CC BY
8МОДИФИКАЦИЯ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ АКТИВНЫМ РАЗБАВИТЕЛЕМ Э181
А. Г. Туисов, А.М. Белоусов
Исследованы технологические свойства эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя Э181. Изготовлен и исследован стеклопластиковый стержень диаметром 5,4 мм на основе двухкомпонентного эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя Э181. Получены результаты по физико-механическим испытаниям и химической стойкости стеклопластикового стержня в среде ШОИ.
ВВЕДЕНИЕ
Полимерные композиционные материалы на основе эпоксидных смол, армированные стеклонитью, являются отличными конструкционными материалами с эффективным техническим применением, что обусловлено их высокими физико-механическими характеристиками вдоль оси армирования (превышающими прочность большинства конструкционных сталей), малой удельной массой (по сравнению со сталями и высокопрочными материалами) и низкой ценой изделия (по сравнению с традиционными материалами). Но, несмотря на все их очевидные достоинства, современной науке и технике требуются стеклопластики, обладающие более высокими прочностными и технологическими свойствами.
Для достижения данной цели используют химические или физико-химические методы модификации эпоксидных связующих. Данные методы хорошо справляются с реализацией поставленной задачи и дают желаемый результат.
Стоит отметить, что общим недостатком диановых смол при применении их в качестве основы для связующих стекловолокнистых материалов является их высокая вязкость, которая сильно сказывается на технологичности эпоксидных связующих.
Снижение вязкости эпоксидных связующих, как правило, достигается введением в состав композиции пластификатора или растворителя.
Результатом в обоих случаях является заметное снижение физико-механических характеристик и усадка полимера. Это связано с тем, что пластификатор приводит к разрыхлению структуры полимера, а применение растворителя приводит к образованию большого количества пор [1, 2].
Целью данной работы является исследование влияния активного разбавителя Э181, способного химически связываться с отвердающей системой, на технологичность,
физико-механические характеристики и химическую стойкость стеклопластиков на основе эпоксидного связующего.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В эксперименте были использованы: Эпоксидная смола - ЭД-22 (ФКП "Завод имени Я.М. Свердлова"); отвердитель ЭТАЛ-450 (ЗАО "ЭНПЦ ЭПИТАЛ"); активный разбавитель Э181 (ЗАО "ХИМЭКС Лимитед"), стекло-ровинг РБН 17-1200-202 (ОАО "Сен-Гобен Ветротекс Стекловолокно"), полиамидная нить 28,5 текса (Щекинское ОАО "Химволок-но").
Активный разбавитель эпоксидных смол Э181 представляет собой продукт полимеризации эпихлоргидрина.
Активный разбавитель Э181 эффективно снижает вязкость эпоксидной системы, не снижая скорость отверждения. Введение его в эпоксидную композицию практически не ухудшает теплостойкость, водостойкость и диэлектрические свойства отвержденного материала, повышает предел прочности материала при сжатии [3].
Применение активного разбавителя Э181 позволяет решать две основные задачи:
- снижение вязкости эпоксидных систем для облегчения их дальнейшей переработки;
- модификацию свойств готового композиционного материла.
Активный разбавитель Э181 рекомендуется в качестве добавок в эпоксидные составы различного назначения: для покрытий, клеев, герметиков, стеклопластиковых изделий, заливочных масс, в антикоррозионные составы.
В исходное двухкомпонентное эпоксидное связующее, состоящее из эпоксидной смолы ЭД-22 и отвердителя Этал-450, добавляли активный разбавитель Э181 в количестве 8 масс.% (замена 10% эпоксидной смолы активным разбавителем Э181), а затем в состав исходного двухкомпонентного
А.Г. ТУИСОВ, А.М. БЕЛОУСОВ
связующего добавляли 12% активного разбавителя Э181 ( замена 15% эпоксидной смолы активным разбавителем Э181).
В таблице 1 представлены составы эпоксидных связующих с добавлением 8 масс.%, 12 масс.% и без добавления активного разбавителя Э181.
Модифицированные эпоксидные связующие были исследованы на время желати-низации при температуре 120+20С ( плитка с диаметром отверстия 20 мм и глубиной 5 мм), время жизни связующего при температуре 600С и начальную условную вязкость при 58+20С (по вискозиметру ВЗ-1, с диаметром сопла 5,4 мм).
Результаты исследования времени ге-леобразования, времени жизни связующего и начальной условной вязкости представлены в таблице 2.
Из данных таблицы 2 видно, что связующие с добавлением активного разбавителя Э181 обладают высокими технологичными свойствами вследствие более низкой вязкости и меньшего времени желатинизации, по сравнению с немодифицированным эпоксидным связующим. Связующее, обладающее более низкой вязкостью, способствует увели-
Содержание эпоксидного связующего в отвержденных стеклопластиках составило 18±0,5% от массы стеклопластика.
Для оценки физико-механических показателей у полученных стеклопластиковых стрежней был определен предел прочности при поперечном изгибе (ГОСТ 25.604-82).
Для оценки влияния агрессивных сред стеклопластиковые стрежни был подвергнуты
чению степени пропитки стеклоровинга и, как следствие, повышает монолитность и физико-механические характеристики изделий из стеклопластика.
Снижение времени желатинизации эпоксидного связующего позволяет повысить скорость пропитки стеклонитей при заданных температурных режимах производства стек-лопластиковых изделий.
Также стоит отметить, что добавление активного разбавителя Э181 не сказывается на времени жизни эпоксидного связующего
Модифицированные эпоксидные связующие были последовательно залиты в пропиточную ванну, через которую протягивали ровинг РБН 17-1200-202, с последующим изготовлением стеклопластикового стержня диметром 5,4 мм с кольцевым слоем из полиамидной нити. Формование и отверждение протяжкой осуществлялось со скоростью 20С до 1600С, температура выдержки до полного отверждения составляла 160±20С. С целью качественной оценки результатов были также изготовлены стеклопластиковые стержни диаметром 5,4 мм на основе двух-компонентного эпоксидного связующего без добавления активного разбавителя Э181.
Таблица 1
Таблица 2
химическому старению в среде NaOH при температуре 800С в течение 7 суток.
Степень изменения прочности стекло-пластиковых стержней оценивали сравнением прочности образцов, подвергнутых воздействию среды №ОН, с прочностью образцов, не подвергнутых такому воздействию. В качестве критерия для оценки использовали коэффициент химического старения, представляющий собой величину отношения
Компоненты и состав эпоксидных связующих
Компоненты связующего Связующее 1, масс.% Связующее 2, масс.% Связующее 3, масс.%
Смола ЭД-22 80 72 68
Этал - 450 20 25 27
Э181 0 8 12
Технологические па раметры эпоксидных связующих
Наименование параметра Связующее 1 Связующее 2 Связующее 3
Начальная условная вязкость по вискозиметру ВЗ-1 при температуре 58+20С, сек 90 70 60
Время желатинизации при температуре 120+20С,сек 1120 960 905
Время жизни при температуре 60+20С, час 4 4 4
МОДИФИКАЦИЯ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ АКТИВНЫМ
РАЗБАВИТЕЛЕМ Э181
прочности стеклопластикового стержня диаметром 5,4 мм после воздействия агрессивной среды к прочности в исходном состоянии. Прочность композита во всех случаях определяли нагружением образцов методом поперечного изгиба и определения предела прочности при поперечном изгибе (ГОСТ 25.604-82).
В таблице 3 представлены результаты исследования влияния добавки активного разбавителя Э181 на изменение предела прочности стеклопластикового стержня при поперечном изгибе до и после выдержки в среде ЫаОИ в течение 7 суток при температуре 800С.
Таблица 3
Значение предела прочности при поперечном изгибе и коэффициента химического старения в среде
Наименование параметра Стеклопластик на основе связующего 1 Стеклопластик на основе связующее 2 Стеклопластик на основе связующее 3
Предел прочности при поперечном изгибе, МПа 2309 2195 2127
Коэффициент химического старения стеклопластикового стержня, выдержанного в среде ЫаОИ при температуре 800С в течении 7 суток 0,61 0,66 0,65
Данные таблицы 3 констатируют, что присутствие активного разбавителя Э181 в количестве 10% и 15% по отношению к смоляной части связующего приводит к снижению предела прочности при поперечном изгибе и повышению коэффициента химического старения в среде ЫаОИ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Установлено, что добавление активного разбавителя Э181 в эпоксидное связующее в количестве 8 масс.% и 12 масс.% не оказывает влияния на время жизни связующего при температуре 600С.
2. Эпоксидные связующие, модифицированные активным разбавителем Э181, обладают высокими технологическими свойствами, вследствие более низкой вязкости и меньшего времени желатинизации.
3. Выявлено снижение предела прочности при поперечном изгибе стеклопласти-кового стрежня, изготовленного на основе эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя Э181.
4. Стеклопластиковый стрежень диаметром 5,4 мм, изготовленный на основе эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя Э181, имеет более высокие значения коэффициента химического старения в среде ЫаОИ по сравнению со стеклопластиковым стрежнем, изготовленным на основе эпоксидного связующего без добавления активного разбавителя Э181.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бобелев В. А. Состояние и перспективы развития эпоксидных материалов. Специальные смолы // Композитный мир. -2006. -Вып. 3. -С. 1417.
2. Царев В.Ф., Осипова М.В. Модифицирование связующего эластомерной добавкой при получении изделий из полимерных композиционных материалов методом пультрузии // Конструкции из композиционных материалов. -1996. -№1. -С. 23-25.
3. Бобылев В.А. Специальные эпоксидные смолы для клеев и герметиков // Клеи. Герметики. Технологии. -2005. -№5. -С. 8-11.
