Исследование деформационно-прочностных свойств модифицированных углепластиков

пергирования от размера диспергирующих тел носит более сложный характер. При использовании стеклянного бисера маленького размера наблюдается вначале рост производительности процесса диспергирования, а затем его резкое падение, причем как на первой, так и на второй стадии процесса диспергирования. По нашему мнению это обусловлено различием скоростей дезаг-резации и стабилизации вследствие интенсификации протекания процесса.

Оптимальное протекание процесса диспергирования наблюдалось при использовании стеклянного бисера размером 3-4 мм.

Табл. 3. Влияние размера диспергирующих тел на процесс диспергирования*.

Диаметр бисера, мм Масса бисера, г КД1, 1/мин Кд2, 1/мин Gi, м3/мин G2, м3/мин

1,5-1,6 95,8 0,178 0,0294 20,65 2,64

1,65-1,85 93,0 0,167 0,0338 21,44 8,83

2,0-2,3 91,2 0,157 0,022 20,16 8,067

3 -4 90,2 0,092 0,0348 16,9 4,04

* Количество люминофорсодержащей суспензии 110 г.

Таким образом, процесс диспергирования цинксульфидных люминофоров целесообразно проводить в 30 масс.% растворе пентафталевого ал-кидного олигомера, с угловой скоростью перемешивающего устройства порядка 6.28 м/с и добавлением стеклянного бисера диаметром 3-4 мм и в количестве 80 масс.%.

Библиографические ссылки

1. Фомичева Т.Н. Стратонова Е.И. Лабораторные работы по химии и технологии пигментов. Диспергирование пигментов. -М.: МХТИ, 1984.-48с.

2. Ермилов П.И. Диспергирование пигментов. Физико-химические основы диспергирования. -М., Химия, 1971 г., 300с.

3. Индейкин Е.А., Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А.. Пигментирование лакокрасочных материалов. - Л., Химия, 1986 г., 160с

УДК 678.05

А.Я. Томильчик, П.В. Осипов, С. А Смотрова*, B.C. Осипчик

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Жуковский, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ

Stress-strain properties of ероху novolac binders with different modifiers and fiber-reinforced plastics based on it were studied. Oligomeric modifiers have shown to improve stressstrain properties of epoxy binders and composites. Modified binders were developed, its formula-

tions were optimized and test specimens of advanced carbon fiber-reinforced plastics were produced.

В работе изучены деформационно-прочностные свойства эпоксиноволачных связующих с различными модификаторами и армированных пластиков на их основе. Показано, что использование олигомерных модификаторов позволяет повысить деформационно-прочностные характеристики эпоксидных связующих и композиционных материалов. Разработаны модифицированные связующие, проведена оптимизация их составов и изготовлены опытные образцы углепластиков с улучшенными свойствами.

В настоящее время во всем мире интенсивно ведется разработка легких, высокопрочных и недорогих конструкционных материалов. Наибольшие перспективы существенного улучшения свойств открываются при создании композиционных материалов на основе полимерных матриц и различных волокон. Среди термореактивных полимеров, используемых в качестве матриц, особое место занимают отвержденные эпоксидные олигомеры, имеющие такие достоинства, как хорошие прочностные свойства, низкая усадка при отверждении, высокая термостойкость [1]. К их недостаткам можно отнести некоторую хрупкость и малое относительное удлинение при разрушении. Главное же преимущество армированных пластиков связано с их меньшей плотностью при одинаковой прочности и жесткости по сравнению с традиционными материалами, а сокращение веса, в свою очередь, означает не только повышение эффективности, но и снижение энергозатрат и общей стоимости [2].

Исследование деформационно-прочностных свойств модифицированных связующих и армированных пластиков на их основе является одной из важнейших стадий разработки композиционных материалов с требуемым комплексом свойств[3].

В настоящей работе изучены основные деформационно-прочностные свойства модифицированных связующих на основе эпоксиноволачного оли-гомера (ЭНО) и изометилтетрагидрофталевого ангидрида (ИМТГФА). Поскольку густосетчатым эпоксидным олигомерам присуща существенная хрупкость, то для улучшения свойств использовался ряд модификаторов -активных разбавителей, что позволило улучшить прочностные и технологические характеристики. В качестве активных модификаторов были использованы олигоэфиркарбонаты (ОЭК-1, ОЭК-2), олигоэфиракрплаты (ОЭА), глицидиловые эфиры (ГЭ-1, ГЭ-2). Поскольку отверждение эпоксидных смол ангидридами протекает крайне медленно, в системы вводили третичный амин в качестве катализатора. Отверждение проводили по ступенчатому режиму: 1 ч при 120°С, 2 ч - 160 °С, 1 ч - 180°С.

С модифицированными связующими проведен ряд стандартных испытаний на определение физико-механических характеристик. Данные представлены в таблице 1.

Как видно из данных табл. 1, введение модифицирующих добавок приводит к возрастанию таких характеристик, как ударная вязкость, адгезионная прочность к металлической поверхности, прочность при изгибе.

Прочность при сдвиге (по ГОСТ 14760-69) определяли на металлических пластинках, склеенных внахлест связующим, отвержденным по указанному режиму. Испытания проводились при скорости 20 мм/мин. Рост ад-

гезионной прочности модифицированного связующего можно объяснить снижением вязкости системы, увеличением смачивающей способности материала и возможным дополнительным взаимодействием за счет увеличения числа функциональных групп, имеющихся у активных разбавителей.

Табл. 1. Деформационно-прочностные свойства модифицированы связующих на основе эпоксиноволачного олигомера

Состав Содержание модификатора, % Ударная вязкость, кДж/м2 Адгезионная прочность, МПа С^изг, МПа J-^изг, МПа

эно ИМТГФА 0 10,9 5,6 176 2552

ЭНО ИМТГФА ОЭА 5 12,1 6,3 188 2429

10 20,4 6,4 170 2424

15 11,1 4,9 132 2183

ЭНО ИМТГФА ГЭ-1 5 10,5 4,4 176 2414

10 11,1 7,2 187 2423

15 17,7 6,1 302 2972

20 18,1 6,9 241 2327

ЭНО ИМТГФА ГЭ-2 5 7,4 5,8 195 3208

10 7,9 8,5 180 3199

15 7,2 6,6 131 3172

ЭНО ИМТГФА ОЭК-1 1 15,5 4,4 216 2469

3 13,3 5,4 218 2323

5 ПД 4,8 181 2118

ЭНО ИМТГФА ОЭК-2 1 14,6 8,2 184 2505

3 14,9 5,7 185 2471

5 16,7 4,6 187 2393

Образцы для испытаний на ударную вязкость и изгиб, изготовлены методом заливки в формы с последующим отверждением по ступенчатому режиму. Ударную вязкость определяли на приборе типа Динстат по ГОСТ 14235-69, прочность при изгибе - на испытательной машине GOTECH AL-7000S по ГОСТ 25.604-82.

Снижение частоты пространственной сетки при введении модификаторов практически всегда приводит к увеличению разрушающего напряжения при изгибе и ударной вязкости по сравнению с немодифицированной системой. При использовании полифункциональных модификаторов эти показатели несколько выше, чем при введении в состав композиции монофункциональных. Повышение прочности при изгибе, вероятно, связано также со снижением остаточных напряжений, что приводит к более стабильным показателям при испытаниях и сходимости результатов. Также это явление можно объяснить наличием в активных разбавителях гибких фрагментов, дающих менее дефектную структуру благодаря поглощению энер-

гии разрушения эластичной фазой, что приводит к более полному протеканию релаксационных процессов [1].

Табл. 2. Прочность при растяжении и относительное удлинение микропластиков на основе модифицированных эпоксиноволачных связующих

Состав Содержание модификатора, % Ор ,МПа 8, %

ЭНО ИМТГФА 0 361 1,30

ЭНО ИМТГФА ОЭА 5 371 1,33

10 403 1,86

15 456 1,49

20 407 1,38

ЭНО ИМТГФА ГЭ-1 5 399 1,26

10 402 1,34

15 416 1,4

20 469 1,84

СВ-425 ИМТГФА ГЭ-2 5 376 1,38

10 425 1,9

15 462 1,4

20 318 1,29

СВ-425 ИМТГФА ОЭК-1 1 419 1,94

3 378 1,48

5 391 1,49

СВ-425 ИМТГФА ОЭК-2 1 449 1,56

3 452 2,03

5 395 1,33

На основе изученных модифицированных связующих получены опытные образцы микропластиков. Изучение их прочностных характеристик и относительного удлинения при растяжении позволило выявить оптимальные композиции для создания армированных композиционных материалов.

Технология получения микропластиков проходила по следующим стадиям: на угольную нить наносилась заранее приготовленная композиция путем протаскивания нити через ванночку со связующим. Затем излишки связующего отжимались валками. Далее нить нарезалась на отрезки необходимой длины, закладывалась на заранее подготовленную плиту и помещалась в термошкаф, где выдерживалась при температуре 180°С 2 часа. После образец охлаждался вместе со шкафом до комнатной температуры. Содержание связующего в образце микропластика находилось в пределах 33-37%. Определение прочности образцов углепластиков и относительного удлинения при растяжении при нормальной температуре осуществлялись по ГОСТ 25.601-80 на испытательной машине ООТЕСН АЬ-70008. Испытания прово-

дились при скорости 20 мм/мин. В табл. 2 приведены значения прочности при растяжении и относительного удлинения полученных образцов микропластиков.

Как видно из данных табл. 2, прочность при растяжении модифицированных микропластиков существенно выше (на 25-30%) по сравнению с немодифицированными. Наиболее высокие значения прочности достигнуты при введении 15-20% глицидиловых эфиров и небольших количеств олиго-эфиркарбонатов. На относительное удлинение модификаторы также оказывают значительное влияние. В частности, добавление 3% ОЭК-1 увеличивает относительное удлинение от 1,3% для немодифицированного микропластика до 2,03% для модифицированного соответственно.

Таким образом, показано, что использование олигомерных модификаторов позволяет повысить деформационно-прочностные характеристики эпоксиноволачных связующих и углепластиков на их основе. Разработаны модифицированные связующие, проведена оптимизация их составов и изготовлены опытные образцы углепластиков с улучшенными свойствами.

Библиографические ссылки

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

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

3. Зеленский Э.С., Куперман А.М., Горбаткина Ю.А., Иванова-Мумжиева В.Г., Берлин A.A. Армированные пластики - современные конструкционные материалы. - Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001, т. XLV, № 2, с. 56-74.

4. Углеродные волокна: Пер. с япон./ Под ред. С. Симамуры,- М.: Мир, 1987304 с.

УДК 667.6:628.978.3

Н.Е. Шерстнева, Н.А. Карапузова, М.В. Антонова, Н.А. Апанович Российский химико-технологический университет им. ДИ. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОКРУЖНОЙ СКОРОСТИ НА ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ЛЮМИНОФОРСОДЕРЖАЩИХ

ВОДНОДИСПЕРСИОННЫХ СУСПЕНЗИЙ

This work is devoted to investigation of effect peripheric speed on dispersion of phosphor containing water disperpertion suspensions. There is shown that with small shear stress created with disk mixer at speed of no more 4 m/sec the process isn't effective. It was found that with processing speeds more 10,4 m/sec phosphor based on strontium aluminate decomposes at disper-