CC BY
20Таким образом, на основании приведённых результатов можно утверждать, что борат кальция, а также металлсодержащие тубулены эффективны как структурообразователи при пенококсообразо-вании. Можно также предполагать, что введение металлсодержащих тубуленов оказывает влияние на изменение структуры стимулятора и газообра-зователя, наряду с влиянием на структуру отвер-ждающего полимера, что способствует образованию пенокосов определённого строения и состава поверхности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шуклин С.Г. и др. Физико-химические процессы в модифиц. двухслойных огнетеплозащитных наполненных эпоксиполимерах при воздействии на них огневых источников // Физика горения и взры-
Кафедра химии и химической технологии
ва. 1995. №2. С. 73-80.
2. Lipanov A.M. et al. Modeling foam coke formation. Fire science and technology. - Proceeding of the second Asia-Oceania symposium. Khabarovsk. 1995. P. 397409.
3. .Лиманов A.M. и др. Математическое моделирование процессов и расчет некоторых параметров веществ при образовании пенококсов. - Современные проблемы внутренней баллистики РДТТ. 1996. С. 292-302.
4. Кодолов В.И. и др. Способ подготовки поверхности изделий из органо- и стеклопластиков перед нанесением огнезащитных покрытий. Патент №5007963/05 от 25.10.91
5. Sinniah S.K. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 1996. V.118.
6. Maganov S.N., Whangbo M-H. Surface Analysis with STM and AFM. Weinheim, New York. Basel. Cambridge. Tokyo: VCH. 1996. P. 50.
УДК 678.5/6:677.4:538.12
А.Н. ЛЁВКИН, В.Н. СТУДЕНЦОВ, Р.В. ЛЁВИН
ПРИМЕНЕНИЕ СЛОЕВОГО НАНЕСЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИИ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
(Саратовский государственный технический университет, Технологический институт)
Исследованы материалы на основе сополимера эпоксидной и резольной анилино-фе-нолформальдегидной смол, полученные способом СНК и традиционным смесевым способом.
Показано, что при реализации предлагаемой технологии целесообразна магнитная обработка препрега после нанесения слоя, содержащего отвердитель.
Способ слоевого нанесения компонентов (СНК) базируется на принципе пространственного разделения смолы и отвердителя. Применение этого способа позволяет значительно увеличить допустимые сроки хранения препрегов на основе эпоксидных связующих, армированных химическими нитями, а также дает возможность регулировать прочностные характеристики получаемых полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Сущность СНК состоит в послойном нанесении смолы и отверждающей системы на каждый элемент наполнителя (рис. 1).
Смола отверждается за счет диффузии молекул отвердителя из наружного слоя в условиях формования изделия и термообработки. Использование защитного полимера в отверждающей системе позволяет снизить расход дорогостоящего
отвердителя, увеличить допустимые сроки хранения полученного материала.
1 2 3 4 5
Рис.1. Принципиальная схема метода слоевого нанесения компонентов. 1 - паковка с исходной нитью; 2 - ванна для нанесения смолы; 3 - трубчатая печь; 4 - ванна для нанесения отверждающей системы; 5 - приемное устройство.
Применение способа СНК для получения ПКМ усиливает диффузионные затруднения при отверждении, позволяя при этом регулировать допустимый срок хранения препрега за счет снижения подвижности молекул отвердителя и за счет
уменьшения доступности его функциональных групп.
Принцип СНК используется в различных отраслях материаловедения для получения полимерных и неполимерных материалов. Усиление пространственных затруднений при использовании способа СНК иллюстрируется на примере получения ПКМ на основе анилино-фенолоформаль-дегидной смолы СФ-342А, наполненной технической нитью нитрон (табл. 1).
Усиление пространственных затруднений приводит к некоторому снижению разрушающего напряжения при статическом изгибе ои (ГОСТ 4648-81) и ударной вязкости ауд (ГОСТ 4647-80)
по сравнению с материалом, полученным традиционным смесевым способом.
Однако отрицательные последствия усиления гетерогенности системы могут быть частично компенсированы применением кратковременной магнитной обработки (МО) свежепропитанных связующем нитей (табл. 2) в силу пластифицирующего влияния МО.
В данной работе впервые проведено изучение способа СНК для послойного нанесения смол СФ-342А и ЭД-20 (резольной анилино-фе-нолоформальдегидной и эпоксидиановой) с применением в качестве наполнителя технических нитей нитрон и капрон (табл. 3).
Таблица 1.
Физико-механические характеристики образцов полимерного композиционного материала, полученных на основе полиакрилонитрильной технической нити (нитрон) различными
способами.
Способ получения препрега Концентрация связующего, Ссв, % Степень превращения, Х, % МПа ауд, 2 кДж/м2 Твердость по Бри-неллю, Нб, МПа Р> кг/м3 Водопогло-щение, Ш, %
Смесевой СФ-342А в ацетоне (50%масс) 48 97 173 119 115 1200 3,5
СНК СФ-342А в ацетоне (40%масс) 48 97 117 61 115 1200 3,7
Таблица 2.
Влияние МО на свойства материала, полученного способом СНК (первый слой - ЭД-20, второй слой - СФ-342А, наполнитель - капрон).
Способ получения препрега МПа ауд, кДж/м2 Концентрация связующего первого слоя, Сь % Концентрация связующего второго слоя, С2, % Общая концентрация связующего, Ссв, % Степень превращения Х, %
СНК 70 95 75 3 78 68
СНК+МО (800 Э) 60 85 54 7 61 54
Таблица 3.
Влияние последовательности нанесения компонентов на физико-механические характеристики ПКМ.
Способ получения препрега и наполнитель Разрушающее напряжение при изгибе (аи) МПа Ударная вязкость (ауд), кДж/м2 Твердость по Бринеллю, Нб, МПа Концентрация связующего первого слоя С1, % Концентрация связующего второго слоя С2, % Общая концентрация связующего Ссв, % Х, %
СНК (I ванна - СФ-342А, II ванна - ЭД-20+ +ТЭА), капрон 85 127 59 61 9 70 97 1,9
СНК (I ванна - ЭД-20+ +ПЭПА, II ванна -СФ-342А), нитрон 49 57 120 53 8 61 95 2,1
СНК (I ванна - СФ-342А, II ванна - ЭД-20+ +ТЭА), нитрон 59 30 136 50 10 60 95 2,0
СНК (I ванна - СФ-342А, II ванна - ЭД-20 + +ТЭА), нитрон + МО (800 Э) 73 77 140 57 6 63 97 1,8
СНК (I ванна - СФ-342А, II ванна - ЭД-20 + +ТЭА), нитрон + МО (3000 Э) 70 34 140 59 10 69 98 1,6
Главной целью этого исследования является выяснение влияния последовательности нанесения различных смол.
Общая закономерность способа СНК состоит в том, что смола первого слоя лучше проникает в нить, чем смола второго слоя, наносимого на первый (табл. 2).
Этим объясняется значительное различие содержания связующего в первом и во втором слоях: в первом слое связующего содержится примерно на порядок больше, чем во втором.
Применение МО в технологии армированных ПКМ является экономичным и эффективным приемом упрочнения ПКМ и регулирования их свойств.
Применение МО свежепропитанных связующим нитей неоднозначно влияет на изученные системы. Такой вид обработки оказал пластифицирующее влияние на ПКМ с капроном (табл. 2), что проявилось в снижении степени превращения и ухудшении прочностных характеристик.
Обработка свежепропитанного связующим нитрона в постоянном магнитном поле (ПМП) напряженностью 800 Э привело к значительному упрочнению материала (ои увеличилась на 24 %, ауд увеличилось на 156 %), однако дальнейшее увеличение напряженности до 3000Э оказалось менее эффективным (табл. 3).
Таким образом, применение МО требует подбора оптимальной напряженности внешнего ПМП.
В принципе, упрочнение в результате МО связано со структурными и адгезионными изменениями в системе связующее-наполнитель под влиянием ПМП [1].
Важную роль играет выбор места расположения МО при использовании СНК (табл. 4).
Таблица 4.
Влияние места расположения МО на относительные изменения физико-механических характеристик ПКМ по сравнению с характеристиками материала, полученного без применения МО [2].
Место расположения МО Д аи, доли Д ауд, доли Д Ш, доли
После первой пропиточной ванны +(0,34-1,27) -(0,27-0,34) -(0,58-0,60)
После второй пропиточной ванны +(0,08-1,04) +(0,04-0,19) -(0,06-0,89)
сы межузловых цепей Мс в сетчатых продуктах отверждения используемых олигомерных смол и от их адгезии к наполнителям.
Известно, что величина Мс в полиэпокси-дах несколько выше (700 - 1000), чем в отвер-жденной анилино-фенолоформальдегидной смоле (300 - 700) [3], поэтому при пропитывании сравнительно толстых нитей технического нитрона использование в качестве первого слоя смолы СФ-342А приводит к увеличению ои на 20 % при снижении ауд на 47 %. При использовании в качестве наполнителя технической нити капрона значительно более высокие прочностные характеристики наблюдались, когда в качестве первого слоя использовали смолу СФ-342А, в силу того, что эта смола обладает высокой адгезией к капрону.
В рассмотренных материалах содержание связующего находится в пределах 48 - 78 % масс. Максимальные степени превращения олигомерно-го связующего в сетчатый продукт - 97 % наблюдались при послойном нанесении смолы СФ-342А. Послойное нанесение обеих изученных смол способствуют разрыхлению структуры материала, что может сопровождаться снижению степени превращения в условиях переработки до 54 - 68 %.
На границе контакта слоев различных смол (рис. 2) образуются взаимопроникающие сетки, что также способствует разрыхлению структуры материала.
Таким образом, подбором оптимального состава слоёв и проведением обработки препрега в магнитном поле можно в достаточно широких пределах регулировать свойства композитов армированных химическими волокнами.
волокно
смола первого слоя смола второго слоя
защитный полимер
ШзЬ'
Свойства получаемых препрегов и материалов на их основе зависят также от средней мас-
Рис. 2. Проникновение смолы различных слоев в наполнитель.
ЛИТЕРАТУРА
1. Студенцов В.Н., Мизинцов А. А. Химические волокна. 1998. № 4. С.31-36.
2. Студенцов В.Н. и др. Пластические массы. 2002. № 8. С.33-35.
3. Некоторые характеристики промежуточного слоя в системе химическое волокно - синтетическая смола // Композиционные полимерные материалы. 1982. Вып.13. С.23-34.
Кафедра химической технологии
