Мамонтов С.А., к.т.н. Киселева О.А.

ФГБОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет

Термическое расширение ДСП, подверженных тепловому и световому старению

Расширение - сжатие является универсальным физическим явлением и наблюдается для всех твердых тел, состоящих из молекул и атомов. Атомы и молекулы колеблются при любой температуре выше абсолютного нуля. Чем выше температура, тем выше амплитуда колебаний, что увеличивает эффективный объем предметов [1].

Известно, что в процессе изготовления полимерных композиционных материалов в них в результате ускоренного твердения (застывания) возникают внутренние напряжения, кроме того имеются остатки недоотвержденного связующего и свободные связи. Таким образом, материал находится в неравновесном состоянии. При его нагревании происходит распрямление молекулярных цепочек полимера, атомы и молекулы стремятся занять наиболее энергетически выгодное положение [2].

Длительное действие внешних факторов в процессе старения (влаги, температуры, механической нагрузки и т.д.) создает возможность для релаксации внутренних напряжений за счет изменения структуры материала. В свою очередь, это сказывается на термическом расширении композита и на величине коэффициента линейного термического расширения (КЛТР) [1, 2].

На рисунке представлены дилатометрические кривые древесностружечных плит, подверженных тепловому старению и УФ-облучению. Проследим, как эти факторы сказываются на их термическом расширении и на величине КЛТР (таблица 1).

Разброс дилатометрических кривых на графиках свидетельствует об изменениях структуры композита. Наблюдаемая при температурах выше 60-80⁰С термическая усадка образцов говорит о фазовых изменениях, происходящих в полимерном композитном материале. В термореактивном полимерном связующем при повышенной температуре протекают реакции сшивки цепей макромолекул, т. е. его доотверждение [3].

Длительное действие повышенной температуры приводит к удалению влаги из материала, в результате чего незначительно повышается его жесткость. Образец, подверженный 10 ч. теплового старения при 80⁰С, практически не расширяется, а коэффициент термического расширения снижается на порядок (таблица 1).

Таблица 1- Влияние теплового старения (80⁰С) и УФ-облучения на величину коэффициента линейного термического расширения ДСП, α (1/⁰С).

	Продолжительность действия фактора старения
	0	10	50	100	150	300
Тепловое старение	1,78х10^-4	6,43х10^-5	8,65х10^-5	1,66х10^-4	1,40х10^-4	3,06х10^-4
УФ-облучение	1,78х10^-4	2,9х10^-4	4,2х10^-4	1,75х10^-4	2,1х10^-4	1,73х10^-4

Более длительное прогревание нарушает структуру композита на границе «связующее - древесный наполнитель» в результате чего увеличиваются температурные деформации и растет коэффициент линейного термического расширения. После 300 часов теплового старения величина КЛТР увеличивается в 1,7 раза.

Наблюдаемое смещение температуры перехода (с 60 до 100⁰С) с увеличением продолжительности старения говорит об увеличении количества свободных связей из-за деструкции молекулярных цепей. По-видимому, для того, чтобы в таких условиях прошла реакция доотверждения, требуется более высокая температура.

Фотоокислительные реакции, протекающие в поверхностных слоях композита в течение 50 ч. УФ-облучения, создают большое количество дефектов структуры, поскольку энергии ультрафиолетовых волн достаточно для разрушения большинства полимерных связей [3]. Отсутствие сдерживающих связей способствует росту теплового расширения ДСП примерно в 2,5 раза (таблица 1).

Экспериментально установлено, что продолжительное фотостарение вызывает разогрев материала до температуры 30⁰С. Таким образом, одновременно с фотоокислением в композите протекают термоокислительные реакции, вызывающие, возможно, его дополнительное структурирование. Поэтому после 300 ч. облучения наблюдается восстановление величины КЛТР до первоначального значения и соответственно уменьшение его термического расширения.

Литература:

1. Новикова, С.И. Тепловое расширение твердых тел. Монография. М.: Изд. «Наука», 1974 – 294 с.

2. Азаров, В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. Учебник для вузов. СПб.: СПбЛТА, 1999. 628 с.

3. Павлов, Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. М.: Химия, 1982. -220 с.