CC BY
46
9
О Л 0 X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. №3(119)
2. Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворе. М.: Наука, 1964. 275 с.
3. Никольский, Б.П. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство. Л.: Химия. 1987. С. 425-455.
УДК 661.6 + 668.1
Д.А. Лизунов, Ю.В. Олихова, B.C. Осипчик, С.А. Смотрова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Жуковский, Россия
СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННО-
ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЭПОКСИУГЛЕПЛАСТИКОВ
Influence of different carbon fiber-fillers, layered nanosilicates as well as technological factors on stress-stain properties of carbon fiber-reinforced epoxy plastics have been studied.
В работе изучено влияние различных типов углеродных лент, слоистых наносиликатов, а также технологических факторов на деформационно-прочностные свойства эпоксиуглепластиков.
В настоящее время к конструкционным материалам, применяемым в таких высокотехнологичных отраслях, как автомобиле- и судостроение, транспортное машиностроение и авиационная техника предъявляются особенно жесткие требования [1].
В качестве связующих для высокомодульных и высокопрочных армированных пластиков широко применяются эпоксидные и эпоксифенольные олигомеры, обладающие низкой вязкостью, высокими прочностными характеристиками, низкой усадкой, высокой адгезией к армирующим наполнителям [2].
В данной работе в качестве полимерной матрицы использовали эпоксифенольное связующее (ЭФС), содержащее комплекс функциональных добавок. Плотность ЭФС составляет 1,15 г/см3. Армирующими наполнителями в работе служили два типа углеродных лент, различающиеся толщиной и значениями нормируемых показателей.
Эпоксиуглепластики на основе ЭФС изготавливали методом горячего прессования препрегов путем ступенчатого нагрева образцов. Для получения армированных пластиков толщиной 1 мм использовали 10 слоев ленты первого типа (Т1) или 8 слоев ленты второго типа (Т2), которые укладывали параллельно под углом 0°. Выбор такой схемы укладки препрегов объясняется необходимостью исключения влияния относительного расположения волокон на физико-механические характеристики углепластиков. Предварительную сушку препрегов осуществляли в термошкафу при температуре 50°С (до отлипа).
О Я & I VI в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 3(119)
В качестве основных критериев оценки эффективности способов регулирования деформационно-прочностных свойств эпоксиуглепластиков были выбраны прочность при изгибе и модуль упругости. Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Табл. 1. Влияние типа углеродной ленты на свойства эпоксиуглепластиков
Связующее Тип ленты оизг, МПа Модуль упругости, ГПа
ЭФС Т1 920 106,2
ЭФС Т2 1264 71,3
Установлено, что прочность при изгибе выше в случае использования ленты Т2, а модуль упругости больше у углепластиков, армированных лентой Т1.
Широко применяемым в настоящее время способом модификации, позволяющим улучшить комплекс физико-механических свойств углепластиков, является введение наноразмерных добавок [3]. В данной работе использовали слоистые наносиликаты (СНС), которые вводили при помощи механического перемешивания на высокоскоростной мешалке.
Для получения углепластиков с заданными высокими характеристиками недостаточно просто модифицировать их нанонаполнителями. Необходимо отработать технологию совмещения компонентов связующего.
В связи с этим в работе было опробовано два способа совмещения наномодификатора со связующим:
• непосредственное введение СНС в сухом виде;
• в виде супер концентрата.
Суперконцентрат представляет собой пасту из СНС и жидкого гетероциклического соединения, являющегося одним из основных компонентов ЭФС. Содержание СНС в пасте — 20 масс.%. В ходе получения суперконцентрата наблюдали значительное (до семи раз) увеличение объема СНС. Вероятно, это связано с интеркаляцией гетероциклического мономера между слоями наносиликатов, приводящей к увеличению межслойного расстояния [4]. В результате образование густосшитой полимерной матрицы происходит в межслойном пространстве СНС.
В таблице 2 представлены свойства эпоксиуглепластиков, модифицированных СНС, введенными различными способами.
Как видно из таблицы 2, введение СНС через суперконцентрат приводит к получению углепластиков с более высокими деформационно-прочностными свойствами. При этом наиболее эффективным армирующим наполнителем является углеродная лента Т2.
Вместе с тем, в ходе пропитки обоих типов лент были выявлены зоны, обедненные связующим. По-видимому, это связано с достаточно высокой вязкостью ЭФС, препятствующей его равномерному распределению по поверхности ленты, а также интенсивной диффузии в межволоконное пространство. Это не позволило получить
С й 6 X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 3(119)
эпоксиуглепластики с заданными высокими характеристиками.
Табл. 2. Свойства наномодифицированных эпоксиуглепластиков
Способ введения Содержание СНС в Тип С^изг, Модуль
снс ЭФС, % ленты МПа упругости, ГПа
в сухом виде 0,3 Т1 1222 127,6
в сухом виде 0,3 Т2 1547 103,8
суперконцентрат 0,3 Т1 1396 131,2
суперконцентрат 0,3 Т2 1854 125,1
В связи с этим, следующим этапом работы было улучшение пропитки армирующего наполнителя наномодифицированным связующим. Работу продолжили с лентой Т2, позволившей получить углепластики с наилучшими свойствами.
Было предложено увеличить количество растворителя, используемого при приготовлении ЭФС. В таблице 3 приведены результаты испытаний эпоксиуглепластиков с различным содержанием растворителя.
Табл. 3. Влияние содержания растворителя (Р) на свойства эпоксиуглепластиков
Связующее ЭФС : Р, масс.ч. Плотность связующего, г/см3 Тип ленты С^изг, МПа Модуль упругости, ГПа
100:0 1Д5 Т2 1763 120,7
75 25 1,04 Т2 1901 132,5
50 50 0,96 Т2 1955 142,3
50 53 0,91 Т2 1803 120,3
50 55 0,86 Т2 1801 110,3
Анализ результатов, представленных в таблице 3 показал, что наилучшими свойствами обладает связующее ЭФС и растворитель в соотношении 1:1. Дальнейшее повышение содержания растворителя улучшает пропитывающую способность связующего, но приводит к снижению механических свойств углепластиков.
Для регулирования свойств углепластиков было опробовано введение гидроксилсодержащего кремнийорганического соединения (КОС). Наибольший эффект был достигнут при введении в связующее 5 масс. % КОС: прочность при изгибе составила 2176 МПа, а модуль упругости — 128,4 ГПа (что, однако, несколько ниже, чем в отсутствии КОС). Очевидно, это связано с повышением степени отверждения связующего вследствие образования сополимеров за счет реакции гидроксильной группы КОС с эпоксидной группой ЭД-20 в присутствии аминов.
Таким образом, на основании проведенных исследований было показано, что регулирование деформационно-прочностных свойств эпоксиуглепластиков может осуществляться несколькими способами:
X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 3 (119)
• введением слоистых наносиликатов через суперконцентрат;
• снижением плотности связующего, позволяющим улучшить качество пропитки углеродных лент;
• модификацией эпоксифенольного связующего гидроксилсодержащим кремнийорганическим соединением.
Библиографическе ссылки
1. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы, 2010. 822с.
2. Becker О., Simon G.P., Dusek К. Ероху layered silicate nanocomposites,// Advanced Polymer Science, 2005. №179. P. 329-347.
3. Meyyarappallil S. Sreekala, Eger Ch. Property Improvements of an Epoxy Resin by Nanosilica Particle Reinforcement. Polymer Composites: from Nano- to Macroscale, 2005. Part I. P. 91-105.
4. Okamoto M., Polymer/Clay Nanocomposites. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 2004. V.8. P. 791-843.
УДК 675.92
Э.Н. Митюкова, H.M. Чалая, А.Н. Максимовский, B.C. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ОАО МИГТП - НПО «Пластик», Москва, Россия
СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ГОРЮЧЕСТИ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ В СОСТАВЕ МНОГОСЛОЙНОГО ПЛЕНОЧНОГО МАТЕРИАЛА
The paper discusses ways to reduce the flammability of polyethylene film, which is part of a multilayer film material. The possibility of using organoclay as a flame retardant were observe. Physical and mechanical characteristics of filled films were obtained. It was shown that the introduction organoclay or zinc borate improves fire resistance of polyethylene film.
В работе рассмотрены способы снижения горючести полиэтиленовой пленки, входящей в состав многослойного пленочного материала. Изучена возможность использования органобентонита в качестве антипирена. Получены физико-механические характеристики наполненных пленок. Показано, что введение органобентонита или бората цинка позволяет повысить огнестойкость полиэтиленовой пленки.
Многослойные пленочные материалы находят широкое применение во многих отраслях промышленности, в том числе для специальных целей. В настоящее время в МИПП-НПО "Пластик" разработан многослойный плёночный материал, обладающий радиоэкранирующими свойствами, в состав которого входит наряду с металлизированной полиэтилентерефталатной пленкой, полиэтиленовая пленка. Структура материала представлена на рис. 1.
