CC BY
68
УДК 544.421.42.536.755
K.M. Мараховский*, B.C. Осипчик, Г.А. Водовозов, С.Н. Папина Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: [email protected]
МОДИФИКАЦИЯ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО С ПОВЫШЕННЫМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Исследовано влияние поликарбоната на смесь эпоксидиановой и новолачной смол при создании композиционных материалов на основе углеродной ткани.
Ключевые слова: эпоксидные смолы, поликарбонат, модификатор, композит.
В настоящее время не теряют своей актуальности работы по модификации и созданию новых связующих для композиционных материалов (КМ) на основе высокопрочных тканей, таких так углеродная, кевлар и др. Основные преимущества таких материалов заключаются в их уникальных характеристиках: малый вес , хорошая химическая стойкость, высокая прочность и ударные характеристики. Благодаря этим свойствам их применяют прежде всего в авиакосмических отраслях, где очень важно снижение веса без потери механических характеристик.
К сожалению, в настоящее время не существует промышленной технологии прочного и надежного соединения волокон между собой, поэтому высокопрочные угольные волокна могут быть соединены в единую конструкцию лишь с помощью полимерного связующего. Это приводит к тому, что от свойств связующего в основном зависит эффективность реализации высокопрочных свойств волокон.
Однако, современные связующие, созданные на основе различных конструкционных полимеров, из-за своих низких деформационно-прочностных и эксплуатационных свойств не позволяют получать на основе углеродных и других конструкционных волокнах композиционные материалы(КМ) с
высокими ударными и прочностными характеристиками. Как показывает практика, начальные разрушения в композиционном материале происходят в матрице, а не в волокнах, поэтому существует проблема совместимости волокна и связующего, а также контроля за качеством пропитки конструкционных волокон.
В данной работе было исследовано влияние модификатора на деформационно-прочностные характеристики смеси эпоксиноволачной смолы Б.£.N.-438 (75%) и эпоксидиановой смолы ЭД-16 (25%). В качестве модификатора был выбран поликарбонат марки Ьехап, хорошо растворяющийся в данной смеси эпоксидных смол. Были исследованы механические характеристики композиционных материалов при различных концентрациях модификатора.
Как хорошо видно из графиков, добавление 1520 мас.% поликарбоната увеличивает ударную вязкость КМ почти в 2 раза, кроме того прочность при разрыве увеличилась в 1,5 раза, а относительное удлинение возросло более чем в 2 раза, произошло увеличение прочности при сжатии в 1,5 раза. Поликарбонат в данном случает выступает в роли пластификатора и вступает в химическую реакцию с эпоксидной смолой по гидроксильной группе, изменяя строение её сетки.
Рис. 1. Зависимость ударной вязкости композиционного материала от концентрации ПК
Прочность на разрыв
20 18 16
та
I 14 .0
и
о
112
о
а
с 10
0%
5%
10% 15%
Содержание ПК, %
20%
25%
Рис.2. Зависимость прочности при разрыве композиционного материала от концентрации ПК
Рис.3. Зависимость относительного удлинения
Введение термопластичных модификаторов позволяет повысить прочностные характеристики отвержденных композиций без уменьшения температуры стеклования и модуля упругости. При разработке многокомпонентных эпоксидных связующих встает вопрос о совместимости компонентов. Обычно термопласт растворяется в эпоксидном олигомере, но уже в процессе отверждения происходит разделение фаз, которое инициируется ростом молекулярной массы эпоксидного олигомера[1]. Полимеры даже в концентрированных растворах и тем более в расплавах несовместимы и стремятся разделиться на две фазы [2, 3]. В зависимости от условий отверждения фазовое разделение может протекать через образование и рост зародышей второй фазы или формируется микрогетерогенная структура с областями, обогащенными одним из компонентов [4]. Температурный режим отверждения определяет тип фазового разделения, а значит и размер дисперсных частиц. Тип фазового разделения
композиционного материала от концентрации ПК
оказывает существенное влияние на ударную прочность получающихся композиций.
Для достижения максимального
модифицирующего эффекта необходимо добиться сильного адгезионного взаимодействия между матрицей и модификатором. Очевидно, что наиболее прочным межфазное взаимодействие будет при образовании химических связей между фазами, т.е. модификатор должен иметь в своем составе функциональные группы, способные реагировать с одним из компонентов отверждающейся системы
[5].
В ходе дальнейшей работы планируется более детальное изучение структуры образовавшихся фаз. исследование адгезионных свойств, определение модуля упругости, тангенса угла механических потерь, оптимизация режима отверждения, исследование структуры получающихся
отвержденных композиций, а также исследование свойств получаемых углепластиков на данном связующем.
8
6
Прочность на сжатие
Рис.4. Зависимость прочности при сжатии композиционного материала от концентрации ПК
Мараховский Константин Маркович, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Осипчик Владимир Семенович, д.т.н., заслуженный химик РФ, профессор кафедры технологии переработки пластмасс, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Водовозов Георгий Александрович, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Папина Светлана Николаевна, магистрант 1 курса кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Эпоксидные полимеры и композиции, Химия, 1982 г.
2. Допперт Г. Л., Овердин В. С. В кн.: Многокомпонентные полимерные системы. Пер. с англ.Под ред. А. Я. Малкина и В. Н. Кулезнева. М., Химия, 1974, с. 61—71.
3. Кулезнев В. Н. Смеси полимеров. М., Химия, 1980. 304 с.
4. Технология полимерных материалов / под. ред. В.К. Крыжановского. СПб: Профессия, 2008.
5. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / под ред. Берлина А.А. СПб: Профессия, 2009. с.
Marakhovskii Konstantin Markovich*, Osipchik Vladimir Semenovich, Vodovozov George Aleksandrovich, Papina Svetlana Nikolaevna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
MODIFICATION OF EPOXY RESINS WITH ENCHANCED CHARACTERISTICS FOR PRODUCING COMPOSITE MATERIALS
Abstract
Research of influence of a mixture of polycarbonate epoxy and novolac resins for composite materials based on carbon fabric.
Key words: epoxy resin, polycarbonate, modifier, composite.
