Влияние полиамидокислоты на адгезионные свойства эпоксиноволачного связующего и прочность полимерных композитов на его основе

• Автор: Карзов, Илья Михайлович
• Шифр специальности: 02.00.11, 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Факторы, определяющие прочностные характеристики

волокнистых полимерных композиционных материалов

1.2. Адгезионная прочность

1.3. Факторы, определяющие адгезионную прочность соединения

волокносвязующее

1.4. Методы определения адгезионной прочности соединения волокносвязующее

1.5. Методы определения работы адгезии полимерных связующих к волокнам

1.6. Методы модифицирования эпоксидных связующих

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТЬ

2.1.1. Объекты исследования1
2.1.2. Методики получения микропластикон
2.1.3. Определение содержания смолы в микропластиках
2.1.4. Определение пористости микронластиков
2.2. Методы исследования
2.2.1. Механические испытания мнкропластиков
2.2.2. Метод вырывания комплексной нити из адгезионной ячейки в виде петли
2.2.3. Определение работы адгезии в системе отвержденное связующее волокно н отвержденное связующее модельная жидкость
2.2.4. Метод ИКФурьс спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии ДСК
2.2.5. Метод сканирующей электронной микроскопии СЭМ
2.2.6. Метод динамического светорассеяния
2.2.7. Метод Внльгсльмн
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Определение температурных режимов отверждения ЭНФБ и ПАК
3.2. Зависимость прочности на разрыв микронластиков от содержания
модификатора в связующем
3.2.1. Микропластики на основе углеродных волокон
3.3.2. Микропластики на основе стеклянных и базальтовых волокон
3.2.3. Микроплас гики на основе арамидного волокна СВМ
3.3. Определение работы адгезии в системах связующее волокно и связующее модельная жидкость при различном содержании II
3.4. Изучение процессов соотвсрждения композиций ЭНФБПЛК при различных содержаниях модификатора
3.5. Исследование состояния компонентов системы ЭНФБПАК в растворе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТКРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ НО
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ПКМ полимерные композиционные материалы,
ПАК полиамидокислота,
ЭНФБ эпоксиноволачное связующее,
СВМ арамндное волокно,
ПАВ поверхностноактивное вещество,
ЭС эпоксидное связующее,
АКФ автокорреляционная функция флуктуаций интенсивности рассеянного света,
Р МПа прочность на разрыв микропластиков однонаправленных ПКМ,
Рб МПа прочность на разрыв волокна,
мДжм2 работа адгезии отвержденного связующего к волокну,
мДжм2 работа адгезии воды к отвержденному связующему, рассчитанная по уравнению ЮнгаДюпре,
мДжм2 работа адгезии отвержденного связующего к неполярной фазе,
IV мДжм2 работа когезии связующего, волокна,
мДжм2 работа адгезии отвержденного связующего к полярной фазе, у мДжм2 удельная свободная поверхностная энергия,
ур и полярная и дисперсионная составляющие удельной свободной поверхностной энергии,
у, удельная свободная поверхностная энергия отвержденного связующего, у2 удельная свободная поверхностная энергия волокна,
iv межфазная энергия отвержденного связующего на границе с водой,
0 межфазная энергия отвержденного связующего, уравновешенного с октаном, на
границе с водой,
У межфазная энергия отвержденного связующего, уравновешенного с октаном, на границе с октаном,
О величина равновесного краевого угла смачивания,
О и и 0 2 краевые углы натекания воды и этиленгликоля соответственно на поверхности пленки отвержденного связующего,
т0 МПа, сНтекс адгезионная прочность соединения волокноматрица,
р степень раскрытия эпоксидных групп на поверхности образца отвержденного
связующего,
о содержание ПАК в системе ЭНФБПАК.
ВВЕДЕНИЕ


Если пучок волокон связан полимерным связующим в микропластик простейшая модель однонаправленного пластика, волокна, подвергшиеся разрушению, не перестают воспринимать нагрузку благодаря тому, что полимерная матрица перераспределяет напряжения в системе. Поэтому прочность на разрыв возрастает при переходе от несвязанного пучка волокон к микропластику. При этом значения прочности практически не зависят от длины образцов ПКМ и хорошо воспроизводятся 1, 6, а значения коэффициента 3 ур. Поэтому механические испытания на растяжение микропластиков на основе стандартного связующего являются общепризнанным методом определения прочностных свойств промышленно выпускаемых волокон 3, 6, 8. Таким образом, принято считать, что прочностные свойства однонаправленных пластиков при продольном растяжении определяются в первую очередь свойствами волокна 9, . Данные, представленные в табл. Помимо Рв существенный вклад в прочностные характеристики ПКМ при продольном растяжении вносит длина волокон и их относительное содержание в ПКМ. Согласно правилу аддитивности, прочность на разрыв ПКМ должна увеличиваться при увеличении содержания волокон и плотности их упаковки. Теоретически возможное максимальное содержание волокон одного диаметра при плотнейшей гексагональной упаковке ,8 по объему с учетом реальной дисперсии диаметров волокон эта величина составляет около . Во многих работах оптимальным считается содержание волокна величина, характеризующая волокнистый каркас, образующийся при формовании материала 1, . Пути увеличения прочности на разрыв ПКМ за счет увеличения доли волокон заключаются в уплотнении укладки волокон в препреге до момента фиксации их положения в структуре композита, снижении вязкости связующего и увеличения воздействия силовых факторов натяжение при намотке, давление при прессовании последнее малоэффективно, поскольку приводит к разрушению волокон 1. Таблица 1. Упругопрочностые характеристики Р прочность на разрыв, Е модуль упругости волокон, эпоксидных однонаправленных пластиков и микропластиков на их основе. Углеродное УКНП М 4, 1,0 1. Наиболее перспективно увеличение прочности на разрыв ПКМ за счет увеличения относительного содержания волокон для углепластиков увеличение содержания волокон на может привести к возрастанию прочности на разрыв на 3. С увеличением количества наполнителя возрастает и модуль упругости, по при этом увеличивается дефектность образцов за счет отслаивания матрицы ог наполнителя при достижении напряжений, соответствующих адгезионной прочности системы. Вероятность возникновения крупных дефектов можно уменьшить путем уменьшения размеров частиц наполнителя в данном случае диаметра волокна и снижения полидисперсности, а также путем модифицирования полимерного связующего , , . Несмотря на то, что теоретически содержание волокон не зависит от их диаметра, в системе, содержащей меньшие но диаметру волокна, сложнее преодолеть трение и удалить избыток связующего. Для стеклопластиков эта величина приближается к значению для плотнейшей упаковки и составляет около , . При использовании арамидных волокон СВМ можно получить высокоармированные органопластики с содержанием волокна . Это достигается путем изменения сечения волокон от круглого к сечению произвольной формы, зависящей от соседнего волокна, за счет необратимого термодеформирования. Взаимодействие волокон при этом дополнительно усиливается за счет аутоадгезии вследствие взаимной диффузии компонентов волокон, а также взаимодействия через тончайшие слои связующего, частично локализованного внутри волокон 1. Следует также отметить, что высоко или предельно армированные ЛКМ следует использовать в элементах, не испытывающих сдвиговых нагрузок. В то же время для атмосферостойких конструкций используются композиты с повышенным содержанием связующего. Влияние длины волокон на прочность ПКМ проявляется следующим образом. При продольном растяжении ПКМ, армированного однонаправленными непрерывными волокнами, распределение напряжений однородно по длине волокна, деформация компонентов ПКМ одинакова, и возникающие напряжения пропорциональны модулю упругости волокон и матрицы. В случае ПКМ, армированного дискретными волокнами, распределение напряжений по длине волокна неоднородно 7, . Рис.