Регулирование технологических процессов получения препрегов

ность использовать метод химической иммобилизации флуороионофоров в полимерные криогели на основе Ы,Ы-диметилакриламида для использования их в качестве сенсорных материалов.

Таким образом, нами были получены с достаточно высокими выходами полимерных криогели на основе ДМА и соединения 1; показано, что соединения 1 вступает в реакцию сополимеризации с диметилакриламидом, о чем свидетельствует наличие флуоресценции конечного продукта, а также сдвиг максима интенсивности в синюю область на 20 нм. Также продемонстрировано, что степень набухания сополимеров в воде, интенсивность флуоресценции и выход гель-фракции зависят от температуры синтеза.

Библиографические ссылки.

1. Basudam Adhikari and Sarmishtha Majumdar “Polymers in sensor applications” Progress in Polymer Science, 2004, V 29, 7, 699-766

2. С. Б. Саввин, В. В. Кузнецов, С.В. Шереметьев, А. В. Михайлова “Оптические химические сенсоры (микро- и наносистемы) для анализа жидкостей Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2008, т. LII, № 2, 7-16

3. О.Е. Заборина. Диссертация кандидата химических наук ИНЭОС РАН // Москва. - 2013

4. Панченко П. А., Федоров Ю. В., Федорова О. А., Перевалов В. П., Йо-нушаускас Г. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства 4-(ацетил)-амино-Ы-арилнафталимидов, содержащих электронодонорные группы в N-арильном заместителе // Изв. АН. Сер. хим. - 2009. - № 6. - С. 1199-1206.

5. Cao H., Chang V., Hernandez R., Heagy M. D. Matrix screening of substituted N-aryl-1,8-naphthalimides reveals new dual fluorescent dyes and unusually bright pyridine derivatives. // J. Org. Chem. - 2005. - Vol. 70. - P. 4929-4934.

Ю.А. Черненко, Д.А. Лизунов, Ю.В. Олихова, В.С. Осипчик

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПРЕГОВ

В работе изучено влияние различных модификаторов и температурных режимов сушки на скорость и степень отверждения препрегов.

Influence of various modifiers and parameters of technological processes of carbon fiber-reinforced epoxy plastics production have been studied.

Композиционные материалы на основе армирующих углеродных волокон находят широкое применение в различных областях промышленности. Сочетание технологичности в производстве изделий сложной конфигурации с высокой прочностью, жесткостью и низкой стоимостью готовых композитов является необходимым условием их конкурентоспособности.

В настоящее время при создании армированных материалов наиболее широко применяются эпоксидные олигомеры. Армированные композиционные материалы на основе эпоксидных олигомеров обладают целым рядом отличительных свойств, такими как: хорошая адгезия к углеродным волокнам, высокие деформационно-прочностные характеристиками, теплостойкость, низкая усадка и т.д..

Увеличение объемов производства армированных материалов на основе углеволокна ограничивает отсутствие эффективных связующих с комплексом необходимых деформационно-прочностных и технологических характеристик и отсутствие эффективных методов регулирования их структуры и свойств.

Целью работы явилась разработка армированных материалов с улучшенными и регулируемыми свойствами на основе эпоксидных олигомеров.

Работа проводилась по следующим направлениям:

- изучение влияния эпоксиноволачных олигомеров и функциональных модификаторов на процесс получения препрегов;

- регулирование и оптимизация процесса получения препрегов;

В данной работе в качестве полимерной матрицы использовали эпоксифенольное связующее (ОЛ), плотность которого составляет 1,15 г/см . Модифицирующими добавками служили эпоксиноволачный олигомер (ДЭН), циклический органический карбонат (ПК), олигофенолсилок-сан (КОФ), полиуретановый каучук с концевыми эпоксиуретановыми группами (ПКЭГ), активный разбавитель продукт полимеризации эпихлор-гидрина (ЭПГ), улучшитель смачивания и пеногасящая добавка (BYK). В качестве армирующего наполнителя в работе использовали конструкционную углеродную ленту зарубежного производства.

Эпоксиуглепластики на основе эпоксидиановых связующих изготавливали методом горячего прессования препрегов путем ступенчатого изменения температуры и давления. Для получения армированных пластиков толщиной 1 мм использовали 8 слоев углеродной ленты, которые укладывали параллельно друг другу под углом 0о. Выбор такой схемы укладки препрегов

обусловлен необходимостью исключения влияния относительного расположения волокон на физико-механические характеристики углепластиков.

Степень отверждения определяли методом экстракции на аппарате Со-кслета. Для регулирования и оптимизации процесса сушки препрегов необходимы данные по кинетике отверждения. Основываясь на предыдущих работах кафедры по данной тематике можно заключить, что используемый режим сушки препрегов при 60 оС не позволяет достичь необходимого эффекта. Более того, проведенные исследования показали, что отверждение практически не наблюдается в течение 45 минут и при 100 оС. Из этого следует, что сушка препрегов при температурах ниже 100 оС не технологична.

Для оптимизации технологических режимов сушки препрегов были определены степени отверждения связующих для различных температурных режимах. Зависимости степени отверждения от времени при температуре 120 оС представлены на рис.1 и рис.2.

ОЛ

- ОЛ+КОФ ОЛ+ЦК ОЛ+ЭПГ

- ОЛ+ПКЭГ

20 30 40

Время отверждения, мин.

Рис.1. Влияние состава связующего на содержание гель-фракции

Как видно из рис. 1 введение модифицирующих добавок снижает скорость отверждения. При данной температуре необходимая степень отверждения (10-30%) достигается спустя 45 минут у образцов на основе не-модифицированного связующего и образцов модифицированных КОФ и ПК. Скорость отверждения образцов, модифицированных олигомерными

0

50

ППГ-3А и Э-181, существенно ниже, что, вероятно, объясняется стериче-скими затруднениями, возникающими вследствие размера их молекул.

Из рис. 2 видно, что модификация исходного связующего ОЛ эпок-синоволачным олигомером существенно ускоряет процесс отверждения. Тем не менее, полученные результаты не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к временным параметрам процесса получения препрегов в промышленности.

Время отверждения, мин.

Рис.2. Влияние состава связующих на содержание гель-фракции

Для ускорения процесса отверждение проводили при 140 оС. Зависимости степени отверждения связующих от времени при данной температуре представлены на рис. 3.

Увеличение температуры сушки препрегов до 140 оС приводит к возрастанию скорости отверждения всех модифицированных связующих.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод, о том что наиболее эффективным модификатором является олигофенолсилоксан. Можно предположить, что концевые гидроксильные группы КОФ взаимодействуют с эпокси-группами, ускоряя процесс отвержения. Циклокарбонат, улучшая пропитку препрега и уменьшая вязкость связующего, является, при данных температурных условиях, пассивным разбавителем, не оказывая существенного влияния на процесс отверждения. Это согласуется с имеющимися

литературными данными , поскольку известно, что циклокарбонаты вступают в реакцию с ароматическими аминами при температуре выше 150оС.

ОЛ

ОЛ+КОФ

ОЛ+ЦК

ОЛ+ЭПГ

ОЛ+ПКЭГ

10 15 20 25 30 35 40 45 50

Время отверждения, мин.

Рис. 3. Влияние состава связующего на содержание гель-фракции

Для удобства прикладного использования полученных данных была составлена технологическая карта сушки препрегов (рис. 4), с помощью которой можно подобрать режим для того или иного состава.

Таким образом, на основании проведенных исследований было показано, что существующий технологический режим сушки препрегов нуждается в существенной корректировке и регулировании. Проведены испытания при различных температурных режимах: 100, 120 и 140 оС. В результате испытаний была составлена технологическая карта процесса отверждения и сделаны следующие выводы:

• оптимальное соотношение скорости и степени отверждения достигается при режиме отверждения в 140 оС;

• модификация исходного связующего эпоксиноволачным олигомером позволяет существенно увеличить скорость отверждения;

• введение модификаторов в систему позволяет регулировать скорость процесса отверждения и время сушки препрегов.

РИС

ц^рТНарра

ЮеМ я

сттсцсж! нешыя

Библиографический список

1. Becker O., Simon G.P., Dusek K. Epoxy layered silicate nanocomposites, Advanced Polymer Science, 2005. №179. p. 329-347.

2. Кочнова З.А., Жаворонюк Е.С., Чалых А.Е. Эпоксидные смолы и отвердители: промышленные продукты. - М.: Химия, 2006.

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. РР 91-105.

4. Okamoto M., Polymer/Clay Nanocomposites, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. 2004. V.8. рр. 791-843.

5. Ли Х., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам/ Пер. с англ. - М.: Энергия, 2-ое издание, 1973. - 416 с.