CC BY
4УДК 66.017
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-173-175
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ
Васильев С.В., Федоров Ю.Ю.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН,
г. Якутск E-mail: [email protected]
Аннотация. Исследовано влияние стирол-бутадиен-стирольного термоэластопласта на ударную вязкость эпоксидной матрицы ЭД-20 в диапазоне температур от -60 до + 20 °С. Показано, что модифицированная термоэластопластом эпоксидная матрица обладает повышенной ударной вязкостью и сохраняет преимущество над немодифицированной во всем диапазоне температур испытаний.
Ключевые слова: эпоксидная смола, термоэластопласт, пластификатор, стирол-бутадиен-стирол, ударная вязкость, температура.
Для повышения и регулирования ударопрочности и трещиностойкости композитов на основе эпоксидных смол возможно посредством модификаций, направленные на изменение структуры полимеров на различных уровнях и соответственно свойств. В литературе методы модификации [1-5] делят на три основные группы: химические, физико-химические и физические.
Чтобы повысить ударопрочность и трещиностойкость ПКМ на основе эпоксидных смол без катастрофического снижения жесткости и статической прочности, необходимо создавать полимеры сетчатой структуры с чередованием жестких и гибких участков с тем, чтобы в процессе отверждения упаковки цепей полимерной сетки гибкие ее участки составляли самостоятельную фазу, диспергированную в жесткой фазе и химически связанную с ней. Это достигается введением в связующие небольшие количества эластичного полимера, способного участвовать в формировании структуры сетчатого полимера. В данной работе рассмотрены исследования влияния модификатора термоэластопласта линейный бутадиен-стирольный (СБС Л 30-01 А) на ударопрочность реактопласта в диапазоне климатических температур (от 20 до -60°С).
Разработка составов проводилась на основе эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20. В качестве отвердителя применялся отвердитель аминного типа - триэтилентетрамин (ТЭТА). Для сравнения был исследован пластификатор ДЭГ-1 эпоксидная алифатическая смола.
Модификатор СБС Л 30-01 А в виде гранул добавлялись в нагретую до 190-195°С эпоксидную смолу в пропорциях 0,3, 0,5 и 0,7% мас. ч. при постоянном перемешивании на высокоскоростной мешалке (~750 об/мин) до полного растворения в течение 3-х часов. Затем в композицию охлаждали при комнатной температуре в течении 24 часов. После при комнатной температуре добавлялся отвердитель (в соотношении 15 мас. ч.). Композиции с отвердителем заливались в специальные формы и отверждались при комнатной температуре в течение 24 часов, затем при температуре 120°С в течение 3 часов. Контрольные испытания на ударную вязкость образцов проводились в диапазоне климатических температур: от минус 60 до плюс 20°С. Максимальное значение ударной вязкости образцов эпоксидного композита достигло при содержании 0,5% мас. ч. модификатора и увеличение составило 64%. Для дальнейших исследований содержание модификатора 0,5% считается оптимальным.
Фрактографические исследования показали, что на микроуровне не произошло фазового разделения структуры, модифицированный композит выглядит однородным. Ручьистая структура фронта трещины характерна для хрупкого разрушения материалов, что наблюдается у не модифицированной эпоксидной матрицы. На поверхности разрушения модифицированной
эпоксидной матрицы термоэластопластом СБС Л 30-01 А наблюдаются множественные ветвления развивающихся трещин. Это свидетельствует о том, что развитию трещины вследствие действия локализованных сдвиговых напряжений препятствует модифицированная структура эпоксидного композита. И в результате энергия, передаваемая на образец при ударном нагру-жении, диссипирует на структурных элементах модифицированного композита, следовательно, увеличивая работу разрушения.
Исследования ИК-спектра композита с модификатором показали, что на 1737 см-1, появляется новый пик. Можно предположить, что эти полосы отражают валентные колебания вновь образовавшихся химических связей типа С=О. Появление пика при 2920 см-1 возможен колебаниями гидроксильно-водородных групп С-Н. Увеличение интенсивности полос в диапазоне 3100-3500 см-1 обусловлено колебаниями гидроксильных групп, образующихся при раскрытии эпоксидного цикла. Появление новых пиков и увеличение интенсивности выше указанных полос поглощения доказывают наличие химического взаимодействия между компонентами, которые повлияли на повышение ударной вязкости у модифицированного композита [6-9].
Из результатов ударных испытаний при различных температурах следует, что с понижением температуры у всех исследованных образцов наблюдается существенное уменьшение ударной вязкости рис. 1.
Рисунок 1 - Ударная вязкость образцов эпоксидного композита на основе ЭД-20, содержащего 0,5 мас. ч СБС Л 30-01 А и 30% пластификатора ДЭГ-1 при температурах -60, -40, -20 и +20°С
Из результатов ударных испытаний при различных температурах следует, что с понижением температуры у всех исследованных образцов наблюдается существенное уменьшение ударной вязкости рис. 1. Уменьшение ударной вязкости исследованных материалов при снижении температуры испытаний обусловлено процессом кристаллизации эпоксидной матрицы. Исследование показали, что эффект пластификации ДЭГ-1, в частности увеличение ударной вязкости при температуре +20оС, постепенно сводится к минимуму при отрицательных температурах испытаний. Преимущество величины ударной вязкости модифицированного композита относительно немодифицированного сохраняется во всем диапазоне температур испытаний. Возможно, это связано с тем, что при введении СБС уменьшается склонность эпоксидного материала к кристаллизации, а также с тем, что СБС сохраняет подвижность макромолекул при низких температурах и тем самым продолжает диссипировать энергию, передаваемую образцу при ударном воздействии препятствуя процессу распространения трещин.
Список литературы
1. Осипов П.В., Осипчик ВС, Cмотровa C.A., Cавельев Д.Н. Регулирование свойств наполненных эпоксидных олигомеров // Пластические массы. 2011. № 4. C. 3-5.
2. Плакунова Е.В., Татаринцева E.A., Мостовой A.C., Панова Л.Г. Cтруктурa и свойства эпоксидных термореактопластов // Перспективные материалы. 2013. № 3. C. 57-б2.
3. Федосеев M.C., Державинская Л.Ф., Цветков Р.В. Термомеханические и адгезионные свойства полимерных материалов, полученных отверждением модифицированной эпоксидной смолы // Перспективные материалы. 2014. № 4. C. 30-3б.
4. Ширшова E.C., Татаринцева E.A., Плакунова Е.В., Панова Л.Г. Изучение влияния модификаторов на свойства эпоксидных композиций // Пластические массы. 2GG6. № 12. C. 34-3б.
5. Rahul Kumara, Kausik Kumarb, Prasanta Sahooc, Sumit Bhowmika. Study of mechanical properties of wood dust reinforced epoxy composite // Procedia Materials Science. 2G14. Vol. 6. Р. 551-55б.
6. Дятлов ВА., Филатов C.H. Применение ИК-спектроскопии с Фурье-преобразованием для исследования полимеров. M.: РХТУ, 2011. 60 с.
7. González, M.G. Applications of FTIR on Epoxy Resins - Identification, Monitoring the Curing Process, Phase Separation and Water Uptake / M.G. González, J.C. Cabanelas, J. Baselga // Infrared Spectroscopy - Materials Science, Engineering and Technology / Ed. by Theopha-nides, T. - London: IntechOpen, 2G12. P. 2б1-284. DOI: Ю.5772/3б323
S. Вострокнутова, E. В., Голик, В. M., Caпрыгин, A. В., Ябуров, M. A.Oпределение массовой доли эпоксидных групп в эпоксидных смолах марок ЭД-20 и ЭД-16 методом спектрометрии в ближнем ИК-диапазоне // Aнaлитикa и контроль. 2011. Т. 15, № 4. C. 4б3-4б9. 9. Комар ЛА., Cвистков A^, Кондюрин A3. Mолекулярно-мaссовое распределение промежуточных продуктов реакции отверждения эпоксидного композита // Вестник ЮжноУральского государственного университета. Cерия: Химия. 2014. Т. 6, № 3. C.17-28.
УДК 534-8
DOI 1G.24412/cl-37255-2G24-1-175-179
ФИЗИКА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ МАССООБМЕНА «ГАЗ-ЖИДКОСТЬ» ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ И ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: ТЕОРИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТ, ПРИЛОЖЕНИЯ
Голых Р.Н.1, Хмелёв В.Н.1, Карра Ж.-Б.2, Маняхин И.А.1, Минаков В.Д.1, Барсуков А.Р.1 1 Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Бийск 2 Институт гидродинамики им. M.A. Лаврентьева CO PAH, г. Новосибирск E-mail: [email protected]
Аннотация. Исследование посвящено выявлению механизмов ультразвуковой интенсификации массо-обмена в системе «газ-жидкость» под действием кавитации. Выявлены физические механизмы ультразвуковой интенсификации массообмена, включающие в себя: ускорение диффузии газа сквозь ка-витирующую жидкость; формирование капиллярных волн на поверхности барботажных пузырьков в зоне развитой кавитации; неустойчивость пенообразной структуры жидкой фазы в зоне вырожденной кавитации, которая способствует многократному измельчению газовых пузырьков, образуемых в ходе принудительной аэрации. Выполнены экспериментальные исследования, подтвердившие основные положения теоретической модели в части влияния ультразвука на межфазную поверхность. Ключевые слова: ультразвук, кавитация, массообмен, модель, барботаж, капиллярная волна, диффузия.
Maссообменные процессы газа, растворённого в жидкости, являются медленными диффузионными процессами по сравнению с массообменом газа, растворённого в газе, или жидкости, растворённой в другой жидкости [1]. Это связано с малым коэффициентом диффузии газа в жидкости [1, 2], который в 5000.. .10000 раз меньше, чем коэффициент диффузии газа в газе [3].
