora 4-aminobenzoynoyi kysloty na fizyko-mekhanichni vlastyvosti epoksydnykh kompozytnykh materialiv [Influence of 4-aminobenzoic acid modificator on physico-mechanical properties of epoxy composite materials]," Visnyk KHNTU, vol. 2(65), pp. 19-26, 2018.
