Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Физико-химические и термомеханические аспекты технологии получения конструкционных стеклопластиков 9
1.1 Конструкционные пластики, армированные стекловолокном 9
1.2 Влияние структуры стеклянных волокон на упруго-прочностные свойства композитов на их основе 12
1.3 Физико-химическая совместимость компонентов стеклопластика 15
1.4 Термомеханическая совместимость компонентов стеклопластика 24
1.5 Выводы 30
Глава 2 Факторы, определяющие прочность стеклопластиков. Методология исследования 32
2.1 Факторы, определяющие прочность и деформативность стеклопластиков 32
2.2 Влияние состава и технологи получения на развитие по-врежденности конструкций из стеклопластиков в процессе эксплуатации 35
2.3 Применение ДМА для исследования состава и режима отверждения стеклопластиков 44
2.4 Экспериментальные методы оценки основных физико-механических свойств стеклопластиков 50
2.5 Выводы 54
Глава 3 Разработка метода прочностного моделирования изде лий цилиндрической формы малого диаметра 56
3.1 Применение спирали Архимеда для прочностного модели рования изделий цилиндрической формы малого диаметра 56
3.2 Оценка количественного влияния структурно-напряженного состояния стеклопластикового стержня на прочность 62
3.3 Аналитическая оценка влияния скорости отверждения и температуры полимеризации на монолитность изделия 72
3.4 Аналитическая оценка развития поврежденности и срока службы конструкционного стеклопластика 76
3.5 Выводы 85
Глава 4 Экспериментальные исследования по составу компози ции и режимам отверждения 87
4.1 Связь состава эпокси-диановой композиции с эксплуатационными характеристиками 87
4.2 Регулирование состава компонентов стеклопластика конструкционного назначения и выбор режима отверждения 93
4.3 Проверка адекватности предложенной модели 101
4.4 Выводы 109
Глава 5 Рекомендации для технологического процесса 111
5.1 Технологический процесс производства стеклопластикового изделия 111
5.2 Технологические параметры процесса отверждения 114
5.3 Повышение качества изделия 115
5.4 Выводы 117
Основные выводы 118
Литература 119
Приложение
- Влияние структуры стеклянных волокон на упруго-прочностные свойства композитов на их основе
- Влияние состава и технологи получения на развитие по-врежденности конструкций из стеклопластиков в процессе эксплуатации
- Оценка количественного влияния структурно-напряженного состояния стеклопластикового стержня на прочность
- Регулирование состава компонентов стеклопластика конструкционного назначения и выбор режима отверждения
Введение к работе
Широкое практическое применение стекло пластиковых конструкций началось в конце пятидесятых годов прошлого столетия и с тех пор области их использования расширяются.
На сегодняшний момент можно смело утверждать, что стеклопластики являются самым распространенным классом полимерных композиционных материалов. Именно для стеклопластиков разработаны различные модели прогнозирования упруго-прочностных свойств, условия монолитности, позволяющие оптимально подобрать состав компонентов материала и обеспечить их совместную работу. Однако, несмотря на достаточное освещение проблемы, нет единого мнения о комплексном влиянии различных технологических и структурных факторов, таких как температура, время отверждения, диаметр изделия, на эксплуатационные характеристики конструкционных стеклопластиков. Влияние вышеуказанных факторов связывается многопараметрическим анализом компонентного состава композиции, режимов совмещения и структурообразования в материале, дефектностью структуры, возможными механизмами разрушения, масштабным фактором и т. п.
Несмотря на то, что вопросы долговечности и механики разрушения для композитов вообще и для стеклопластиков в частности достаточно описаны в литературе (Н. Н. Трофимов, М. 3. Канович, П. Г. Бабаевский, С. Л. Рогинский, В. А. Калинчев, М. С. Макаров и др.), процессы взаимодействия, протекающие в материале, их кинетика и динамика не до конца изучены. Таким образом, исследование комплексного влияния структурных и технологических параметров на уровень внутренней напряженности, механику разрушения, а, следовательно, на срок службы материала является актуальной задачей современного композиционного материаловедения.
Стержневые стеклоштастиковые конструкции получили широкое практическое применения в различных отраслях промышленности. Особенность
применения стержневых элементов связана с разнообразием типоразмеров данных элементов (в частности их диаметров), что существенно затрудняет систематизацию выявления взаимосвязи структура — технология — свойства. Следовательно, целью представленной работы является исследование комплексного влияния геометрических и технологических факторов на структурно-напряженное состояние конструкционных стеклопластиков. Достижению поставленной цели служит решение комплекса задач:
исследовать влияние состава конструкционного стеклопластика на развитие структурной поврежденности и уровень упруго-прочностных свойств;
установить связь температурно-временного режима отверждения и геометрии изделия с уровнем внутренней напряженности материала;
разработать математическую модель прогнозирования прочности стек-лопластикового элемента малого диаметра;
установить зависимость упруго-прочностных свойств стеклопластико-вого стержня от комплексного влияния структурных и технологических факторов;
разработать рекомендации к изменению существующей промышленной технологии получения стеклопластиковых изделий с целью минимизации влияния структурных и технологических факторов на качество готового изделия.
Решение поставленных задач в работе осуществлялось с применением экспериментальных методов:
исследование кинетики отверждения эпоксидных композиций различного состава методом дифференциальной калориметрии;
изучение кинетики изменения вязко-упругих свойств композита в процессе отверждения методом динамического механического анализа;
определение физико-механических характеристик посредством разрушающих испытаний.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Установлена связь температурно-времен но го режима отверждения и геометрии изделия с уровнем внутренней напряженности материала.
Разработана математическая модель, функционально связывающая прочность связи на границе раздела волокно-матрица, структурную дефектность, уровень внутренних напряжений с температурно-временными режимами отверждения, что позволяет качественно оценить срок эксплуатации стержневых стеклопластиков, рассчитать основные физические показатели с учетом диаметра изделия, решить обратную задачу.
Проведена аналитическая оценка уровня напряженности в стеклопла
стиках, на основе чего установлена взаимосвязь развития поврежден-
ности и срока службы конструкционного стеклопластика с уровнем
напряжений на границе раздела волокно-матрица, предложен механизм
разрушения в соответствии с разработанной моделью.
Практическая значимость работы заключается в разработанном ком
плексе технологических и конструкционных решений, позволяющих обеспе
чить получение стеклопластиковых стержневых элементов с хорошим
уровнем эксплуатационных показателей.
Предложен режим отверждения стеклопластиковых изделий малого сечения на примере центрального силового элемента оптоволоконного кабеля, обеспечивающий получение композита с минимальным уровнем напряжений.
Предложен комплекс мероприятий, позволяющий данный техпроцесс сделать экономически эффективным.
Усовершенствован метод проектирования технологических режимов новых изделий путем введения метода динамического механического анализа.
Результаты работы внедрены в промышленном производстве (ООО "БЗС", г. Бийск) и в учебном процессе АлтГТУ на кафедре физики и технологии композиционных материалов (ФиТКМ).
Результаты проведенных исследований были представлены на открытом конкурсе на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях РФ "Химические науки, химическая технология, биотехнология, биоинженерия, химическое машиностроение" Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, 2002 г. (работа отмечена грамотой); на IX (2003 г.) и X (2004 г.) международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Современные техника и технология", г. Томск; IV городской научно-практической конференции молодых ученых "Молодежь - Барнаулу", г. Барнаул, 2003 г. (работа отмечена дипломом), на региональной научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых "Наука. Техника. Инновации" - НТИ-2002, г. Новосибирск (работа отмечена дипломом), на второй Сибирской Студенческой LEOS конференции-конкурсе, г. Новосибирск, 2003 г. (работа отмечена дипломом), на XXXIII Уральском семинаре, г. Миасс; на III Всероссийской научно-практической конференции, г. Пенза.
Влияние структуры стеклянных волокон на упруго-прочностные свойства композитов на их основе
В настоящее время существует множество моделей, описывающих строение стеклянных волокон (СВ) (кристаплитная теория строения стекла А. А. Лебедева [9, 65, 66], теория ближнего порядка П. П. Кобека [65, 66], теория сетчатого строения стекла В. Захариазена [2, 9], агрегативные теории строения стекла Е. Бергера и О. К. Ботвинкина [2, 9, 65] и т. д.), анализ которых дает более полное представление о свойствах волокон и их поведение в пластике.
Сопоставляя данные теории строения стекол, можно сказать, что силикатные стекла представляют собой аморфные твердые тела, возникшие из многокомпонентной и структурированной в процессе охлаждения жидкости со структурой, фиксированной при температуре стеклования, микрогетерогенные по своему химическому и структурному составу.
При комнатной температуре, нормальной атмосферной влажности и достаточно высокой скорости нагружения СВ ведут себя при растяжении как хрупкое тело и подчиняются закону Гука вплоть до разрушения, иначе говоря, между напряжением и относительной деформацией сохраняется пропорциональная зависимость [46, 103] (рисунок 1.1).
А. Гриффите определяя прочность стеклянных волокон различного диаметра, установил, что их прочность возрастает по мере уменьшения диаметра [11, 42, 105]. Это возрастание он объяснил ориентацией молекулярных групп стекла в поверхностном слое определенной толщины. При переходе к более тонким волокнам влияние ориентированного слоя на механические характеристики волокна возрастает по мере увеличения отношения периметра к поперечному сечению образца. В тонких волокнах находящиеся на поверхности молекулярные группы испытывают максимальное притяжение, и такое состояние обеспечивает стабильность и прочность поверхностных слоев стеклянных волокон, что затрудняет развитие трещин.
Исследования так же показали, что тонкие СВ обладают большими удлинениями, чем волокна повышенного диаметра [8, 18]. Относительное удлинение волокон диаметром 5-7 мкм равно 3-4 %, диаметром 15-20 мкм 1,5-2 %. Волокна диаметром 40-50 мкм способны удлиняться только на 0,8-1,0 %, а диаметром 100 мкм - всего на 0,25-0,3 %, Тонкие волокна менее дефектны, суммарная площадь контакта волокно-матрица у них больше (рисунок 1.2) [13]. Прочность при растяжении ориентированных стеклопластиков определяется, прежде всего, количеством и прочностью армирующего материала, адгезионной и когезионной прочностью связующего, его модулем упругости и относительным удлинением [24, 30, 37, 80]. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении стеклопластика от содержания волокна приведена на рисунке 1.3.
Согласно исследованиям, для достижения наибольшей прочности при растяжении однонаправленного СП, степень армирования должна находиться в пределах 80 %, а использование тонких волокон (до 8 мкм) дает менее дефектный материал.
От объемного содержания волокна в композите зависит и модуль упругости. На рисунке 1.4 представлена зависимость между прочностью при растяжении и максимальном удлинении стеклопластиков при различном содержании в них стеклянных волокон щелочного состава. Поскольку диаграмма растяжения стеклопластиков в направлении волокон имеет линейный характер почти до разрушения материала, то тангенс угла наклона прямых на рисунке 1.4 представляет модуль упругости [82].
Изменение модуля упругости при изменении содержания стекловолокна в материале легко объяснимо: прочность стеклопластика возрастает по мере увеличения содержания стекловолокна, а удлинение материала остается постоянным; в связи с этим увеличивается модуль упругости. Естественно, что чем прочнее склейка и чем выше упругие и прочностные свойства клеящей среды, тем больше нужно приложить усилия, чтобы растянуть армированный пластик, следовательно, тем выше будет измеряемое значение модуля упругости.
Следует отметить, что для стеклопластиков не следует повышать относительное содержание СВ в материале выше 75-80 % (объемных) [86], так как при этом не обеспечивается хорошая пропитка стеклоткани, ухудшается адгезионная связь волокон с полимерным связующим и уменьшается прочность.
Роль физико-химической совместимости компонентов СП легко проследить при рассмотрении процесса создания КМ. При использовании любого метода основными технологическими этапами являются совмещение компонентов (пропитка) и формование изделия (отверждение). На рисунке 1.5 представлены основные стадии технологического процесса получения ПКМ. Важнейшими факторами, влияющими на структуру и свойства КМ, являются условия пропитки и отверждения. Правильный учет и подбор всех технологических параметров позволяет достичь в готовом изделии однородной структуры, минимального уровня остаточных напряжений, высокой степени завершенности процессов отверждения и т. д., то есть получить высококачественное изделие.
Технология сочетания твердых наполнителей с полимерами зависит от структуры, размеров наполнителя, а также природы, вязкости и состояния полимерного связующего. Основные параметры процесса пропитки — это продолжительность контакта связующего с наполнителем, температура пропиточной среды, а также давление и натяжение армирующего наполнителя. Качество пропитки определяется глубиной проникновения связующего, заполнением пор, содержанием связующего и равномерностью его распределения [1, 7, 119]. Особое значение имеют технологические характеристики связующего, в частности его вязкость. Если вязкость связующего велика или резко повышается в процессе пропитки, возможно появление дефектов из-за неполного смачивания. Таким образом, получение конкретных показателей пропитанного наполнителя - цель, достигаемая путем выбора технологии пропитки, соответствующего оборудования и поддержания требуемых технологических параметров, основными из которых являются: время пропитки и режимы отверждения (в частности, температуры и скорости отверждения).
Рассмотрение основных закономерностей процесса пропитки необходимо для выяснения движущих сил и механизма взаимодействия связующего с подложкой и влияния технологических параметров пропитки на это взаимодействие. Теоретические предпосылки позволят сформулировать практические рекомендации, которые можно осуществлять для увеличения скорости и улучшения качества пропитки. В процессе пропитки важнейшую роль играют явления смачивания твердых тел жидкостью и растекания жидкостей по поверхности твердых тел [3, 6, 14, 41], так как на этом этапе образуется физический контакт между фазами, и формируются межатомные связи на границе раздела.
Влияние состава и технологи получения на развитие по-врежденности конструкций из стеклопластиков в процессе эксплуатации
В зависимости от того, в какой степени будет использована исходная прочность стеклянных волокон в стеклопластике, физико-технические показатели его, в том числе и прочность, могут быть различными. Даже при одном и том же количественном содержании стекло волокнисто го армирующего материала в стеклопластиках, изготовленных на основе пластмасс с одинаковой когезионной прочностью, но при различных технологических условиях, могут быть получены изделия с отличающимися показателями прочности.
Как известно, отверждение включает две стадии. На первой происходит потеря смесью растворимости и текучести вследствие образования трехмерной сетки макромолекул. Продолжительность реакции до точки гелеобразования определяет возможность переработки полимерного материала, так как после точки гелеобразования система теряет текучесть, растворимость и, следовательно, способность к формованию. Кинетика отверждения и роста вязкости смеси на начальной стадии зависит от механизма отверждения [15, 74, 78, 81, 97]: при отверждении по механизму полимеризации в начальной стадии процесса наблюдается длительный индукционный период, при котором вязкость существенно не изменяется; при отверждении по механизму поликонденсации индукционного периода нет, и вязкость с момента введения отвердителя до точки гелеобразования непрерывно возрастает. На второй стадии отверждения происходит окончательное структурирование системы [15, 45]. Скорость отверждения после точки гелеобразования постепенно снижается вследствие ис-черпания функциональных групп и резкого торможения диффузионных процессов, снижения сегментальной подвижности отверждаемого полимера.
Кинетика отверждения зависит от типа связующего и отвердителя, а также от толщины изделия (рисунок 2.1), и температуры процесса. Для полного отверждения необходимо, чтобы температура была выше температуры стеклования предельно отвержденного полимера.
Анализ рисунка показывает, что при увеличении диаметра изделия необходимо снижение скорости прохождения изделия через зоны отверждения, с целью снятия напряжений в материале. Применение дополнительных внешних воздействий на процесс отверждения ведет к более сложной зависимости, о чем свидетельствует кривая 2 на рисунке 2.1, поэтому к их использованию следует подходить более осторожно.
Итак, одной из особенностей полимеров на основе отверждающихся синтетических смол является их склонность к образованию значительных по величине остаточных напряжений. Величина и распределение остаточных напряжений определяется не только термоупругими характеристиками компонентов и их соотношением в материале, но и технологическими параметрами отверждения, такими как температура, скорость ее изменения, продолжительность стадий нагрева и охлаждения и т. п.
Уровень температуры отверждения в связи с этим и с учетом типа применяемого связующего выбирается таким образом, чтобы обеспечить заданные требования по физико-механическим характеристикам отвержденной матрицы в КМ, с одной стороны, а с другой — создать оптимальную связь на границе раздела между компонентами, с учетом конкретных условий, вытекающих из разнородности КТЛР компонентов материала, при этом необходимо учитывать, что температура в пластике меняется несколько иным способом, чем температура в полимеризаторах (рисунок 2.2) [45].
Ступенчатое регулирование температуры в полимеризаторах (кривая 2 рисунок 2.2) способствует более равномерному нагреву изделий, и протеканию релаксационного процесса. При этом уровень температуры в СП "отстает" от уровня температуры в камерах (кривая 1), несмотря на это, его не следует превышать определенного значения. Ориентировочно композиции общего назначения отверждаются при температуре 120-135 С, теплостойкие системы — при 170-190 С, доотверждение может проводиться при 200 С.
Согласно литературным данным [47, 69], остаточные напряжения, возникающие в СП вследствие термической усадки связующего, пропорциональны разности между температурой отверждения и комнатной температурой. С повышением температуры отверждения возрастает нагрузка, необходимая для разрушения связи между СВ и полимерным связующим — возрастает кажущаяся прочность связи. Однако вследствие усадки в полимерном связующем, кроме радиальных сжимающих напряжений, возникают растягивающие напряжения в осевом направлении. При дальнейшем повышении температуры отверждения эти напряжения могут привести к растрескиванию отвержденного связующего еще до приложения внешней нагрузки и, в конечном итоге, к уменьшению "кажущейся" прочности связи.
С точки зрения возникновения напряжения большую роль играют температурные перепады в процессе отверждения. Резкое повышение или снижение температуры приводит к образованию напряжений. При этом наблюдается неравномерность температурного поля и температурных деформаций в компонентах КМ и, как следствие, нарушение структурной целостности связующего на контакте полимер-волокно. Это можно объяснить тем, что при резком повышении температуры процесс сшивания полимера начнется сразу во многих точках и часть функциональных групп может при этом остаться непрореагировавшими.
Оценка количественного влияния структурно-напряженного состояния стеклопластикового стержня на прочность
В первом приближении мы считали структуру композита идеальной, однако в реальном материале существуют дефекты, которые существенно снижают физико-механические характеристики. В связи с чем, используем коэффициент М — критерий монолитности для уточнения значения прочностных показателей. Данный коэффициент является результатом расчетов, выполненных в соответствии с теорией монолитности, которая представляет собой систему из четырех неравенств.
Первое неравенство (3.9) является критерием прочности межу волокном и матрицей, важность данной величины показана в первой главе, именно от нее зависит: получим ли мы работоспособный композит. Связь адгезионной прочности с прочностью материла представлена на рисунке 3.4,
При значении т1(Ж 0 прочность системы отсутствует, т. е. система работает на уровне смеси, тогда согласно модели, мы имеем дело с прочностью пучка несвязанных волокон, а физическое взаимодействие между слоями отсутствует. При достижении хлок некоторого значения, равного хид, прочность системы от состояния на границе раздела не зависит, а определяется свойствами компонентов, что и учитывает предлагаемая модель.
Связь между свойствами материала и адгезионной прочностью появляется тогда, когда слабым местом в системе является граница раздела, или, когда разрушение в системе или в материале начинается на границе раздела. При незначительной адгезионной прочности (область I), прочность системы монотонно растет с ростом хлок (тД( г). При высоких значениях хадг (область III), прочность композита может снижаться. где хадг— адгезионная прочность; оу - прочность волокна; F/- относительное содержание наполнителя; Кц— коэффициент использования прочности наполнителя; \іт— коэффициент Пуассона связующего. Если адгезионная прочность достаточна, то система работает как композит, и здесь начинают играть роль физико-химические характеристики компонентов. Таким образом (3.10-3.12) уравнения предъявляют требования к физико-механическим характеристикам связующего. Второе уравнение (ЗЛО) задает требования к прочности связующего, которая играет особую роль при работе материала на сжатие. Третье уравнение (3.11) предъявляет требования к модулю упругости, а значит и к жесткости матрицы, к ее способности перераспределять нагрузку, что является немаловажным, т. к. иначе, напряжение может увеличиться между слоями системы, что приведет к расслаиванию и разрушению материала. где Ет — модуль упругости связующего при растяжении; Е/ - модуль упругости волокна при растяжении. И, наконец, четвертое уравнение (3.12) задает требования к деформатив-ности матрицы, что особенно важно при действии растягивающих нагрузок. От деформативности будет зависеть насколько слои равномерно растянуться и каким образом они будут отставать друг от друга при растяжении. Поведение проектируемой модели описывается при выполнение данных неравенств. Таким образом решение данной системы позволит представить требования к связующему, которое отвечает требования рассматриваемой модели. Для решения неравенств (3.9-3.12) необходимо задать коэффициенты правой части уравнений (таблица 3.4). Коэффициент использования прочности стекловолокна примем равным 0,9, исходя из того, что стекловолокна могут реализовывать себя на 90 %, согласно литературному обзору. Относительное содержание наполнителя в композите F/=0,8, согласно проведенным исследованиям (см. главу 1). Коэф-фицент Пуансона в соответствии с теорией Трофимова возьмем ц,т=0,7, т. к. данная величина должна обеспечивать полную реализацию указанных выше свойств. При решении уравнений (3.9-3.12) получаем следующую систему неравенств: Выполнение данных неравенств или приближение к ним обеспечивает высокую прочность материала, и его поведение можно будет описать согласно модели. Отклонение от условий монолитности приведет к преждевременной потере сплошности и устойчивости системы. Для дальнейшего решения системы (3.13) подставляем свойства волокон алюмоборсиликатного стекла (ровинги из стеклянных нитей марок РБН, РБТ по ГОСТу 17139 или марки ЕС по ТУ 6-48-00205009-116 на замаслива-телях 78 или 80) (таблица 3.5) в уравнения. Однако, в связи с тем, что ни одно из современных связующих не удовлетворяет заданным требованиям, вводится критерий монолитности, а это как раз та величина, на которую необходимо помножить полученное по модели значение предела прочности на растяжение. где М - критерий монолитности, hi - коэффициент соответствия характеристик связующих условиям монолитности, pi коэффициент значимости характеристик связующего. В таблице 3.6 представлены коэффициенты значимости характеристик связующего, а в таблице 3.7 коэффициенты соответствия характеристик эпоксидного связующего условиям монолитности, согласно проведенным расчетам.
Регулирование состава компонентов стеклопластика конструкционного назначения и выбор режима отверждения
Анализ режима отверждения эпоксидного связующего позволяет более грамотно, с точки зрения структуры, подойти к выбору режима отверждения стеклопластиковой композиции. Таким образом, необходимо провести дополнительные экспериментальные исследования с целью получения конструкционного материала с наименьшим количеством дефектов и напряженности в структуре. В качестве объекта исследования выбрана эпоксидная композиция, содержащая ускоритель УП-606/2, 82 86 грамм отвердителя Изо-МТГФА на 100 грамм смолы ЭД-22. В качестве армирующего элемента используется стеклоровинг. Во-первых, идет уточнение количества ускорителя в ПКМ, т.к. введение наполнителя вносит свой вклад в структуру матрицы. Согласно результатом исследований, оптимальным количеством отвердителя для соединений является 80% от стехиометрического, что входит в расчетный диапазон. Следует отметить, что в отсутствии ускорителей отверждение ЭД-22 идет при повышенном температурном режиме 160/1ч.+225/2ч. Снижение температуры отверждения достигается введением в состав эпоксидной композиции ускорителей УП 606/2 (2,4,6 — тридиметшгаминометил) в количестве 1 масс. ч. на 100 масс. ч. ЭД-22. УП 606/2 (1 масс, ч.) снижает температуру до 150 С, что хорошо видно на кривой отверждения (рисунок 4.4). Таким образом присутствие ускорителя позволяет не только снизить температуру отверждения, но и уменьшить время прохождения композита первоначального процесса полимеризации. Данные кривые получены в результате исследования кинетики отверждения эпоксидных композиций методом дифференциальной калориметрии.
Дальнейшие исследования ведутся в районе 1 масс. ч. ускорителя, согласно исследованиям, изложенным выше. Таким образом, объясняется дальнейшее проведение анализа на основе использования композиции №1, представленной в таблице 4.4. Далее идет уточнение выбранного количества ускорителя до десятой доли, что целесообразно использовать в производственных условиях. Более точные значения труднее реализовать в производстве. Регулирование процентного содержания ускорителя проводилось при постоянных технологических параметрах процесса. Дозирование УП-606/2 производилось объёмным методом с помощью шприца дозатора. Содержание УП-606/2 и параметры связующего указаны в таблице 4.5. Условную вязкость связующего определяли по ГОСТу 8420, используя вискозиметр ВЗ-1 (с соплом 5,4 мм) по ГОСТу 9070, при температуре 38±2С. Время желатинизации определяли по ГОСТу 901-75, при температуре 120±2С. Температура разрушения определялась по методике 2296-005 20994511 (ОООмБЗС"). Зависимость теплостойкости от количества ускорителя представлена на рисунке 4.5. Анализ показывает, что представленная зависимость имеет максимум. Это означает, что существует оптимальное количество ускорителя для определённой рецептуры связующего. В данном случае, для получения более высокой теплостойкости изделия работающего на растяжение, количество ускорителя необходимо брать равным 0,9 %.
Целью следующего эксперимента является исследование влияния скорости и энергии активации на процесс отверждения. В качестве объекта исследования выступали стеклопластиковые образцы, изготовленные пропиткой стеклянных волокон ацетоновым раствором связующего с помощью лабораторной пропиточной установки. Исследования проводили с помощью изотермического калориметра. Начальные скорости процесса отверждения определяли из дифференциальных кривых. Кривые зависимости конверсии функциональных групп от времени получили интегрированием кривых тепловыделения, принимая величину полного тепловыделения 108 КДж / моль. Константа скорости реакции описывается уравнением Аррениуса: k=k0xexp [-ДЕ/Д7], (4.1) где к 0 — константа; ЛЕ - энергия активации реакции; R — газовая постоянная; Г—температура. АЕ = ДГ-//Д ; ДЕ = 21,05 КДж/моль к По энергии активации можно судить об эффективности отвердителя. Из проведенных исследований получены кинетические кривые отверждения стеклопластиковых препрегов при различных температурах, которые представлены на рисунке 4.6. Из рисунка видно, что начальные скорости реакции отверждения подчиняются аррениу сове кой зависимости, а это свидетельствует о кинетической однородности (однофазности) релаксационного поведения протонов полимерного материала в стеклопластике, следовательно о структурной микрооднородности полимерного материала.
