Особенности релаксационных свойств углепластиков на основе структурно-неоднородных полимерных матриц

• Автор: Джамаева, Наврат Магомедсаидовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 136 с.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА И РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Структура и релаксационные свойства сетчатых эпоксидных полимеров

1.2. Структура и свойства углеродных волокон

1.3. Взаимодействие углеродного волокна с полимерной матрицей

1.4. Физико-химическая модификация углеродных волокон

1.5. Молекулярная подвижность и релаксационные процессы в наполненных и армированных полимерах

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методы исследования

2.2. Объекты исследования

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

ЭПОКСИУГЛЕПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНО-НЕОДНОРОДНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ

3.1. Влияние природы армирующего наполнителя на структуру эпоксифеиольного связующего
3.2. Исследование релаксационных свойств смесевых углепластиков
3.2.1.Исследование релаксационных свойств смесевых углепластиков методом резонансных колебаний
3.2.2. Исследование релаксационных свойств смесевых углепластиков
методом дилатометрии
3.3. Исследование релаксационных свойств углепластиков на основе структурно - неоднородных полимерных матриц
3.3.1. Исследование релаксационных свойств методом изгибных резонансных колебаний
3.3.2. Исследование релаксационных свойств методом
дилатометрии
3.4. Особенности проявления анизотропии физических свойств
углепластиков в области а- релаксации
ГЛАВА 4. ВЗАИМОСВЯЗЬ УПРУГИХ, ДИССИПАТИВНЫХ
И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТОВ
4.1. О связи упругих, диссипативных и прочностных свойств углепластиков
4.1.1. Прочностные свойства однонаправленных углепластиков
4.1.2. Упругие свойства углепластиков
4.1.3. Диссипативные свойства углепластиков
4.2. Модельное описание упругих свойств композитов
Заключение и выводы
Библиографический список использованной литературы
Актуальность работы
Релаксационные свойства определяют способность полимерной матрицы (ПМ) в композитах рассеивать энергию при наложении внешних механических полей [1,2,3], что лежит в основе таких эксплуатационных свойств, как вибро- и трещиностойкость, статическая и динамическая усталость, ударопрочность и др. Эти важнейшие свойства полимерных композитных материалов (ГЖМ) и прежде всего углепластиков (УП) наряду с высокими значениями удельной жесткости и прочности определяют прогресс современного машиностроения и особенно авиационно-космической техники.
Для создания материалов с заданными физическими свойствами наряду с подбором компонентов, технологических условий изготовления в последние годы используют новые технологии [4], в частности, технологию раздельного нанесения компонентов (РНК), при которой формируются композиты со структурно-неоднородными полимерными матрицами. Если при традиционной смесевой технологии реакции химического сшивания идут во всем объеме матрицы, в композитах РНК фронт реакции начинается в областях соприкосновения олигомера и отвердителя, и далее приближаются к поверхностям армирующих наполнителей (АН).
Значительный интерес представляют исследования релаксационных свойств композитов на основе термореактивных полимерных матриц и особенно эпоксидных смол, обладающих высокими механическими (модуль упругости, прочность) и адгезионными свойствами, а также высокой химической и тепловой стойкостью. Процесс формирования сетчатой структуры и свойств ПМ композитов протекает в присутствии армирующего наполнителя в виде стеклянных, органических, углеродных и других волокон, а также тканей на их основе. При этом часто создаются предпосылки для существенной трансформации структуры и релаксационных свойств ПМ, и поэтому теоретический расчет и целенаправленное прогнозирование требуемого
факторов может приводить, как к ускорению [94,155,125], так и ингибированию [157,127] процесса отверждения связующего.
Кинетику отверждения исследовали с помощью изотермического калориметра ДАК-1-1А. Начальные скорости процесса отверждения определяли из интегральных кривых с пересчетом на мольное содержание эпоксидных групп в препреге . Кинетические кривые получали интегральным способом, принимая за теоретическую величину полного тепловыделения 108 КДж/ моль.
Время спин-спиновой релаксации Г2 в лабораторной системе координат [160] снимали на импульсном ЯМР-спектрометре с резонансной частотой 60 Мгц по протонам.
Анализ кинетических кривых отверждения углетканных препрегов показывает, что при Топ выше 140°С происходит инверсия кинетических кривых (рис.6 ), т.е. более высокой температуре соответствует более низкое значение предельной конверсии (аа>). Кроме того, начальные скорости реакции выше 140 °С не подчиняются аррениусовской зависимости (рис.7, кривая 1). Однако, если связующее этого же состава нанести на стеклоткань, то аномальное поведение кинетических кривых исчезает, а начальные скорости подчиняются аррениусовской зависимости (рис. 7, кривая 2).
Для выявления причины аномального поведения кинетики процесса отверждения углетканных препрегов методом импульсного ЯМР было проанализировано релаксационное поведение протонов в полимерной матрице (ПМ) отвержденных угле- и стеклопластиков. Установлено, что спад свободной индукции намагниченности протонов в ПМ УП (рис.8, кривая 2) описывается двумя временами спин-спиновой релаксации протонов (Г2), что свидетельствует о двухфазном кинетическом поведении протонов. Известно [160], что каждой кинетической фазе протонов соответствует определенная структурная микрообласть. Согласно [160,161], короткая компонента времени Г2 описывает поведение протонов более сшитых (стехиометрических) микрообластей, а длинная компонента времени Г2 - редкосшитых, более рыхлых микро-