Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Хоанг Тхе Ву

Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами
<
Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Хоанг Тхе Ву. Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.06 / Хоанг Тхе Ву; [Место защиты: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева].- Москва, 2009.- 130 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2331

Содержание к диссертации

Введение

1. Обзор литературы 6

1.1 Отверждение эпоксидных смол 6

1.1.1. Отверждение эпоксидных олигомеров аминами 6

1.1.2. Исследование процесса отверждения эпоксидных смол 10

1.2. Модификация эпоксидных олигомеров 13

1.2.1. Упрочнение эпоксидных композиционных материалов эластомерами 13

1.2.2. Влияние способов введения каучуков на свойства эпоксидных полимеров 20

1.2.3. Адгезионные свойства эпоксидно-каучуковых полимерных композиций 23

1.2.4. Сополимер малеинового ангидрида 26

1.2.5. Модификация эпоксидных смол кремнийорганическими соединениями 29

1.3. Влияние наполнителей на свойства эпоксидных полимеров 32

1.3.1. Поверхностное взаимодействие наполнителя и эпоксидных материалов 33

1.3.2. Влияние наполнителей на физико-механические свойства эпоксидных композиционных материалов 37

2. Объекты и методы исследования. 39

2.1. Объекты исследования 39

2.2. Методы исследования 45

3. Результаты и их обсуждение 51

3.1. Отверждение эпоксидных олигомеров 51

3.2. Модификация эпоксидных олигомеров эластомерами 55

3.2.1. Влияние малеинизированного полибутадиена на свойства эпоксидных композиционных материалов 56

Выводы 118

Приложение 120

Литература 121

Введение к работе

Композиционные материалы на основе эпоксидных олигомеров нашли широкое применение благодаря высокой адгезии, высокой теплостойкости, малой усадке при отверждении и ряду других ценных свойств, что обеспечило их широкое использование в качестве герметизирующих составов, ремонтных материалов, компаундов и т.д.

Несмотря на большое количество эпоксидных соединений, их характеристики не всегда соответствуют требованиям современной техники, особенно при «холодном» отверждении. Поэтому получение эпоксидных материалов, обладающих улучшенными показателями, имеет важное научно-техническое значение.

Одним из способов регулирования свойств эпоксидных композиций является введение модификаторов. Использование модификаторов позволяет направленно изменять структуру эпоксидных композиций, которая наряду с параметрами эксплуатации определяет прочностные характеристики.

В настоящее время существуют достаточно эффективные модификаторы для эпоксидных связующих, наиболее распространенными из которых являются эластомеры. В отличие от других модификаторов эластомеры позволяют повысить ударные характеристики, понизить хрупкость материалов. Введение эластомеров в состав композиционных эпоксидных материалов позволяет регулировать свойства конечных материалов в широких пределах. Однако, эластомерные модификаторы плохо совмещаются с эпоксидными олигомерами, поэтому в настоящей работе использовались каучуки, содержащие реакционноспособные полярные группы.

Цель работы: Разработка композиционных материалов с улучшенными свойствами на основе эпоксидиановых соединений с регулируемыми технологическими и эксплуатационными характеристиками.

В соответствии с этим в диссертационной работе проводились исследования по следующим направлениям:

- Изучение и регулирование процессов отверждения и физико-
химических свойств эпоксидных олигомеров;

- Изучение влияния модификаторов различной природы на процесс
отверждения эпоксидных олигомеров и структуру образующейся полимерной
сетки.

- Разработка композиционных материалов на основе модифицированных
эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами.

Упрочнение эпоксидных композиционных материалов эластомерами

Краткая история развития промышленности упрочненных каучуками полимеров прослежена в работе [21] начиная с 1948 г., когда фирма «Кэмикал Компани» объявила о поставке на рынок новой ударопрочной марки полистирола. Упрочнение каучуками термореактивных полимеров впервые было осуществлено в начале 70-х годов. Большинство этих полимеров чрезвычайно хрупки и ранее считалось, что невозможно значительно увеличить их ударную прочность. Традиционные методы модификации таких полимеров (введение пластификаторов, применение эластичных эпоксидных олигомеров, а также отвердителей, придающих гибкость отвержденным полимерам) с образованием однородных структурных систем не позволяют получать конструкционные полимерные материалы с необходимыми физическими свойствами вследствие значительного снижения теплостойкости и твердости.

В работах [8, 30—33] показано, что хороших результатов можно достичь добавлением определенных жидких каучуков к эпоксидным олигомерам. Наилучшими модифицирующими свойствами обладают сополимеры бутадиена с акрилонитрилом, содержащие реакционноспособные группы, которые могут образовывать прочные химические связи с эпоксидными группами.

Сравнительная оценка модифицирующего действия полибутадиена и сополимера бутадиена с акрилонитрилом проведена в работе. Установлено различие в свойствах, которое авторы связывают с разной совместимостью каучуков с эпоксидной смолой.

При модификации эпоксидных смол, эластомер (обычно 5-20 мае. ч.) вводится в жесткую стеклообразную матрицу [21, 30]. В результате получается продукт, который обладает значительно большим сопротивлением разрушению, чем исходный полимер: возрастают ударная прочность, удлинение при разрыве и работа разрушения, понижается хрупкость. При этом неизбежно несколько уменьшаются модуль упругости и разрушающее напряжение при растяжении, теряется прозрачность и увеличивается вязкость расплава.

По совместимости с эпоксидными олигомерами, эластомерные модификаторы можно условно разделить на два типа. К первому относятся каучуки пластифицирующего или флексибилизирующего действия [24]. Основное условие эффективной пластификации — полная совместимость пластификатора с эпоксидным олигомером [25]. В этом случае температура стеклования и прочность эпоксидных покрытий снижается пропорционально концентрации введенного пластификатора. Используют преимущественно реакционноспособные каучуки с небольшой (до 1200) мол. массой [26]. При этом эпоксидно-каучуковая система является гомогенной и после отверждения, а флексибилизатор встраивается в эпоксидную сетку. Повышение деформационно-прочностных характеристик эпоксидного материалов при использовании каучуков - флексибилизаторов связывают с эффектом вязкоэластичности, возникающим благодаря гибкости цепей эластомера.

Пластификация каучуками может быть использована при получении порошковых красок [27]. Так, указывают на повышение деформационно-прочностных свойств покрытий на основе смолы Э-41 при введении в расплав совместимого с эпоксидным олигомером уретанового каучука СКУ-8ПГ [25].

К модификаторам второго типа относятся ограниченно совместимые с эпоксидной смолой каучуки. На принципе несовместимости основано получение так называемых гибридных или двухфазных систем. В них каучук распределен в матрице в виде дисперсной фазы с частицами микронной величины, которая обеспечивает повышенную устойчивость покрытий к ударным воздействиям. В этом случае зависимость температуры стеклования полимера от концентрации каучука имеет вид S-образной кривой, перегиб на которой соответствует области концентраций инверсии фаз [28].

К каучукам, используемым для модификации эпоксидных олигомеров, предъявляются определенные требования [29]. Они должны иметь температуру стеклования на 20 - 40 С ниже комнатной, образовывать в среде эпоксидного связующего дисперсную фазу оптимальной структуры или пластифицировать его.

Наибольшее распространение в качестве модификаторов получили бутадиеновые и бутадиенакрилонитрильные сополимеры с реакционными группами и мол. массой 3000 - 4000 [30]. Возрастание содержания нитрил ьных или других полярных групп, независимо от их положения в цепи, способствует, как правило, увеличению совместимости, расширению области гомогенного смешения, снижению размера выпавшей фазы и уменьшению вероятности преждевременного расслоения. В качестве реакционноспособных групп, обеспечивающих связь с эпоксидным полимером, могут быть карбоксильные, аминные, эпоксидные и др.

В работах [34 - 37] дан обзор публикаций, посвященных изучению структурных, морфологических особенностей, технологии приготовления эпоксидно-каучуковых композиций и результатам исследования их физико-механических свойств. Авторы показали, что каучук присутствует в матрице в виде дискретной, хорошо диспергированной фазы. Частицы эластомера, образовавшиеся в процессе отверждения эпоксидных олигомеров, обычно имеют сферическую форму, указывающую на то, что разделение фаз происходило в то время, когда система была еще текучей. Большие частицы дисперсной фазы иногда содержат инклюзии эпоксидного олигомера, но многие частицы, особенно мелкие, остаются гомогенными. Однако это не означает отсутствия эпоксидных олигомеров в фазе эластомера, а указывает лишь на то, что в результате реакции с концевыми карбоксильными группами сополимера бутадиена и акрилонитрила смола диспергирована очень тонко, возможно, на молекулярном уровне.

Адгезионные свойства эпоксидно-каучуковых полимерных композиций

В настоящее время эффект увеличения адгезионной прочности эпоксидных композиционных материалов введением в их состав каучуков хорошо известен [54 - 57]. В [57] показано, что адгезионная прочность эпоксидных покрытий зависит от многих условий. В том числе, она сильно зависит от наличия полярных групп, содержащихся в молекуле модификаторов. Установлено, что с увеличением содержания функциональных групп адгезионная прочность обычно повышается. Однако, влияние ряда факторов (условия совмещения эпоксидных олигомеров с каучуком, полярность модификатора, химическая природа, количество отверждающего агента и др.) на адгезионные свойства эпоксидно-каучуковых материалов исследовано явно недостаточно, а имеющиеся данные зачастую весьма противоречивы. Так; согласно [58], заметное повышение адгезионной прочности наблюдается при смешении эпоксидных олигомеров с каучуком уже при комнатной температуре, тогда как по данным [51] эффект упрочнения имеет место только при совмещении по режиму 423 К в течение 2 ч. В работе [21] рекомендуется температура 323 К - 353 К. Даже количество модификатора, обеспечивающее оптимум адгезионных свойств, по данным разных авторов не согласуется. В частности, по мнению авторов [51] для этого необходимо 10—15 м.ч., тогда как в соответствии с [54] достаточно 1 - 5 мае. ч. каучука.

В работе [60] представлены результаты исследования влияния режимов совмещения эпоксидных олигомеров с олигобутадиеновым каучуком на прочность при сдвиге. Показано что, модифицирующий эффект начинает проявляться только при температуре совмещения 353 К и наиболее отчетливо выражен при 393 К и выше, т. е. при температурах интенсивного протекания реакции этерификации за счет взаимодействия эпоксидных групп с карбоксильными группами олигобутадиенового каучука. Это позволяет заключить, что необходимо предварительно осуществить химическое связывание молекул эпоксидных олигомеров с каучуком, а затем уже проводить отверждение продукта сополимеризации.

В связи с этим в работах [61 - 63] детально исследовано влияние олигобутадиенового каучука, режима его совмещения с эпоксидным олигомером и других условий. Показано, что зависимость адгезионной прочности при сдвиге от содержания каучука имеет экстремальный характер, причем максимальным значениям адгезионной прочности (для всех исследованных отвердителей) соответствует диапазон концентраций модификатора 15-20 мае. ч. на 100 мае. ч. модифицированного олигомера. Заметно, что если для исходного (немодифицированного эпоксидного олигомера) величина адгезионной прочности существенно зависит от типа отверждающего агента, то для модифицированных олигомеров, особенно в области концентраций олигобутадиенового каучука, соответствующих максимальным значениям адгезионной прочности, подобная зависимость нивелируется (различие не превышает 15 %).

Исследование влияния содержания отверждающих агентов на адгезионную прочность показывает, что если для немодифицированных эпосидных олигомеров, адгезионная прочность монотонно растет с увеличением их количества, то для модифицированных наблюдается максимум при стехиометрической концентрации. Отличительной особенностью модифицированных эпоксидных олигомеров олигобутадиеновым каучуком является существенно меньшая, чем у исходных, чувствительность к содержанию отвердителей (особенно в области малых концентраций). Это дает возможность регулировать изменением количества отверждающего агента ряд технологических свойств (в частности, вязкость и жизнеспособность), не опасаясь существенного снижения адгезионной прочности.

В работе [63] также рассмотрено влияние содержания полярной группы (акрилонитрила) в каучуке и температуры отверждения на адгезионные характеристики. Исследования, проведенные для олигомера ЭД-20, содержащего 20 мае. ч. каучука соответствующей полярности, показывают, что величина адгезионной прочности существенно зависит как от полярности модификатора, так и от температуры отверждения. При этом зависимость адгезионной прочности от содержания акрилонитрила в каучуке наиболее заметно проявляется при сравнительно низких (до 353 К) температурах отверждения. Величина адгезионной прочности для каучуков, содержащих акрилонитрил, достаточно медленно растет с повышением температуры от 293 К до 353 К, после чего в весьма узком диапазоне (353 К - 373 К) наблюдается скачкообразный рост адгезионной прочности. При температуре отверждения больше 373 К, параметр адгезионной прочности практически не изменяется с повышением температуры отверждения. Следует отметить, что рост параметра адгезионной прочности в области температуры отверждения 353 К - 373 К пропорционален содержанию акрилонитрила.

В работе [30] представлены результаты исследований температурных зависимостей tg5 и динамического модуля сдвига эпоксидных композиций, модифицированных олигобутадиеновыми каучуками (СКД, СКН-14 и СКН-30). Результаты показывают, что все изученные композиции представляют собой двухфазные системы. При этом степень фазового деления каучукового и эпоксидного компонентов существенно зависит от полярности модификатора и температуры отверждения. Так, в случае образцов, содержащих каучуки СКД и СКН-14, повышение температуры отверждения практически не приводит к изменению характера температурных зависимостей динамических механических характеристик. Положение и интенсивность низкотемпературных переходов, соответствующих каучуковой фазе (при 203 К и 228 К для каучуков СКД и СКН-14), практически не изменяются при увеличении температуры отверждения. Наблюдается лишь некоторое смещение а-перехода, обусловленного расстекловыванием эпоксидной матрицы, в сторону более высоких температур. Это свидетельствует о довольно высокой степени разделения фаз в данных системах. Вместе с тем для полимеров, содержащих в качестве модификатора каучук СКН-30, при увеличении температуры отверждения наряду с аналогичным смещением а-перехода (наиболее значительным по сравнению с другими типами эластомеров) происходят изменения в низкотемпературной области. Если для композиции, отвержденной при комнатной температуре, наблюдается наложение переходов, обусловленных расстекловыванием каучуковой и эпоксидной фаз, то при температуре отверждения 393 К, эти переходы четко разрешаются, что доказывает достижение при повышенных температурах отверждения для данной системы лучшего фазового разделения. Указанное обстоятельство, по-видимому, и является основной причиной существенного улучшения комплекса ее механических и адгезионных свойств.

Влияние наполнителей на физико-механические свойства эпоксидных композиционных материалов

Как выше сказано, дисперсные наполнители полимеров используют главным образом для снижения стоимости и улучшения технологических свойств эпоксидных материалов. В литературе имеется достаточно большая информация о механических и адгезионных свойствах наполненных дисперсными частицами термореактивных композиций. Установлено [85-88], что введение порошковых наполнителей снижает разрушающее напряжение при растяжении и изгибе, увеличивает предел текучести при сжатии и сдвиге и модуль упругости. Влияние наполнителей на поверхностную энергию разрушения имеет сложный характер, в отдельных случаях достигается ее резкое возрастание. При этом повышение устойчивости к распространению трещин в абсолютных значениях может быть не очень большим, однако вследствие низкой поверхностной энергии разрушения нснаполненных полимеров при наполнении она может возрастать в два-три раза, что имеет важное практическое значение.

В работе [8] проведено более детальное исследование влияния наполнителей на комплекс свойств модифицированных эпоксидных материалов жидкими каучуками. Результаты термомеханического анализа свидетельствуют что, введение наполнителя приводит к изменению как температуры стеклования, так и деформации полимера в высокоэластическом состоянии. В наибольшей степени эффект проявляется в области сравнительно малых (до 25 мае. ч.) количеств наполнителя. Наблюдаемое увеличение Тс примерно на 6 К.

Установлено, что наполнение эпокси-каучуковых композиций приводит к увеличению их прочности и деформационной способности, и зависимость адгезионной прочности от содержания наполнителя выражена слабее. В довольно широком диапазоне концентраций (примерно до 0,25 об. доли) адгезионная прочность почти не меняется. Более того, для ряда наполнителей (асбест, ZnO, Fe, Сг2Оз, ТіСЬ) в области малых количеств наблюдается даже некоторое возрастание сдвиговой прочности клеевых соединений. В случае термообработанных образцов эффект усиления выражен более явно и охватывает более широкую область. Показано, что использование в качестве наполнителей металлов и их оксидов, а также асбеста благоприятно сказывается на величине адгезионной прочности при температурах превышающих Тс.

Наполнители оказывают влияние не только на температуру стеклования (а-релаксация), но и на релаксационные процессы в стеклообразном состоянии. Введение наполнителей приводит к снижению температуры Р-перехода и изменению его интенсивности [62]. Данные исследования тангенса угла механических потерь (tg8) показывают, что в наполненном полимере имеет место дополнительное рассеяние энергии, которое может быть связано с трением частиц наполнителя между собой или с частицами полимера, а также неоднородностями в распределении частиц.

Таким образом, наполнение эпоксидных композиционных материалов позволяет добиться снижения их стоимости с увеличением теплостойкости, уменьшением остаточных напряжений, сохранением адгезионной прочности. Вместе с тем при введении наполнителей существенно снижаются деформативность системы и работа разрушения, что ограничивает ее применение в условиях воздействия динамических нагрузок.

Наиболее часто в качестве связующего для композиционных материалов используют эпоксидные олигомеры. Материалы на их основе обладают уникальным комплексом ценных технологических и эксплуатационных свойств. Высокая адгезия ко многим материалам, малая усадка в процессе отверждения, химическая стойкость, высокая прочность, малая ползучесть под нагрузкой, все это обеспечивает их успешное использование.

В качестве основного компонента при разработке композиций использовали эпоксидиановую смолу марки ЭД-20 по ГОСТ 10587 - 84, так как она обладает низкой вязкостью, узким пределом содержания эпоксидных групп, стабильностью физико-химических свойств. Ниже представлены свойства ЭД-20. Эпоксидные смолы в подавляющем большинстве случаев приобретают технически важные свойства лишь в результате превращения в сетчатый полимер. Химическая природа и строение молекул отвердителей во многом определяют структуру сетки, оказывают влияние не только на технологические свойства исходных композиций, но и на эксплуатационные характеристики полимеров. Для отверждения ЭД-20, в данной работе использовали отвердители на основе алифатических и ароматических аминов а также аминофенолов. Отвердитель ЭТАЛ-45 (ТУ 2257-003-40035020-96) ЭТАЛ-45 - техническая смесь метафенилендиамина, салициловой кислоты. Отвердитель представляет собой однородную жидкость от светло- до темно-коричневого цвета. Отвердитель АРАМИН Высокореакционный отвердитель марки АРАМИН представляющий собой модифицированный ароматический амин с ускорителем - салициловой кислотой. ПЭПА - полиэтиленполиамин, смесь соединений, общей формулой Низкомолекулярные полиэтиленполиамины - жидкости от светло-желтого до темно-бурого цвета без механических включений. Допускается зеленоватая окраска продукта, р=1,05 г/см3, л=0,9 Па с. Свойства ПЭПА показаны в таблице: Свойства материалов на основе эпоксидных олигомеров можно варьировать в широких пределах. Одним из способов улучшения технологических свойств эпоксидных композиционных материалов является модификация. В качестве модификаторов использовали Малеинизированный полибутадиен (ПБН-М): ТУ 38. 40395-2002 ПБН-М представляет собой сополимер между малеиновым ангидридом и низкомолекулярным полибутадиеном. Исходный полибутадиен для малеинизации по ТУ 38.103641-98. Ниже показана формула ПБН-М: В данной работе был использован ПБН-М с различным содержанием малеинового ангидрида. Некоторые свойства ПБН-М представлены в таблице. Волластонит КВ-70 (проба отобрана 16.10.07 "МКК-Сейка") - природный силикат кальция с химической формулой CaSiOj . Цвет волластонита белый, белый с сероватым или буроватым оттенком, отличается химической чистотой, содержит незначительное количество вредных примесей в виде окислов марганца, железа и титана. Волластонит не растворяется в воде и органических растворителях, но реагирует с соляной кислотой. Химический состав волластонита % по массе приведены в таблице. Волластонит не растворяется в воде и органических растворителях, по реагирует с соляной кислотой. Глинозём: Глинозем металлургический, представляющий собой кристаллический порошок, состоящий из различных модификаций оксида алюминия и предназначенный преимущественно для производства алюминия электролитическим методом. Благодаря амфотерной природе глинозем имеет очень активную поверхность. Композиции на основе глинозема обладают хорошими химстойкостью, твердостью и износостойкостью. Химический состав соответствует ГОСТ 30558-98. Фарфоровый порошок: Среднехимический состав в процентах следующий

Влияние малеинизированного полибутадиена на свойства эпоксидных композиционных материалов

Свойства эпоксидных материалов можно изменять различными путями [1] и одним из способов является введение модификаторов. В работе [2] показана эффективность влияния бутадиен-нитрильного каучука на свойства эпоксидных композиций, а также изучено его влияние на процесс отверждения. В частности, эпоксидные полимеры, модифицированные каучуками, обладают повышенной прочностью в условиях воздействия ударных и вибрационных нагрузок, а также при резких перепадах температуры, повышенным удлинением при разрыве и пониженной хрупкостью. В этой же монографии отмечено, что наилучшими модифицирующими свойствами обладают сополимеры бутадиена с акрилонитрилом, содержащие реакционноспособные группы, которые могут образовывать прочные химические связи с эпоксидными группами.

В работе [3] подробно рассматривались вопросы совместимости и диффузии, также химические процессы, протекающие в системе бутадиен-нитрильного каучука и эпоксидного полимера. Установлены температурно-временные интервалы, в которых не происходит химического взаимодействия компонентов. Это позволило определить концентрационные и температурные зависимости коэффициента взаимодиффузии, а также рассчитать энергию активации взаимо- и самодиффузии каучука и эпоксидного олигомера. В работе также показано, что химическое взаимодействие каучука и эпоксидного олигомера приводит к падению коэффициента взаимодиффузии, а протекание химических реакций до глубоких степеней - к нарушению совместимости комцонентов. Было установлено, что приближение соотношения каучук-эпоксидный олигомер к эквимолярному, увеличение времени и температуры химического взаимодействия приводит к уменьшению молекулярной массы между узлами цепи в полимерной сетке Мс. Кроме того, экспериментально доказано, что для получения ударопрочных, высокоэластичных, химстоиких каучук-эпоксидных материалов необходимо использовать аминные отвердители, а использование предложенной в работе схемы процесса совмещения карбоксилсодержащего каучука и эпоксидного олигомера позволяет направленно регулировать свойства этого материала.

В настоящей работе, для регулирования свойств эпоксидных материалов нами был выбран малеинизированный полибутадиен (ГГБН-М), который представляет собой сополимер олигобутадиена и малеинового ангидрида (МА).

В качестве отвердителя был выбран ЭТАЛ-45. Выбор ЭТАЛ-45 обусловлен тем, что позволяет использовать его для отверждения эпоксидных олигомеров при комнатной температуре [4] и отвержденные продукты имеют более высокие физико-механические свойства по сравнению с АР АМИН. Кроме того, токсичность данного отвердителя значительно ниже по сравнению с другими отвердителями.

С целью установления влияния модификатора на свойства эпоксидных композиционных материалов были изготовлены образцы для исследования, которые получали по следующей технологии: после перемешивания ЭД-20 и ПБН -М в состав смеси вводили отвердитель ЭТАЛ-45 в соотношении близком к стехиометрическому. Полученную смесь отверждали при комнатной температуре в течение различного времени.

Как было показано в работе [2], при модификации эпоксидных материалов эластомерами количество модификатора, вводимое в жесткую стеклообразную матрицу в виде дисперсной фазы, обычно составляет не более 20% мас.ч. Было исследовано влияние как количества ПБН-М в составе, так и содержания малеиновых групп в полибутадиене. В данной работе малеинизированный полибутадиен вводился в эпоксидный олигомер в количестве от 3 до 10% от его массы, при этом наблюдалась хорошая совместимость модификатора со смолой и система оставалась однородной.

Об эффективности модификации судили по изменению прочности при сдвиге (осдв) при введении различного количества ПБН-М в состав олигомера. Результаты испытания для ЭД-20, модифицированной малеинизированным полибутадиеном (содержащим 10% малеинового ангидрида) представлены на рис.4.

Из представленных данных видно, что с увеличением содержания малеинизированного полибутадиена 7 масс.ч. прочность при сдвиге возрастает приблизительно в 1,7 раза. Снижение адгезионной прочности при дальнейшем повышении содержания ПБН-М, вероятно, связано как с изменением количества реакционноспособных групп, участвующих в реакциях отверждения, как и с изменением микрогетерогенности системы.

Влияние малеинизированного полибутадиена на прочность при изгибе (сги), прочность при сжатии (асж) и ударную вязкость (А) приведено в таблице 2. Как видно из таблицы 2, с повышением содержания модификатора, значения аи и асж несколько уменьшались, что характерно для каучуксодержащих композиций [5]. Введение малеинизированного полибутадиена вызывает замедление роста ударной вязкости. Это объясняется тем, что высокая работа разрушения связана с образованием в процессе гелеобразования дисперсной каучуковой фазы, способной рассеивать энергию за счет пластической деформации [2, 6].

Из анализа литературного обзора следует, адгезионная прочность эпоксидных материалов зависит от многих условий. В том числе, она сильно зависит от наличия полярных групп, содержащихся в молекуле модификаторов. Установлено, что с увеличением содержания функциональных групп адгезионная прочность обычно повышается.

В настоящей работе нами было исследовано влияние содержания малеинового ангидрида в олигобутадиене на физико-механические свойства. Для исследования нами использовался малеинизированный полибутадиен с различным содержанием малеинового ангидрида. Результаты исследования представлены на рис.5, и в таблице 2.

Похожие диссертации на Разработка композиционных материалов на основе модифицированных эпоксидных олигомеров с улучшенными свойствами