Хімія і хімічні технології/1

К.т.н., доц. Пашинський Л.М., к.т.н. Гарматюк Р.Т.

Кременецький обласний гуманітарно-педагогічний інститут

ім. Тараса Шевченка, Україна

ВПЛИВ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПОЛІВ НА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІМЕРКОМПОЗИТІВ

В багатьох галузях машинобудування при використанні композиційних матеріалів велика увага приділяється створенню нових полімеркомпозитів та сфері їх постійного застосування. Фізико-механічні властивості полімеркомпозитів в значній мірі залежать від характеру взаємодії між полімерною матрицею і фізичними властивостями наповнювачів в гетерогенній системі. Шляхом взаємоможливих поєднань складових елементів структурної побудови неоднорідних систем з використанням впливу енергетичних полів можна створити композити з широкими фізико-механічними властивостями часто не притаманними кожному окремо взятому компоненту[1]. Вивчення процесів, що відбуваються під дією зовнішніх факторів, в полімеркомпозиційних матеріалах дозволяє прогнозувати фізико-механічні властивості та визначити область їх можливого використання.

Об’єктом дослідження вибрано електропровідний полімеркомпозиційний матеріал на основі епоксидіанового олігомера ЕД-20 , який структурували амінним твердником – поліетиленполіамін (ПЕПА). В якості наповнювачів використано порошки пластинчастого графіту (ПГ) дисперсністю 40-120 мкм в кількості 210 мас.ч., технічного вуглецю (ТВ) - 40 мас.ч. та 20 мас.ч. феромагнітного «крокусу» дисперсністю 2-4 мкм на 100 мас.ч. епоксидного в’яжучого . Вплив ультразвукових коливань на властивості наповнених полімерних композицій досліджували на ультразвуковій установці при частоті коливань 22 кГц, амплітуді коливань 10 – 40 мкм і часі обробки – до 5 хвилин. При дослідженні впливу високочастотного електромагнітного поля (ВЧЕМП) проводили обробку змінним магнітним полем напруженістю 50 – 150 А/м при частоті 50 МГц і часі обробки – до 6 хвилин.

Серед різноманітних методів регулювання структури полімеркомпозитів крім введення в матрицю пластифікуючих інгредієнтів і дисперсних наповнювачів є обробка енергетичними полями [2, 3].

Для досягнення оптимальних фізико-механічних властивостей полімеркомпозитів проводили обробку енергетичними полями. Встановлено, що ультразвукова обробка (УЗО) сприяє покращенню фізико-механічних властивостей затверділого композиту (рис. 1) при оптимальному часі обробки τ_опт=3 – 4 хв, підвищуючи на 15-20% механічні властивості матеріалу внаслідок впорядкування структури, збільшення поверхні міжфазного контакту і числа активних центрів на поверхні наповнювача в результаті її звільнення під дією кавітації від адсорбованих речовин, зменшення кількості й величини пор.

Рис. 1. Залежність руйнівного напруження (1) ударної в’язкості (2) і модуля пружності при згині (3) композиту від тривалості УЗ обробки.

Даний метод відзначається високою швидкістю процесу, незначним температурним впливом, що в кінцевому випадку приводить до покращення структурних і деформаційних характеристик матеріалів. Також під час УЗ оброби відбувається дегазація епоксидної композиції, яка сприяє бездефектності матеріалу, особливо при використанні високонаповнених композицій з великим вмістом газових включень і високою в’язкістю .

Одним із способів отримання рівномірно розподіленої тиксотропної структури полімеркомпозитів є обробка магнітними полями [4, 5].

З цією метою проводили обробку ВЧЕМП. В результаті проведених досліджень встановлено, підвищення на 10% міцності, 5% модуля пружності при згині та 9% ударної в’язкості полімеркомпозитів при оптимальному часі обробки τ = 3-4 хв (рис. 2).

Рис. 2. Залежність руйнівного напруження (1) ударної в’язкості (2) і модуля пружності при згині (3) композиту від тривалості ВЧЕМ обробки.

При оптимальних режимах обробки магнітне поле відіграє роль диспергатора, який попереджає агрегацію структурних елементів та дозволяє сформувати орієнтовану просторову градку наповнювача в матриці. Крім того ВЧЕМ забезпечує нагрівання мікродисперсних частинок, підвищуючи можливість взаємодії макромолекул в’яжучого з активними центрами на поверхні наповнювача, що значно прискорює початок структуроутворення композиту.

Таким чином обробка композицій енергетичними полями дозволяє підвищити міцнісні характеристики покриття на 12-25% за рахунок формування тиксотропних структур наповнювача та кращого міжфазного зшивання гетерогенних полімеркомпозиційних систем.

Література:

1. Вольфсон С.А. Новые пути создания полимеркомпозиционных материалов / Вольфсон С.А // Ж-л Всесоюз. хим. об-ва им. Менделеева. – 1989. – Т.35, №5. – С. 816-819.

2. Тризно М.С. Клеи и склеивание / М.С. Тризно, Е.В. Москалев. – Л.: Химия, 1980. – 120с.

3. Лапицкий В.А. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков / В.А. Лапицкий, А.А. Крицук. – К.: Наукова думка, 1986. – 96 с.

4. Вонсовский С.В. Магнетизм. / С.В. Вонсовский – М.: Наука, 1984. – 214 с.

5. Соголова Т.И. Структурно-физические превращения полимеров и их зачение для переработки пластмасс // Ж-л Всесоюз. хим. об-ва им. Менделеева. – 1976. – Т.21, №5. – С. 216-222.