CC BY
20
ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ
ЭПОКСИДНОГО ОЛИГОМЕРА
Мусаева А.Ю. ®
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация
В статье изучены свойства композиций на основе эпоксидного олигомера и древесной золи (ДЗ). В результате проведённых исследований доказано, что с добавлением ДЗ ударная вязкость композиций увеличивается в два раза, плотность увеличивается до 40%, твердость композита постепенно увеличивается с увеличением количества ДЗ. Получено равномерное распределение частиц ДЗ в матрице.
Ключевые слова: древесная золь, наполнитель, композит, матрица Keywords: wood ash, filler, composite, matrix
Введение. За последние несколько лет экологическая озабоченность и глобальное потепление вызывает значительный интерес в использовании натуральных материалов для производства экологически чистых продуктов и для сокращения антропогенных выбросов углекислого газа всеми возможными способами. В связи с этим использование натуральной целлюлозы является очень актуальным. Композиционный материал представляет собой гетерогенную систему, состоящую из двух или более компонентов. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. В то же время каждый компонент также имеет свою индивидуальность. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, можно получать широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Композиционный материал обладает уникальным сочетанием свойств компонентов, таких как жесткость, твердость, вес, долговечность. Прочность таких материалов зависит от целого ряда физико-химических и технологических факторов, часто тесно связанных друг с другом. Ключевую роль в обеспечении прочности волокнистых композитов играет адгезионная прочность соединения «наполнитель-матрица». От нее в значительной степени зависит прочностных характеристик полимерного композиционного материала и поэтому поверхность раздела «наполнитель-связующее» совершенно оправданно следует рассматривать как третий компонент полимерного композита [1-3]. В результате адгезии в тех местах полимерной композиции, где находится наполнитель, образуются своего рода узлы, скрепляющие цепи друг с другом и увеличивающие участие валентных сил в процессе разрыва образца. В общем случае возрастание прочности наблюдается только тогда, когда работа адгезии превышает работу когезии. Важную роль играет ограничение подвижности цепей макромолекул и возникновение упорядоченных структур с повышенной когезией под влиянием поверхности твердого наполнителя. Небольшая толщина прослойки полимера между частицами наполнителя затрудняет возникновение крупнокристаллических структур, ослабляющих материал и уменьшает вероятность появления дефектов структуры. Во время смешения каждая частица наполнителя покрывается пленкой полимера, в который макромолекулы ориентированы таким образом, что их полярные группы обращены к полярным группам наполнителя [4,5].
Материалы и методы исследования. Древесная зола была приготовлена из примерно 800 г древесной щепы (твердая древесина). Древесные щепы были пиролизованы путем нагревания до 400 ° С в закрытом контейнере. При прекращении удаления летучей жидкости крышка контейнера была удалена, и оставшийся уголь был способен гореть при
® Мусаева А.Ю., 2017 г.
350 ° С в течение 5-8 часов. Длительное горение при этой низкой температуре обеспечивало полное сжигание древесных щепок и предотвращало сжигание некоторых важных элементов в древесной золе. Образцы сначала тонко измельчали, а затем просеивали. Это схематически можно показать так: древесина^-загоревшая древесина^- уголье ДЗ.
Материалами, для используемыми композиции, являются эпоксидный олигомер в качестве связующего, растительное масло в качестве пластификатора, зола в качестве наполнителя, полиэтиленполиамин в качестве отвердителя, ацетон в качестве растворителя.
Химический состав ДЗ приведен в таблице 1. Виды наполнителя ДЗ показан на рисунке 1.
Таблица 1
Химический состав ДЗ
Компоненты Содержание (масс. %)
СаО 78.50
К2О 8.9
Б1О2 7.20
8Оз 1.10
ИО2 0.31
МпО 0.09
Бе2Оз 1.27
2пО 0.06
У2Оз 1.20
ВаО 1.00
СеО2 0.04
Еи2О3 0.05
Яе2От 0.30
а в
Рис. 1. Внешний вид ДЗ: размер частиц а-30 мкм, в-60 мкм
В исследование были использованы частицы размером 30 мкм и 60 мкм. Плотность и размер частиц наполнителя оказывает значительное влияние на прочность полимерных композитов. Увеличение размера частиц наполнителя приводит к уменьшению их поверхностной энергии и, соответственно, энергии когезии, что снижает прочность композита. С увеличением плотности наполнителя сопротивление увеличивается и уменьшается с уменьшением. Чрезмерная высокая дисперсия наполнителя тоже нежелательна, поскольку его агрессивная тенденция в сухих условиях возрастает. Небольшие щели между частицами препятствуют проникновению полимерного координатора в агрегаты. В результате процесс консолидации полимера приводит к накоплению частиц наполнителя в полимерной матрице, что приводит к ухудшению механических свойств полимерных композитов.
Приготовление композиций. Жидкой эпоксидной смолы тщательно растворяли в ацетоне. Растворенную эпоксидную смолу затем гомогенно смешивали с
полиэтиленполиамином, который служил отверждающим агентом. Также ДЗ обрабатывали, после этого различные количества готовой древесной золы (0,0-40 масс. %) равномерно смешивали с полученной смесью. Затем смесь выливали на форму и способствовало естественное отверждение в течение 24 часов, а затем переносилось в вакуумную электрическую духовку в течение час при температуре 60°С для достижения равномерного отверждения образцов. Следуя этой процедуре, все образцы полимерной композиции были подготовлены и дополнительно обработаны для различных экспериментальных анализов. Состав композиции приведен в таблице 2.
Изучены свойств полученных композиций. Образцы II и III, заполненные наполнителями с размером частиц 30 мкм, обладают высокими упругими свойствами при комнатной температуре. Это можно увидеть на рисунке 2.
Таблица 2
Состав композиций, на основе наполненный эпоксидной смолы, в масс. %,
^^^^^Образцы Компоненты"^^^^^^ I II III IV V
ЭД-20 90 70 62 57 55
ДЗ 0 20 30 35 40
Пластификатор 3 3 3 3 3
Отвердитель 7 7 5 5 2
а в
Рис. 2. Виды образцов
а-образец открый состояние; в -образец полусложное состояние
Изменение характеристик растяжения, сжатие, ударопрочности и твердости полимерных матричных композитов представлено в таблице 3.
Таблица 3
Основные свойства композиций
Образцы Прочность при Ударная Удара Эластичность
сжатии, вязкость, Н прочность по У- по ШГ-1,
МПа 1, кг/см Мм
I 57.7 0.99 30 5
II 84.9 0.92 50 1
III 0.78 50 1
IV 0.55 40 1
V 104.2^Н 0.54 40 5
Также исследованы дифференциальные термические характеристики композиций. Кривые ТГ, ДТА и ТА изображено на рисунке 3.
Из кривых видно что изменение массы образца начало 355,20С- 4,21%, 428,0 0С изменение массы было -44.1 %, в температуре 797,60 С остаточная масса является -48,49% .
Рис. 3. Кривые ДТА композиций на основе эпоксидной смолы
Заключение. С добавлением композиций на основе эпоксидной смолы ДЗ увеличивается эластичность, прочность при сжатии, прочность при ударе. Это увеличение связано с наличием сильной межзвездной энергии между ДЗ и эпоксидной смолой. По мере увеличения количества наполнителя плотность увеличивается, а ударная вязкость и эластичность уменьшаются.
Литература
1. Баженов С.Л. /Механика и технология композиционных материалов // Из. ИНТЕЛЛЕКТ, -2014, -325 с.
2. Михайлин Ю.А./Специальные полимерные композиционные материалы// -2009 г ,- 660 с.
3. Кербер В.К., Бурлов М.Л., Крыжановский. В.В. /Производство изделий из полимерных материалов //- 2008 г,- 464 с.
4. Михайлин Ю.А. /Конструкционные полимерные композиционные материалы// -2008 г.,- 822 с.
5. Баженов С. Л., Берлин А. А., Кульков А. А/ Полимерные композиционные материалы./ Прочность и технология //,- Издательство: ИД Интеллект, -2010 г.- 352с
