Научная статья на тему 'ВПЛИВ НАДВИСОКОЧАСТОТНОї ЕЛЕКТРОМАГНіТНОї ОБРОБКИ НА ВЛАСТИВОСТі ЕПОКСИКОМПОЗИТіВ'

ВПЛИВ НАДВИСОКОЧАСТОТНОї ЕЛЕКТРОМАГНіТНОї ОБРОБКИ НА ВЛАСТИВОСТі ЕПОКСИКОМПОЗИТіВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
95
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЛИГОМЕР / ПОЛИЭТИЛЕНПОЛИАМИН / КОМПОЗИТ / ПРОЧНОСТЬ АДГЕЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ / ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ / ДИСПЕРСНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ / OLIGOMER / POLYETHYLENEPOLYAMINE / COMPOSITE / ADHESIVE STRENGTH / RESIDUAL STRESSES / DISPERSED FILLER

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Стухляк П. Д., Голотенко О. С., Скороход О. З.

Исследованы факторы влияния на условия формирования адгезионного контакта и методы повышения прочности адгезионных соединений полимеров к металлической основе. Подтверждена эффективность использования сверхвысокочастотной (СВЧ) электромагнитной обработки для модификации композитных материалов на основе эпоксидного связующего наполненного частицами различной природы. Установлено оптимальное время СВЧ электромагнитной обработки эпоксидных композиций для достижения максимального прочностного эффекта

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Стухляк П. Д., Голотенко О. С., Скороход О. З.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of microwave electromagnetic treatment on properties of epoxy composites

Epoxy oligomers, containing reactive epoxy and hydroxyl groups, are widely used as binders to form composite materials (CM) with high performance. Improving the physical and mechanical properties, including adhesive strength and residual stresses of CM for protective coatings on their basis is achieved by introducing dispersed mineral fillers of different physical nature to the epoxy binder at the optimal content and external physical field treatment. Research on using electro-physical treatment methods of materials and products have shown the efficiency of using the power of the microwave (MW) electromagnetic (EM) oscillations.The purpose of the paper is to determine the influence of the nature and content of the coarsely dispersed fillers in epoxy material on the adhesive strength and residual stresses in combination with their microwave electromagnetic treatment.A study of the adhesive strength of plasticized epoxy binder after the MW electromagnetic field treatment before introducing a hardener was performed. It was first found that the best time of MW electromagnetic field treatment of plasticized epoxy matrix is30 seconds, which leads to the maximized adhesive strength by 35 % due to improved cross-linking, caused by forming free radicals that interact intensively with hydroxyl centers on the metal base surface. It was proved that introducing coarsely dispersed fillers in the polymer matrix, followed by MW electromagnetic treatment allows to improve physical and mechanical properties of epoxy composites. It was revealed that composite materials, filled with SiC and B4C exposed to MW electromagnetic field within 60 seconds have the maximum adhesion characteristics. Introducing such fillers allows to further increase the adhesive strength by 25 % and 12 %, respectively, compared with the unfilled epoxy matrix.

Текст научной работы на тему «ВПЛИВ НАДВИСОКОЧАСТОТНОї ЕЛЕКТРОМАГНіТНОї ОБРОБКИ НА ВЛАСТИВОСТі ЕПОКСИКОМПОЗИТіВ»



Дослиджено фактори впливу на умови форму-вання адгезшного контакту i методи тдвищення мiцностi адгезшних з'еднань полiмерiв до мета-левог основи. Шдтверджено ефективтсть вико-ристання надвисокочастотного (НВЧ) елек-тромагттного оброблення для модифжаци композитних матерiалiв на основi епоксидного зв'язувала наповненого частками рiзног природи. Встановлено оптимальний час надвисокочастот-ного електромагттного оброблення епоксидних композицш для досягнення максимального мщтс-ного ефекту

Ключовi слова: олиомер, полiетиленполiамiн, композит, мщтсть адгезшних з'еднань, залишковi

напруження, дисперсний наповнювач

□-□

Исследованы факторы влияния на условия формирования адгезионного контакта и методы повышения прочности адгезионных соединений полимеров к металлической основе. Подтверждена эффективность использования сверхвысокочастотной (СВЧ) электромагнитной обработки для модификации композитных материалов на основе эпоксидного связующего наполненного частицами различной природы. Установлено оптимальное время СВЧ электромагнитной обработки эпоксидных композиций для достижения максимального прочностного эффекта

Ключевые слова: олигомер, полиэтиленполиа-мин, композит, прочность адгезионных соединений, остаточные напряжения, дисперсный наполнитель

УДК 667.64:678.026

|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.369781

ВПЛИВ НАДВИСОКО-ЧАСТОТНОТ ЕЛЕКТРОМАГН1ТНОТ ОБРОБКИ НА ВЛАСТИВОСТ1 ЕПОКСИКОМПОЗИТ1В

П. Д. Стухляк

Доктор техычних наук, професор* E-mail: kafedra.kt@gmail.com О. С. Голотенко

Асистент* E-mail: golotenko@gmail.com О. З. Скороход

Кандидат техшчних наук Гомельський шженерний шститут МНС Республки Бторусь вул. Машиностроителей, 25, м. Мшськ, Республ^а Бторусь, 2201 18 E-mail: mail@kii.gov.by *Кафедра комп'ютерноннтегрованих технолопй Терноптьський нацюнальний техшчний уыверситет iM. I. Пулюя вул. Руська, 56, м. Тернопть, УкраТна, 46001

1. Вступ

Обсяг свиового виробництва i споживання у«х видiв полiмерних матерiалiв неухильно зростае. Серед безлiчi полiмерних конструкцшних матерiалiв важливе мiсце займають епоксидт олiгомери завдяки цiнному комплексу притаманних 1м властивостей i унiверсальностi застосування як ливарних i прес ма-терiалiв, склопластикiв, конструкцiйних композитiв, кле1в, лакофарбових покриттiв, а також як покритпв

з епоксикомпозитних матерiалiв для деталей машин, приладiв i механiзмiв рiзного функцiонального при-значення [1].

Епоксидш ол^омери, якi мiстять реакцшноздатт епоксиднi i гiдроксильнi групи, широко використову-ють у виглядi зв'язувачiв для формування композитних матерiалiв (КМ) з пiдвищеними експлуатацшни-ми характеристиками. Полшшення фiзико-механiчних властивостей, зокрема адгезшшл мiцностi та залиш-кових напружень КМ для захисних покритпв на 1х основi досягають введенням у епоксидний зв'язувач мшеральних дисперсних наповнювачiв рiзноi фiзичноi природи за оптимального вмшту та обробцi зовшшш-ми фiзичними полями [2, 3].

На сьогодшшнш день е необхщшсть у пошуку та використаннi альтернативних технологш модифiкацii полiмерiв, що пов'язано, в деяких випадках, з багато-стадшшстю традицiйних процесiв, високими енерго-i трудовими затратами, екологiчною напружешстю виробництва. Iнтенсивнi дослiдження по застосу-ванню електрофiзичних методiв обробки матерiалiв та виробiв показали ефективнiсть використання для ^ei мети енергii надвисокочастотних (НВЧ) електро-магнiтних (ЕМ) коливань [4].

2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми

Ввдомо, що полiмернi матерiали у бiльшостi ви-падкiв застосовують в наповненому виглядi [5-7]. В основi фiзичних методiв регулювання структури i властивостей полiмерних композитiв е вплив вмiсту та природи наповнювача на структуроутворення i стутнь зшивання епоксидноi матрицi [8]. Використання як наповнювачiв зносостiйких грубодисперс-них карбiдiв та оксидiв металiв, якi проявляють себе як штучш структуроутворюючi елементи дозволяе керувати адгезшними характеристиками захисних по-

©

критв. Ввдомо, що поверхня i природа наповнювача суттево впливае на структуру та мехатчт властивостi епоксидних композиив, тому вивчення та аналiз фь зико-хiмiчних процесiв на межi подшу е актуальною задачею сучасного матерiалознавства.

Доведено, що адсорбцiйнi властивостi наповнювача залежать вщ топологii, питомо' площi поверхнi та хiмiчноi активност мiнеральних часток, хiмiчноi будови зв'язувача та його реолопчних властивостей [9]. Залежно вщ адсорбцiйних властивостей часток на 'х поверхнi формуються адсорбцшш шари. На бiльшiй вiдстанi вщ поверхнi дисперсно! фази, за рахунок фь зико-хiмiчноi взаемоди, формуються поверхневi шари. Зазначимо, що фiзична взаемодiя не призводить до формування у поверхневих шарах нових структур. При цьому хiмiчна взаемодiя може вiдбуватись як мiж активними центрами на поверхш часток i макромолекулами, так i безпосередньо мiж активними боковими групами чи сегментами ланцюгiв самого зв'язувача. Така взаемодiя, що вщбуваеться в основному за рахунок утворення йонних або йонно-ковалентних зв'язюв, сприяе утворенню у поверхневих шарах надмолеку-лярних структур (глобул), що у свою чергу забезпечуе тдвищення мщност композипв [10].

Вплив зовнiшнiх силових полiв при формуваннi полiмерних композиив, зокрема НВЧ електромагшт-ного поля, дае змогу отримати матерiал iз покращени-ми властивостями [11, 12]. Мжрохвильове, або надви-сокочастотне випромшювання - це електромагнiтнi хвилi, довжиною вiд одного мiлiметра до одного метра, що використовують в радюлокацп, радiонавiгацii, системах супутникового телебачення, моб^ьному зв'яз-ку, побутових приладах та ш. Електромагнiтна хвиля складаеться з двох складових, котрi нерозривно пов'я-занi одна з одною - електрично' та магнiтноi. Результатом дп цих складових е створення електромагштного поля.

Мiкрохвильовi технологii, на вщмшу вiд тради-цiйних методiв модифiкацii, володiють рядом переваг, серед яких скорочення тривалост технологiчних про-цесiв, спрощення виробничо' установки, б^ьш низьке енергоспоживання, покращення екологiчного стану i чистоти на виробництвi, можливкть отримання нових виробiв бiльш високо' якостi, об'емне i безiнерцiйне на^вання, можливiсть формування i пiдтримка не-обхiдного розповсюдження теплового поля в об'емi матерiалу та iн. [13-15].

Направлене введення дисперсних наповнювачiв з подальшою надвисокочастотною електромагнiтною обробкою дозволяе регулювати фiзико-механiчнi вла-стивостi модифжованих матерiалiв у широких межах.

3. Мета та задачi дослщження

Метою роботи е встановлення впливу природи та вмкту у епоксидному матерiалi грубодисперсних на-повнювачiв з мiцнiстю адгезiйних з'еднань та залиш-ковими напруженнями у комплекс з 'х надвисокочастотною електромагштною обробкою.

Для досягнення поставлено' мети виршували на-ступнi завдання:

- визначити оптимальний час надвисокочастотно' електромагштно' обробки композицп для формуван-

ня матерiалу з пiдвищеними адгезшними характеристиками;

- встановити вплив НВЧ електромагштно' обробки на адгезшно-мщшсш властивостi епоксидно' матриц^

- дослiдити вплив грубодисперсних наповнювачiв на мiцнiсть адгезiйних з'еднань та залишковi напру-ження покриттiв.

4. Матерiали i методика дослщжень впливу НВЧ електромагштного поля та наповнювачiв на властивост епоксикомпозитiв

Як зв'язувач при формуванш КМ використову-вали епоксидний дiановий олirомер марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) з густиною р=1,16 г/см3. Для ма-терiалiв на основi ЭД-20 характернi високi питомi по-казники мiцностi, незначна усадка, висока адгезшна та когезiйна мщшсть, технологiчнiсть при нанесеннi на довговимiрнi поверхнi складного профiлю, розвинута сировинна база.

Як пластифжатор використано полiдiетилакрилат ПДЕА-4, що характеризуеться реакцшною здатнiстю до епоксидного ол^омера завдяки значнiй кiлькостi пдроксильних груп. Пластифiкатор вводили у зв'язувач при вмкт 16 мас. ч. на 100 мас.ч. епоксидного оль гомера ЭД-20 (тут i далi за текстом мас.ч. наводяться на 100 мас.ч. епоксидного ол^омера ЭД-20).

Як твердник використано полiетиленполiамiн (ТУ 6-05-241-202-78), який дозволяе затверджувати композити при юмнатнш температур^ що дощльно при нанесеннi покриттiв на довго вимiрнi поверх-нi складного проф^ю технологiчного устаткування. Рiзнi стадп зшивання моделювали i дослiджували при введенш твердника у композицiю при вмшп 8 мас. ч. на 100 мас. ч. ЭД-20.

Як наповнювачi використано парамагнетики кар-бвди бору i кремнiю та дiамагнетик лускатий графiт. Концентрацiя наповнювача становила 30 мас. ч. на 100 мас.ч. ол^омера. Вибраш наповнювачi характеризуются високою мiцнiстю, твердiстю i модулем пружностi (табл. 1). Крiм того, на поверхнi усiх на-повнювачiв встановлено iснування гiдроксильних груп та шших активних центрiв, як мають пiдвищену адсорбцiйну та каталггичну активнiсть вiдносно епоксидного зв'язувача [16] Використовували наповнювачi з розмiром часток 63 мкм (рис. 1, а-в).

Таблиця 1

Характеристики дисперсних наповнювачiв

Наповнювач Густина, г, кг/м3х103 Модуль пружност1, Е, ГПа Питома площа поверхш, м2/г

Лускатий граф1т 2,25 5,88 -

Карбщ бору 5,42 223,9 12,1

Карбщ кремшю 3,22 468,9 7,2

Епоксидний зв'язувач формували за наступною технологiею: дозування компонентiв, гiдродинамiч-

уз

не сумщення пластифшатора та епоксидно1 дiановоl смоли ЭД-20 до отримання однорщно1 сумiшi, термо-оброблення сумiшi протягом часу т=4,0±0,1 год при температурi Т=393±2 К, охолодження до температури 293±2 К, введення твердника, затвердження композицп. Затверджували КМ за експериментально встанов-леним режимом: формування зразюв та !х витримка протягом часу т=24 год. при температурi Т=293±2 К; нагрiвання зi швидкктю У=3 град/хв до температури Т=393 К i витримка протягом часу т=2,0 год; повiль-не охолодження до температури Т=293±2 К. З метою стабШзацп структурних процеав у матрицi зразки витримували протягом часу т=60 год. на повп^ при температурi Т=293±2 К. з наступним проведенням екс-периментальних випробувань.

в

Рис. 1. Зовшшнш вигляд дисперсних наповнювачiв (збiльшення — 100х): а — карбщ кремнiю; б — карбщ бору; в — лускатий граф^

НВЧ активацiю пластифiкованого зв'язувача i епок-сидних композицiй проводили на попереднш стадп формування матерiалу (до введення твердника, що забезпечуе iнтенсивнiший перебiг фiзико-хiмiчних процеав на межi подiлу фаз при формуванш КМ), за допо-могою розробленого НВЧ випромiнювача з частотою f=2450 МГц, довжина хвилi и=0,1225 м, робоча напру-га - 220 В, частота струму 50 Гц. Тривалкть оброблення композицш становила t=30 с: 120 с. Наважку оброблю-ваних композицiй вибрано т=0.20±0.01 кг. Обробляли композицп у тонкому шарi з товщиною h=25...30 мм.

Адгезшну мiцнiсть КМ до металево! основи до-слiджували, вимiрюючи руйшвне напруження при рiвномiрному вiдривi пари склеених зразкiв в стик ("метод грибив"). Дослiдження проводили згiдно з ГОСТ 14760-69. Залишковi напруження у матрищ дослiджували консольним методом.

5. Результати дослщжень адгезiйно-мiцнiсних властивостей модифжованих НВЧ електромагнiтним полем епоксикомпозитiв та ¡х обговорення

На першому еташ проведено дослiдження мiцностi адгезiйних з'еднань пластифшованого епоксидного

зв'язувача пiсля оброблення НВЧ електромагштним полем до введення твердника. Згщно з результатами дослщжень встановлено (рис. 2), що опромшення НВЧ ЕМ полем епоксидно1 матрищ призводить до покра-щення мщност адгезiйних з'еднань композицп зi ста-левою основою.

Рис. 2. Залежнють мiцностi адгезшних з'еднань епоксид-ноТ матрицi вщ часу обробки НВЧ електромагнiтним полем

У зразюв, якi пiддавалися впливу НВЧ електро-магнiтного поля спостерпали пiдвищення мiцностi адгезiйних з'еднань, зокрема дiя опромiнення тривалi-стю 30 с призводить до максимального покращення характеристик мщносл адгезiйних з'еднань на 35 % з 23 МПа до 32 МПа. Це можна пояснити виникнен-ням змщення позитивного заряду вздовж напрямку електрично1 складово1 поля, i негативного заряду у зворотному напрямку, в результат чого на поверхш композицп, котра являеться дiелектриком, виникають електричнi заряди, а отже вщбуваеться поляризацiя композицп [9]. У зв'язку з цим виникають зв'язаш заряди на поверхнях композицп, якi взаемодшть iз зарядами металево1 основи, що позитивно впливае на «прилипання» композицп до пщкладки. При обробцi матерiалу бiльше 30 с спостерiгали екзотермiчнi ефек-ти, що негативно впливають на процеси структуроут-ворення при формуваннi епоксикомпозиту.

З метою пщтвердження результатiв дослщження адгезiйних властивостей проведено випробування за-лишкових напружень у пластифiкованiй епоксиднш матрицi. Встановлено (рис. 3), що абсолютна величина залишкових напружень у неопромшенш матрицi становить Sз=2,9 МПа. Пiсля НВЧ електромагштно1 обробки зв'язувача значення залишкових напружень зростае до Sз=3,9 МПа.

Результати дослщжень доводять покращення зши-вання за рахунок структурних процеав, що пов'я-заш з утворенням вiльних радикалiв, якi iнтенсивно взаемодiють з гщроксильними центрами на поверх-нi металево1 основи. Внаслiдок цього збiльшуеться вмкт Гель-фракцп у матрицi, зростае кшьюсть фп зичних i хiмiчних зв'язив у об'емi полiмера або на межi подiлу фаз "матриця - металева основа", а отже зростае абсолютне значення залишкових напружень i полiпшуються фiзико-механiчнi властивостi КМ, зокрема мщшсть адгезiйних з'еднань. Такий мехашзм пiдвищення дослiджуваних показникiв пiдтверджено методом ЕПР-спектроскопп та методом екстракцп на пристро1 Сокслета.

а

Рис. 3. Залежнють залишкових напружень епоксидноУ матрицi вiд часу обробки НВЧ електромагштним полем

Оптичною макроскошею встановлено, що в результат анал1зу поверхн покритт1в на грибках шсля випробувань пластифiкованоi епоксидноi матриц на мщшсть адгезiйших з'еднань (рис. 4) спостерпали, що частини покриття залишаються на обидвох стальних грибках, що свщчить про когезiйший характер руйну-вання покриття. З цього можна зробити висновок, що подальше покращення адгезiйших характеристик слiд досягати шдвищенням показшикiв когезiйшоi мiцшостi епоксикомпозитiв. Тому на наступному етапi вводили в пластифжовану епоксидну матрицю вибрашi на-повшювачi i проводили подальшi випробування.

Рис. 4. Зразки для дослщження мiцностi адгезiйних з'еднань епоксикомпозитного покриття до сталевоУ основи. Когезiйний розрив

При дослiджешшi морфологи поверхшi дисперсних часток встановлено що карбiди бору та кремшю во-лодiють бшьшою актившiстю поверхшi i мають добре розвинуту поверхню (рис. 1). Крiм того, на поверхшi цих шаповшювачiв встановлено iсшувашшя пдроксиль-них груп та шших активних цештрiв, ям мають шдви-щену адсорбцiйшу та каталггичну актившiсть вiдшосшо епоксидного зв'язувача. Частки лускатого графпу е кристалiчшоi форми, що зменшуе вiдшосшу актившсть до адсорбцп даного наповнювача. Також важливим чинником вибору даних шаповшювачiв е iх не висока вартють i широка розповсюджешiсть.

Ашалiзуючи результати дослщжень залежшостi мь цшостi адгезшних з'еднань вiд тривалостi НВЧ елек-тромагнiтноi обробки (рис. 5) встановлено, що макси-

мальи1 адгез1ии1 характеристики мають композитш матер1али, наповнеш при д11 електромагштного поля надвисоко1 частоти протягом 60 секунд. Введения такого наповнювача дозволяе збшыпити адгез1йш характеристики матер1алу з 32,1 МПа (без обробки) до 39,3 МПа (шсля обробки), а в пор1внянш з максимальною адгез1ею пластиф1ковано1 матрищ, результати зростають на 25 %. Подалыпа тривалють обробки не покращуе иоказникчв мщност1 адгез1йних з'еднань КМ в складi яких е грубодисперсний SiC. Доведено, що крива залежност1 мщност1 адгез1йних з'еднань компо-зитних матер1ал1в наповнених ВдС (рис. 3, крива 2), практично щентична кривiй 3, лише змщена на кiлька одиниць нижче по о« абсцис, тобто максимальшi по-казники мiцшостi адгезiйших з'еднань КМ наповнених карбiдом бора також досягаються при дп НВЧ ЕМ поля протягом 60 с i сягають 34,6 МПа, що на 8 % бшьше порiвшяшо з неопромшеним матерiалом, наповненим В4С i на 12 % бшьше вщ показнишв пластифiковашого епоксидного зв'язувача. Покращення показнишв мщ-шостi адгезiйших з'еднань КМ наповнених карбiдами кремшiю та бору, на нашу думку, можна пояснити вихо-дячи iз кiлькох факторiв. По перше, поверхня цих на-повшювачiв е достатньо розвинутою i володiе хорошою актившiстю, що дуже важливо при структуроутворешшi композитних матерiалiв, пiд дiею зовшiшшiх фiзичших полiв [17]. По друге, дашi шаповшювачi е феромагнети-ками. Доведено, що магнитна складова опромiшешшя також бере участь в покращенш мiцностi адгезшних показникiв матерiалу, зокрема впливае на орiентацiею доменiв та змiщенням просторового заряду на поверх-ню матерiалу, оскiльки домени пiсля припинення дп силового поля можуть зберiгати орiентований стан. Як уже зазначалося вище, шдвищення адгезп i значно менша швидкiсть протiкання релаксацiйних процесiв свшчить про виникнення на границi полжомпозит -основа великоi кiлькостi центрiв структуроутворення, що взаемодiють з полiмером за рахунок виникнення водневих зв'язюв мiж карбонiльними групами смоли та пдроксильними групами дисперсного наповнювача [18]. Даний мехашзм пiдвищення максимального значення оа досягали при бшьшому часi НВЧ електро-магнiтноi обробки (бшя 60 с). У цьому випадку замють екзотермiчних ефектiв спостерпали активацiю зв'язувача за рахунок виникнення радикалiв, коли кiлькiсть парамагштних центрiв у зв'язувачi пiд дiею НВЧ елек-тромагнiтноi обробки зростае (даш ЕПР-спектроско-пп). При подальшому формуваннi матерiалу радикали та парамагштш центри рекомбiнують з утворенням додаткових фiзичних зв'язкiв з поверхнею металевоi основи, пiдвищуючи мiцнiсть адгезiйних з'еднань [19]. Якщо дане твердження вiрне, то при використанш дiе-лектришв слiд очiкувати незначноi змiни оа.

Встановлено (рис. 5) змiну мшност адгезiйних з'еднань КМ наповнених лускатим графггом. Аналп зуючи результати, можемо зробити висновок, що в матерiалах, наповнених лускатим графпом пiсля 30 с НВЧ електромагнiтноi обробки зростають показники мщноси адгезiйних з'еднань на 22 % в порiвняннi з необробленими КМ, проте даш покриття володшть найнижчою адгезiею до металевоi основи, навпь в порiвняннi з пластифжованою епоксидною матрицею. Це можна пояснити незначною актившстю i питомою площею поверхш наповнювача, дiамагнiтною приро-

дою лускатого граф^у а також формуванням навколо часток поверхневих шарiв з дефектною структурою.

Рис. 5. Вплив тривалост НВЧ ЕМ обробки на мщысть адгезшних з'еднань захисних полiмеркомпозитних покриттiв: 1 — Лускатий граф^; 2 — В4С; 3 — SiC

Данi кiнетики змiни залишкових напружень на границi полiмеркомпозит - основа показують, що парамагнiтна природа добавок та тривалшть НВЧ електромагштного оброблення значно впливають на фiзико-хiмiчнi процеси при формуваннi композиту (рис. 6). Встановлено, що введення у полiмерну систему дисперсних часток наповнювача впливае на величину залишкових напружень КМ. Це пояснюеться формуванням тиксотропно! структури в композищях.

Рис. 6. Вплив тривалостi НВЧ ЕМ обробки на залишковi напруження захисних полiмеркомпозитних покриттiв: 1 — Лускатий граф^; 2 — B4C; 3 — SiC

Данi про залежшсть залишкових напружень вiд часу НВЧ електромагштного оброблення епоксиком-позппв спiвставляли i3 залежнiстю мiцностi адгезшних з'еднань вщ часу оброблення електромагштнпм полем надвисоко! частоти. Дослщп показують, що НВЧ електромагнiтне оброблення композицш забез-печуе пiдвищення ступеня зшивання матрицi у ша-

рах на межi подiлу фаз, на що вказуе шдвищення абсолютного значення залишкових напружень при обробщ композицш протягом 60с з о3=1.47МПа до о3=1.69 МПа для КМ наповнених SiC, i з о3=1.01 МПа до о3=1.29МПа для КМ наповнених В4С при одно-часному збшьшенш мщнос.т! адгезшних з'еднань. В КМ наповнеш лускатпм граф^ом спос.терпаеться максимальне збшьшення показнишв залишкових напружень при 30с НВЧ ЕМ обробщ з о3=0.51 МПа до о3=0.89 МПа при одночасному збшьшенш мщнос.т! адгезшних з'еднань.

Анал1з даних проведенпх дослщжень (рис. 6), дозволяе стверджувати, що залишков! напруження (крив! 2 i 3) монотонно знижуються при тривалост! оброблення вщ Ос до 30с i вщ 60с до 120с, досягаючи свого шку лише при 60-ти секунднш обробщ компо-зиu,ii". На кривш 1 (рис. 6) с.постерпаеться монотонне зростання залишкових напружень з niKOM на 30с.

6. Висновки

Встановлено, що надвисокочастотна електро-магштна обробка дозволяе покращити адгезшно-мп цнiснi властивост епоксикомпозитiв. Вперше доведено, що оптимальний час НВЧ електромагштно! обробки пластифшовано! епоксидно! матрицi стано-вить 30 с, що забезпечуе шдвищення мщност адгезшних з'еднань на 35 % при збшьшенш залишкових напружень з 2,9 МПа до 3,9 МПа у порiвняннi з нео-бробленими зразками з епоксидного зв'язувача.

Експериментально встановлено, що максималь-ш адгезшш характеристики мають композитш ма-терiали, наповненi SiC та В4С пiсля обробки в елек-тромагнiтному полi надвисоко! частоти протягом 60 секунд. Введення таких наповнювачiв дозволяе додатково шдвищити мiцнiсть адгезшних з'еднань на 25 % та 12 % вщповщно, у порiвняннi з ненаповненою епоксидною матрицею. Встановлено, що шдвищення вказаних характеристик досягаеться за рахунок ви-никнення радикалiв, коли кшьость парамагнiтних центрiв у зв'язувачi пiд дiею НВЧ електромагнiтно'i обробки зростае. При подальшому формуванш матерiа-лу радикали та парамагштш центри рекомбiнують з утворенням додаткових фiзичних зв'язкiв з поверхнею металево! основи, пiдвищуючи мiцнiсть адгезiйних з'еднань.

Виявлено, що матерiали наповненi лускатим граф^ом пiсля 30с НВЧ електромагштно! обробки володiють кращими показниками мщност адгезiйних з'еднань в порiвняннi з необробленими зразками (на 22 %), проте даш покриття мають найнижчу адгезiею до металево! основи, навггь в порiвняннi з епоксидною матрицею. Це можна пояснити тим, що лускатий графгт мае незначну актившсть i питому площу по-верхнi, е дiамагнетиком, що формування навколо часток наповнювача шарiв з дефектною структурою

Лтература

1. Кербер, М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология [Текст] / М. Л. Кербер, В. М. Виноградов, Г. С. Головкин. - СПб: Професия, 2008. - 560 с

2. Xantos, M. Functional fillers for plastics, 2nd edition [Text] / M. Xantos. - Weinhem: Wiley-VCH, 2010. - 531 p.

3. Стухляк, П. Д. Епоксикомпозитш матер1али, модифшоваш енергетичними полями [Текст] / П. Д. Стухляк, А. В Букетов, I. Г. Добротвор. - Тернотль: Збруч, 2008. - 208 с.

4. Mehdizadeh, M. Microwave/RF methods for detection and drying of residual waterin polymers [Text] / M. Mehdizadeh // Proceedings of the Fourth World Congress on Microwave and Radio Frequency Applications. Austin, Texas, 2004. - P. 32.

5. Михайлин, Ю. А. Специальные полимерные композиционные материалы [Текст] / Ю. А. Михайлин. - С-Пб. : Научные основы и технологии, 2009. - 660 с.

6. Богданова, Ю. Г. Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов [Текст] / Ю. Г. Богданова. — М.: Научно-образовательный центр по нанотехнологиям, 2010. - 68 с.

7. Кандырин, Л. Б. Исследование механических свойств наполненных композиций и полимербетонов на основе смесей фура-новых и эпоксидных смол [Текст] / Л. Б. Кандырин, Б. Е. Усольцев и др. // Пласт. Массы. - 2000. - № 7. - С. 34-37.

8. Савчук, П. П. Структура та функцюнальт властивост епоксидних композийв, наповнених високодисперсними частинками [Текст] / П. П. Савчук, А. Г. Косторнов // Порошкова металурпя. - 2009. - № 9/10. - С. 81-87.

9. Федоров, В. В. Дослщження впливу природи наповнювач1в на реолопчт властивост епоксидних композицш [Текст] / В. В. Федоров, Л. М. Бший // Наую^ нотатки. - 2006. - Вип. 17. - С. 406-411.

10. Зубов, П. И. Структура и свойства полимерных покрытий [Текст] / П. И. Зубов Л. А. Сухарева. - М.:Химия,1982. - 256 с.

11. Varga, Cs. Modification of the mechanical properties of rubbers by introducing recycled rubber into the original mixture [Text] / Cs. Varga, N. Miskolczi, L. Bartha et al. // Global NEST Journal. - 2010. - Vol. 12, Issue 4. - P. 352-358.

12. Gunaratne, R. D. Microwave and conventional mechanical & thermal analysis of the reactions in epoxy vinyl ester resins [Text] / R. D. Gunaratne, R. J. Day // Proceedings of the Fourth World Congress on Microwave and Radio Frequency Applications. Austin, Texas, 2004. - P. 39.

13. Фельдман, Н. Я. Особенности проведения термических процессов в СВЧ-электромагнитном поле [Текст] / Н. Я. Фельдман // Современная электроника. - 2009. - № 5. - С. 64-67.

14. Калганова, С. Г. Электротехнология нетепловой модификации полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле [Текст]: автореф. ... дис. докт. техн. наук / С. Г. Калганова. - Саратов, 2009. - 34 c.

15. Каблов, В. Ф. Влияние микроволнового излучения на прочностные свойства эластомерных композиций на основе непредельных каучуков [Текст] / В. Ф. Каблов, Н. А Кейбал, Д. А. Провоторова, А. Е. Митченко // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5.

16. Букетов, А. В. Ф1зико-х1м1чш процеси при формуванш епоксикомпо-зитних матер1ашв [Текст] / А. В. Букетов, П. Д. Стухляк, 6. М. Кальба. - Тернотль: Збруч, 2005. - 182 с.

17. Zhou, J. Research on the technology and the mechanical properties of the microwave processing of polymer [Text] / J. Zhou, C. Shi, B. Mei, R. Yuan, Z. Fu // Journal of Materials Processing Technology. - 2003. - Vol. 137, Issues 1-3. - P. 156-158. doi:10.1016/ S0924-0136(02)01082-8

18. Yue, C. Y. Influence of thermal and microwave processing on the mechanical and interfacial properties of a glass/epoxy composite [Text] / Y. Yue, H. C. Looi // Composites. - 1995. - Vol. 26, Issue 11. - P. 764-773. doi: 10.1016/0010-4361(95)98197-s

19. Chaowasakoo, T. Mechanical and morphological properties of fly ash/epoxy composites using conventional thermal and microwave curing methods [Text] / T. Chaowasakoo, N. Sombatsompop // Composites Science and Technology. 2007. - Vol. 67, Issue 11-12. -P. 2282-2291. doi: 10.1016/j.compscitech.2007.01.016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.