Исследование влияния слоистых силикатов на процессы отверждения и свойства эпоксидных связующих

Относительное удлинение при разрыве (рис. 3) при увеличении концентрации ПЭВ монотонно увеличивается.

При введении ПЭВ в ПС в количестве от 0,1 до 0,5 масс. % ударная вязкость композиции практически не меняется (рис.4).Небольшое увеличение при концентрации 0,3 масс.% находится в пределах ошибки, т.к. при данного вида измерениях наблюдался разброс в показателях.

Заключение. Из результатов светотехнических и физикомеханических испытаний композиций установлено, что оптимальное соотношение светопропускающей и светорассеивающей характеристик КМ достигается при концентрации ПЭВ 0,3 + 0,4 масс. % в ПС. Такие КМ подходят для формования изделий светотехнического назначения, которые при эксплуатации могут противостоять неблагоприятным механическим воздействиям, сохраняя внешний вид, обеспечивая комфортное освещение.

Библиографические ссылки

1. Мельников Ю.Ф. Светотехнические материалы. М.: Высшая школа, 1976. 151 с.

2. Е.А. Брацыхин, Э.С. Шульгина. Технология пластических масс. Л.: Химия, 1982. 328 с.

3. Чарват Р. А. Производство окрашенных пластмасс // Научные основы и технологии. СПб., 2009. С. 27-30.

4. Цвайфель X., Маер Р. Д., Шиллер М. Добавки к полимерам. Справочник. СПб. : ЦОП «Профессия», 2010. С. 492-533.

5. Разработка полимерных композиционных материалов светотехнического назначения / Т.К. Лазарева, Т.П. Андреева, B.C. Осипчик, Т.П. Кравченко //Пластические массы, 2010. № 10. С. 58-62.

6. ГОСТ 7721-89. Источники света для измерений цвета. Типы. Технические требования. Маркировка.

УДК 668.1 +661.183

Т.А. Акопова, А.Я. Томильчик, 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

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЛОИСТЫХ СИЛИКАТОВ НА ПРОЦЕССЫ ОТВЕРЖДЕНИЯ И СВОЙСТВА ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

Effects of layered silicates on curing of epoxy novolac resin by anhydride curing agent were studied. Mechanical properties of nanomodified matrixes were obtained. It was shown that addition of small amounts of organo-montmorillonite can intensify epoxy curing, improve impact properties and flexural modulus of epoxy novolac nanocomposites.

В работе изучено влияние слоистых силикатов на процесс отверждения эпоксиноволачного олигомера ангидридным отвердителем. Получены физикомеханические характеристики наномодифицированных связующих. Показано, что введение небольших количеств органобентонита позволяет интенсифицировать процесс отверждения, повысить ударные характеристики и модуль при изгибе эпоксиноволачных композиционных материалов.

Наиболее перспективными связующими для высокопрочных армированных композиционных материалов являются эпоксидные олигомеры [1]. К их достоинствам следует отнести низкую усадку при отверждении, хорошие прочностные характеристики и высокую адгезию к большинству наполнителей. Недостатками являются хрупкость и невысокая трещиностойкость. Эпоксиноволачные олигомеры, являющиеся разновидностью эпоксидных смол, более реакционноспособны и имеют повышенную термостойкость в отвержденном состоянии по сравнению с традиционными диановыми олигомерами.

В последние годы большую популярность приобрела наномодификация полимеров. Одним из наиболее широко используемых наномодификаторов эпоксидных связующих является органомодифицированный монтмориллонит, или органобентонит (ОБ). В литературе имеются сведения об улучшении прочностных характеристик и трещиностойкости и уменьшении дефектности структуры эпоксидных материалов при введении ОБ [2]. ОБ относится к группе слоистых силикатов, которые имеют толщину слоев 100-150 нм и могут быть отнесены к наномодификаторам.

В данной работе исследовано влияние ОБ на процесс отверждения эпоксиноволачного олигомера (ЭНО) алифатическим ангидридом (АА) и физико-механические свойства полученных нанокомпозитов. ОБ вводили в количестве от 0,5 до 3 масс.% от массы смолы путем предварительного перемешивания с АА до образования однородной пасты.

Исследование процессов отверждения и структуры отвержденных связующих осуществляли термомеханическим методом, ДСК и измерением термоэффектов отверждения. Для определения физико-механических характеристик использовали стандартные методы испытаний на ударную вязкость, прочность при изгибе и сжатии. Распределение наночастиц в системе оценивали при помощи электронного микроскопа.

Образцы получали методом заливки в формы с последующим отверждением при 180°С в течение 3 часов.

В литературе сообщается об уменьшении времени гелеобразования при добавлении слоистых силикатов [3, 4]. Для определения влияния ОБ на скорость реакции отверждения ЭНО алифатическим ангидридом изучали экзотермические эффекты при температуре 100 °С.

Как видно из рисунка 1, с добавлением ОБ максимальная температура разогрева системы достигается раньше, чем для исходного связующего. Это свидетельствует о том, что слоистые наносиликаты способны интенсифицировать процесс отверждения эпоксиноволачных смол.

Литературные данные о влиянии органоглины на температуру стеклования нано композитов весьма противоречивы [2]. В некоторых

работах сообщается о неизменности, либо возрастании Тс с ростом содержания органоглины, что объясняется ограничением сегментальной подвижности вблизи границы между органической и неорганической фазой.

Время, мин

Рис. 1. Влияние органобентонита на экзотермический эффект отверждения эиоксиноволачного олигомера

Однако имеются и противоположные сведения - о снижении температуры стеклования с увеличением концентрации органоглины. В работе [3] показано, что в густосшитых системах с высокими температурами стеклования наблюдается стабильное понижение Тс с ростом содержания органо-ионов. Методом ДСК были определены Тс полученных составов

Табл. 1. Температура стеклования эпоксиноволачных связующих с различным содержанием органобентонита

Содержание ОБ, % Температура стеклования, °С

0 141

0,5 140

1,0 135

1,5 134

2,0 137

2,5 139

3,0 129

Результаты проведенных исследований показали, что с увеличением содержания ОБ наблюдается тенденция понижения Тс. Вероятно, это связано

с образованием более дефектной структуры в процессе отверждения эпоксиноволачных связующих.

Табл. 2. Физико-механические свойства эпоксиноволачных связующих, модифицированных органобентонитом

Содержание ОБ, % оизг, МПа Еизг, МПа осж, МПа А, кДж/м2

0 76 2575 45 7,6

0,5 61 3015 48 6,1

1,0 69 3091 55 7,5

1,5 41 2983 53 6,4

2,0 45 2816 48 6,6

2,5 44 2664 49 8,4

3,0 52 2720 43 8,9

В работе была проведена оценка комплекса физико-механических свойств наномодифицированных связующих (таблица 2).

Рис. 2. Электронный снимок поверхности разрушения эпоксиноволачного нанокомпозита

Как видно из таблицы 2, при введении ОБ повышается модуль упругости и, в некоторой степени, ударная вязкость. Вместе с тем наблюдается постепенное снижение прочности при изгибе, что может быть связано с неравномерным распределением ОБ в полимерной матрице, образованием агломератов.

Следует отметить, что с увеличением содержания ОБ изменяется характер разрушения образцов - от эластичного до хрупкого. Поверхность

разрушения при испытании на изгиб образцов, содержащих 1% ОБ исследовали на растровом электронном микроскопе. На фотографии (рис.2) четко выделяется слоистая тактоидная структура слоистых силикатов и «защемление» части молекул полимера в межплоскостном пространстве тактоидов.

Таким образом, в работе было изучено влияние слоистых силикатов на процесс отверждения и физико-механические свойства эпоксиноволач-ных связующих. Показано, что введение небольших количеств ОБ (до 1%) позволяет интенсифицировать процесс отверждения, повысить ударные характеристики и модуль при изгибе эпоксиноволачных связующих.

Полученные результаты дают основания для дальнейшего использования наномодифицированных связующих для армированных пластиков конструкционного назначения.

Библиографические ссылки

1. Мэттьюз Ф., Роллингс Р. Композитные материалы. Механика и технология/Пер. с англ. М.: Техносфера, 2004. 408 с.

2. Becker, О. Epoxy layered silicate nanocomposites / Advanced Polymer Science, 2005. №179. P. 29-82.

3. Layered silicate nanocomposites based on various high-functionality epoxy resins: the influence of an organoclay on resin cure / Becker, O., Simon, G.P., Varley, R.J., Hailey, P.J. // Polymer Ingineering and Science, 2003. Vol. 43. №4. P. 850-862.

4. Chen, D.Z., He, P.S., Pan, L.J. Cure kinetics of epoxy-based nanocomposites analyzed by Avrami theory of phase change // Polymer Testing, 2003. №22. P. 689-697.

УДК 678.5

Ю.В. Кукушкина, С.В. Зюкин, И.Ю. Горбунова

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

АНАЛИЗ КИНЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ЭД-20 И

ДИАМИНОДИФЕНИЛСУЛЬФОНА

Temperature influence on viscosity kinetic properties of the curing process compositions on the based on ED-20 and DDS is studied. It is shown that the initial stages of the curing process is described satisfactorily with the self-acceleration of the equation, but in the final stages of the equation Dee Marzio and Dee Benedetto.

Изучено влияние температуры на реокинетические свойства процесса отверждения композиции на основе ЭД-20 и диаминодифенилсульфона. Показано, что на начальных ста-