Исследование эксплуатационных свойств полимерных композитов на основе модифицированных ГЦ-волокон | Статья в сборнике международной научной конференции

Библиографическое описание:

Герасимова В. М., Зубова Н. Г. Исследование эксплуатационных свойств полимерных композитов на основе модифицированных ГЦ-волокон [Текст] // Современная химия: Успехи и достижения: материалы Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 62-67. — URL https://moluch.ru/conf/chem/archive/122/8508/ (дата обращения: 16.08.2018).

Исследованы прочностные характеристики модифицированных гидратцеллюлозных волокон аппретирующим раствором Duron OS 3151. Проведена оценка адгезионных свойств модифицированных волокон. Изучены кинетические особенности отверждения эпоксидного связующего в присутствии обработанного гидратцеллюлозного волокна. Исследованы эксплуатационные свойства полимерных композитов на основе модифицированного гидратцеллюлозного волокна.

Ключевые слова: гидратцеллюлозное волокно, модификаторы, эпоксидный композиционный материал.

 

В настоящее время большое внимание уделяется созданию композитов, изучению их свойств и расширению областей применения как традиционных полимерных материалов, так и принципиально новых композиционных материалов [1, с. 5]. Большое значение имеют армированные полимерные материалы, применение которых дает существенные преимущества по технологичности, снижению материалоёмкости и стоимости изделий, улучшению их эксплуатационных характеристик, повышению надежности. В качестве армирующих наполнителей используются химические волокна.

С целью увеличения прочностных характеристик композитных материалов исходные волокнистые материалы модифицируют аппретами различной химической природы.

В работе объектами исследования являлись: гидратцеллюлозное волокно (ГЦ волокно); эпоксидная смола (ЭД-20), отвержденная полиэтиленполиамином (ПЭПА); модификатор Duron OS 3151(смесь гликолевых эфиров жирных кислот).

ГЦ волокна модифицировали водными раствора Duron OS 3151 концентрацией 2, 5 и 10 %, при времени модификации 60 с.

Эффективность проведённой модификации оценивали по изменению деформационно-прочностных свойств исследуемых волокон (рис. 1).

 

Рис. 1. Влияние модификатора на свойства волокон: 1-исходное ГЦ волокно; 2 — ГЦ волокно + Duron OS 3151

 

Из приведённых данных видно, что обработка исходных волокон Duron OS 3151 положительно влияет на изменение относительной разрывной нагрузки. Волокна, обработанные 2 %-ным водным раствором модификатора характеризуется увеличением относительной разрывной нагрузки на 21 %, волокна обработанные 5 %-ным раствором модификатора на 28 %.

Так как показания прочностных характеристик модифицированных ГЦ волокон при концентрации раствора 10 % незначительно отличаются от характеристик модифицированных ГЦ волокон при концентрации раствора 5 %, поэтому с целью экономии сырья целесообразно использовать обработку модификаторами с концентрацией раствора 5 %.

Для изучения адгезионных свойств модифицирующих волокон определяли смачиваемость волокнистых систем (рис. 2).

Рис. 2. Кинетические кривые смачивания раствором эпоксидного олигомера модифицированного ГЦ волокна при различных концентрациях Duron OS 3151 и продолжительности обработки 60 с.: 1- необработанное ГЦ волокно (87 мм); 2 — ГЦ волокно + Duron OS 3151 (2 %) (100мм); 3 — ГЦ волокно + Duron OS 3151 (5 %) (100 мм)

 

Анализ кинетических кривых смачивания исходных волокон, модифицированных Duron OS 3151, показывает, что обработка приводит к повышению смачиваемости ГЦ волокон. При этом высота капиллярного поднятия жидкости исходного ГЦ волокна составляет 87 мм, а модифицированных ГЦ волокон с концентрациями раствора 2 и 5 % — 100 мм.          Увеличение физико-механических и адгезионных свойств волокон, модифицированных 5 %-ным раствором Duron OS 3151, вероятно, связано с изменением химического состава поверхности волокна.      Для изучения влияния обработки ГЦ-волокон исследуемыми модификаторами проводили расшифровку ИК-спектров армирующих систем (рис.3).

Рис. 3. ИК-спектры: 1 — ГЦ волокно; 2 — ГЦ волокно + Duron OS 3151 (5 %)

 

Спектральная картина исследуемых образцов волокон характеризуется наличием пиков, которые соответствуют валентным колебаниям групп: -ОН (3400 см-1), -СН2 (2900 см-1), С-О-С и С-ОН (1160–895 см-1) и деформационным колебаниям групп: -ОН (1370 см-1; 660–555 см-1).

Для оценки влияния аппретированных ГЦ волокон на процесс отверждения эпоксидной смолы были изучены кинетические особенности отверждения эпоксидного связующего в присутствии модифицированного ГЦ волокна (рис. 4, табл. 1).

Рис. 4. Кинетические кривые отверждения: 1-ненаполненная смола ЭД-20; 2-ЭД-20+ГЦ волокно; 3-ЭД-20+ГЦ волокно+Duron OS 3151 (5 %)

 

Таблица 1

Параметры отверждения эпоксидных композитов на основе модифицированного ГЦ волокна

Состав материала

Время гелеобразования, мин

Время отверждения, мин

Максимальная температура отверждения, оС

Степень отверждения, %

ЭД-20

60

71

119

93

ЭД-20+ГЦ

30

68

51

95

ЭД-20+ГЦ+Duron OS 3151

33

70

43

97

 

Изучение кинетических особенностей отверждения эпоксидного связующего в присутствии ГЦ волокон показывает активное влияние немодифицированного (кривая 2) и модифицированного ГЦ волокна (кривая 3) на процесс отверждения эпоксидного связующего (кривая 1). При этом время гелеообразования сокращается в 2–2,2 раза; время отверждения — в 1,4 раза; максимальная температура отверждения снижается на 68–760С с одновременным повышением степени отверждения до 96–98 %.

На основе модифицированных Duron OS 3151 ГЦ волокон были получены эпоксидные композиционные материалы, эксплуатационные свойства которых представлены в таблице 2.

Таблица 2

Эксплуатационные свойства композитов на основе модифицированного ГЦ волокна

Вид наполнителя

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

Разрушающее напряжение при изгибе, МПа

ЭД-20 ненаполненная

20

70

ГЦ волокно

81

205

ГЦ волокно + Duron OS 3151 (5 %)

97

227

 

Из приведённых данных видно, что армирование эпоксидной матрицы модифицированным ГЦ волокном значительно повышает свойства композита. Так, сравнение образцов, модифицированных 5 % раствором + Duron OS 3151 (5 %), с образцами эпоксипластов на основе немодифицированного ГЦ волокна показывает увеличение разрушающего напряжения при растяжении на 20 % и разрушающего напряжения при изгибе на 11 %.

Таким образом, исследуемые модифицированные ГЦ волокна повышают эксплуатационные свойства эпоксидного композита. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о перспективности использования Duron OS 3151 для обработки ГЦ волокон, применяемые в качестве наполнителей в полимерных композиционных материалах.

 

Литература:

 

1.                  Перепёлкин, К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. — СПб.: Научные основы и технологии. — Санкт –Петербург, 2009. — С. 379.

Основные термины (генерируются автоматически): волокно, модифицированный ГЦ волокна, разрушающее напряжение, концентрация раствора, кинетическая особенность отверждения, модифицированный ГЦ волокон, гидратцеллюлозное волокно, время отверждения, относительная разрывная нагрузка, максимальная температура отверждения.

Ключевые слова

гидратцеллюлозное волокно, модификаторы, эпоксидный композиционный материал.

Похожие статьи

Структурные особенности и свойства эпоксипластов на основе...

волокно, модифицированный ГЦ волокна, разрушающее напряжение, концентрация раствора, кинетическая особенность отверждения, модифицированный ГЦ волокон, гидратцеллюлозное волокно, время отверждения...

Модифицированное полиакрилонитрильное волокно

Основные термины (генерируются автоматически): полиакрилонитрильное волокно, волокно, модифицированное полиакрилонитрильное волокно, Разрывная нагрузка, кондиционное волокно, водный раствор

Высокотемпературная обработка гидратцеллюлозного волокна.

Композитные материалы на основе углеродных волокон

Затем проводится либо ускоренная полимеризация и отверждение в печи, либо естественная.

Таблица 1. Сравнительная оценка прочностных свойств ПКМ на основе модифицированных ГЦ волокон.

Планирование оптимального соотношения компонентов...

Параметры отверждения эпоксидных композитов на основе модифицированного ГЦ волокна. Из приведённых данных видно, что армирование эпоксидной матрицы модифицированным ГЦ...

Регулирование свойств полимерных композиционных материалов...

Корчина, Л.В. Оценка влияния полиакрилонитрильных волокон, модифицированных аппретами различной химической природы, на кинетику отверждения и свойства эпоксидного композита на их свойства / Л.В. Корчина, Н.Г. Зубова, Н.Е. Попова, Т.П...

Применение огнезащищенных вискозных нитей в качестве...

Значения разрывной нагрузки исходной и модифицированной нитей при воздействии на них давления уменьшаются на 10-20

Исследовано влияние исходных и модифицированных нитей на изменение температуры в процессе отверждения ЭД-20 полиэтиленполиамином.

Исследование влияния замедлителей горения на...

Модифицированное из водной ванны готовое волокно. 2. ПАН+АРР-3.

Основные термины (генерируются автоматически): ПАН волокна, процесс окисления, волокно, интервал температур, ПАН волокон, полифосфат аммония, увеличение выхода КС.

Красители для полиуретана | Статья в журнале «Молодой ученый»

При этом высота капиллярного поднятия жидкости исходного ГЦ волокна составляет 87 мм, а модифицированных ГЦ волокон. Для оценки влияния аппретированных ГЦ волокон на процесс отверждения эпоксидной смолы были изучены кинетические.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Структурные особенности и свойства эпоксипластов на основе...

волокно, модифицированный ГЦ волокна, разрушающее напряжение, концентрация раствора, кинетическая особенность отверждения, модифицированный ГЦ волокон, гидратцеллюлозное волокно, время отверждения...

Модифицированное полиакрилонитрильное волокно

Основные термины (генерируются автоматически): полиакрилонитрильное волокно, волокно, модифицированное полиакрилонитрильное волокно, Разрывная нагрузка, кондиционное волокно, водный раствор

Высокотемпературная обработка гидратцеллюлозного волокна.

Композитные материалы на основе углеродных волокон

Затем проводится либо ускоренная полимеризация и отверждение в печи, либо естественная.

Таблица 1. Сравнительная оценка прочностных свойств ПКМ на основе модифицированных ГЦ волокон.

Планирование оптимального соотношения компонентов...

Параметры отверждения эпоксидных композитов на основе модифицированного ГЦ волокна. Из приведённых данных видно, что армирование эпоксидной матрицы модифицированным ГЦ...

Регулирование свойств полимерных композиционных материалов...

Корчина, Л.В. Оценка влияния полиакрилонитрильных волокон, модифицированных аппретами различной химической природы, на кинетику отверждения и свойства эпоксидного композита на их свойства / Л.В. Корчина, Н.Г. Зубова, Н.Е. Попова, Т.П...

Применение огнезащищенных вискозных нитей в качестве...

Значения разрывной нагрузки исходной и модифицированной нитей при воздействии на них давления уменьшаются на 10-20

Исследовано влияние исходных и модифицированных нитей на изменение температуры в процессе отверждения ЭД-20 полиэтиленполиамином.

Исследование влияния замедлителей горения на...

Модифицированное из водной ванны готовое волокно. 2. ПАН+АРР-3.

Основные термины (генерируются автоматически): ПАН волокна, процесс окисления, волокно, интервал температур, ПАН волокон, полифосфат аммония, увеличение выхода КС.

Красители для полиуретана | Статья в журнале «Молодой ученый»

При этом высота капиллярного поднятия жидкости исходного ГЦ волокна составляет 87 мм, а модифицированных ГЦ волокон. Для оценки влияния аппретированных ГЦ волокон на процесс отверждения эпоксидной смолы были изучены кинетические.

Задать вопрос