CC BY
14
УДК 678
УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ПУТЕМ СТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ НАНОИМПУЛЬСАМИ В ПРОЦЕССЕ
ОТВЕРЖДЕНИЯ Сомин Вадим Игоревич, магистрант (e-mail: [email protected]) Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,
г. Комсомольск-на-Амуре, Россия Еренков Олег Юрьевич, д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,
г. Комсомольск-на-Амуре, Россия
В данной статье представлены результаты экспериментального исследования зависимости эксплуатационных свойств эпоксидного олиго-мера от параметров электрофизической обработки.
Ключевые слова: эпоксидный олигомер, наносекундные электромагнитные импульсы, стеклопластик, предел прочности, влагопоглощение
Полимерные композиционные материалы на основе эпоксидных олиго-меров благодаря своей легкости, химической стойкости к агрессивным средам, а также более низкой себестоимости производства находят широкое применение в самых различных областях. В настоящее время наибольший интерес представляет их использование там, где традиционно применялись лишь металлические материалы, в частности - в нефтегазовой сфере в качестве элементов технологических трубопроводов, химической аппаратуры и т. п.
Сегодня одними из самых распространенных полимерных композиционных материалов являются композиционно-волокнистые материалы, в частности, стеклопластики. Они легкие, дешевые в производстве, обладают более высокой удельной прочностью на разрыв, чем сталь, имеют низкую теплопроводность, химически стойки к атмосферным условиям и воздействиям агрессивных сред. Однако, стеклопластики имеют ряд недостатков, ограничивающих их широкое использование в качестве ответственных элементов инженерных сооружений. Одним из таких недостатков является невысокий предел эксплуатационных температур, при котором начинается структурная деградация материала. Как показывает практика, теплостойкость современных стеклопластиков колеблется в пределах 170 -240 °C и зависит от типа применяемого связующего [1] и отвердителя [2].
Другим существенным недостатком стеклопластиков является их структурная неоднородность: малейшее изменение в технологии изготовления влечет за собой значительное рассеяние механических, электрических и других показателей (достигающее 15—20% относительно средних значений даже при стандартных кратковременных испытаниях). При длительных испытаниях рассеяние увеличивается. Поэтому при определении ра-
ISSN 2411-9792
237
ботоспособности стеклопластиков в тех или иных условиях нельзя пользоваться средними значениями соответствующих характеристик.
Таблица 1 - Влияние отвердителя на теплостойкость стеклопластиков, по_лученных на основе эпоксидной смолы_
Отвердитель Предел прочности на изгиб, кгс/см2
Нагревание при 150 °С Нагревание при 260 °С
Кратковременное Длительное (300 ч.) Кратковременное Длительное (200 ч.)
ж-Фенилендиамин 40,0 33,0 7,7 -
Диэтиламинопропиламин 9,2 - 7,0 -
Диэтилентриамин 6,3 - 6,3 -
Фенольная смола 38,0 - 32,4 5,6
Хлорэндиковый ангидрид 52,8 - 7,3 -
Таблица 2 - Изменение физико-механических показателей отвержденного _эпоксидного связующего при различных режимах отверждения_
Предел прочности, МПа Масса образца, г Доля поглощенной воды, % масс.
№ Режим отверждения Сухого После выдержки в воде (24 ч)
1 Без воздействия режим 1 (стандартный) 197 2,2378 2,2455 0,34
2 Без воздействия режим 2 (температура ниже на 15 %, время увеличено на 10 %) 199 2,0978 2,1049 0,34
3 Воздействие ЭМП (25 минут) 203 1,6488 1,6530 0,25
4 Воздействие НЭМИ (25 минут) 276 1,6508 1,6543 0,21
5 Комбинированное воздействие (10 минут) 251 2,1282 2,1323 0,19
6 Комбинированное воздействие (25 минут) 207 2,1121 2,1159 0,18
Одним из перспективных способов повышения физико-механических свойств является структурирование связующего путем предварительной обработки изделия на этапе формования наносекундными электромагнитными импульсами, способствующими формированию дополнительных межатомных химических связей [3]. Применение электромагнитного перемешивания (длительность импульсов которого превышает длительность наноимпульсов) способствует сшиванию макромолекул связующего. При этом эффективность электромагнитной обработки может быть повышена в 1,5-2 раза при обработке связующего виброколебаниями [4].
Проведенные авторами исследования показывают, что применение вышеописанного способа отверждения повышает однородность структуры
связующего, снижает степень его влагопоглощения (рисунок 1) и повышает прочность (таблица 2).
Рисунок 1 - Доля поглощенной воды после выдержки испытуемых образцов в дистиллированной воде в течение 24 ч
Список литературы
1. Погодин-Алексеев, Г.И. Справочник по машиностроительным материалам: в 4 т. Т. 4. Неметаллические материалы. / Г.И. Погодин-Алексеев. Под ред. А.Н. Левина. - М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1960. -724 с.
2. Андреевская, Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики. / Г.Д. Андреевская. - М.: Наука, 1966. - 372 с.
3. Еренков О.Ю. Технология получения и обработка резанием полимерных композиционных материалов/ Комсомольск - на - Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2014.-143 с
4. Способ формования изделий из эпоксидной смолы. Патент на изобретение № 2422273 от 27.06.11. Авторы: О.Ю. Еренков, А.П. Богачев, В. Л. Никишечкин, В.П. Игумнов, П.В. Игумнов.
Somin Vadim Igorevich, student (e-mail: alhimik-zzz@mail. ru)
Komsomolsk-on-Amur state university, Komsomolsk-on-Amur, Russia Erenkov Oleg Youryevich, Komsomolsk-on-Amur state university, Komsomolsk-on-Amur, Russia
PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES IMPROVEMENT OF HARDENABLE EPOXY RESIN BY NANO-SECOND ELECTROMAGNETIC
IMPACTS STRUCTURING Abstract. There is a closed connection between epoxy resin exploitation features and elec-trophysical treatment mode. This article shows the experimental results of this research.
Keywords: epoxy resin, nano-second electromagnetic impacts, fiberglass, tensile strenth, moisture regain
