Автореферат (Эпоксидные сферопластики с минимальными усадками и напряжениями для облегченных конструкционных материалов и изделий радиотехнического назначения)

На правах рукописиАпексимов Никита ВладимировичЭПОКСИДНЫЕ СФЕРОПЛАСТИКИС МИНИМАЛЬНЫМИ УСАДКАМИ И НАПРЯЖЕНИЯМИ ДЛЯОБЛЕГЧЕННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙРАДИОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ05.17.06 - «Технология и переработка полимеров и композитов»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования Московском технологическом университете (Институттонких химических технологий) на кафедре химии и технологии переработки пластмасс иполимерных композитовНаучныйруководитель:Официальныеоппоненты:Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич,доктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой химии и технологии переработкипластмассиполимерныхкомпозитовФедеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждениявысшегообразования«Московскийтехнологическийуниверситет» (Институт тонких химических технологий)Малышева Галина Владленовнадоктор технических наук,профессоркафедры«Ракетно-космическиекомпозитныеконструкции» Федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «МГТУ им.Н.Э.

Баумана»Мийченко Ирина Петровнакандидат технических наук, доцент,доцент кафедры технологии композиционных материалов,конструкций и микросистем Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования«Московскийавиационныйинститут(национальныйисследовательский университет)»Ведущаяорганизация:Открытое акционерное общество «Институт пластмассимени Г.

С. Петрова».Защита диссертации состоится «_14_» _июня__ 2017 г. в _13_._00___ часов назаседании диссертационного совета Д 212.131.09 на базе Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московскийтехнологический университет» (Институт тонких химических технологий) по адресу:119831, г. Москва, ул. М. Пироговская, д.1, ауд. А-221.С авторефератом диссертации можно ознакомиться на Интернет-сайтах ВАК РФhttp://vak.ed.gov.ru и http://mirea.ru.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования«Московский технологический университет» (Институт тонких химических технологий) поадресу: 119571, Москва, проспект Вернадского, д.

86 и на Интернет-сайте http://mirea.ru.Автореферат диссертации разослан « ______»______________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.131.09,доктор технических наук, доцентЮ. А. Наумова2Общая характеристика работыАктуальность работы. Полимерные композиционные материалы (ПКМ) наоснове эпоксидных олигомеров и полых стеклянных микросфер (ПСМС) –сферопластики, обладают уникальным сочетанием свойств: легкостью, высокойудельной прочностью и низкой диэлектрической проницаемостью. Они широкоиспользуются в качестве заполнителя при создании облегченных армированныхслоистых пластиков с низкими значениями диэлектрической проницаемости дляизделий радиотехнического назначения и конструкций с высокой плавучестью.В различных технологических процессах получения изделий необходиморегулировать параметры дисперсной структуры ПКМ, реологические свойства,усадку, остаточные напряжения для повышения уровня технологических иэксплуатационных характеристик материалов и изделий, что особенно важно дляизделий радиотехнического назначения.Химическая объемная усадка в технологических процессах переработки приформированиитрехмернойпространственнойструктурыэпоксиполимерасопровождается нарастанием остаточных напряжений, которые способствуютрастрескиванию, образованию дефектов и открыто пористой структуры материала и,как следствие, снижению диэлектрических характеристик сферопластиков и изделийпри эксплуатации.Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что, несмотря наимеющийся большой объем информации по эпоксидиановым олигомерам (ЭДО) идисперсно-наполненнымструктурообразованииПКМ,исвязипрактическимолекулярныхотсутствуютхарактеристикданныеЭДО,осостава,обобщенных параметров структуры с кинетикой расхода функциональных групп,объемной усадкой и остаточными напряжениями при отверждении.Такой комплексный подход к созданию ДНПКМ на основе ЭДО и ПСМС сминимальным уровнем усадок и остаточных напряжений является актуальнойзадачейполимерногоматериаловеденияитехнологииполучениялегкихармированных слоистых пластиков с заполнителем из сферопластиков дляэксплуатации их в экстремальных условиях.Цель работы заключается в разработке технологии получения легких, прочных, снизкой диэлектрической проницаемостью дисперсно-наполненных композиционныхматериалов (ДНПКМ) на основе эпоксидных связующих и полых микросфер с3минимальным уровнем усадок и остаточных напряжений для создания облегченныхконструкционных материалов и изделий радиотехнического назначения.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основныезадачи: исследоватьвлияниеММ,ММР,числафракций,содержания1-ойнизкомолекулярной фракции и ассоциатов в ЭДО и их смесях на кинетику иуровень усадки и остаточных напряжений при отверждении; исследовать влияние активных и инактивных растворителей на процессы усадкии кинетику остаточных напряжений при отверждении эпоксидных систем; определить основные технологические параметры полых стеклянных микросферразличных марок, рассчитать составы композиций по обобщенным параметрамструктуры и провести их классификацию по структурному принципу с учетомрешетчатых моделей для дисперсных систем;изучить закономерности структурообразования и влияние содержания полыхстеклянных микросфер, растворителей и обобщенных параметров структурыДНПКМ на кинетику и уровень усадок и остаточных напряжений при разныхтемпературах отверждения; установить корреляционные зависимости усадок с остаточными напряжениямипри отверждении ЭДО; определить электрофизические и физико-механические характеристики ДНПКМна основе ЭДО; разработатьтехнологиюиоптимизироватьтехнологическиепараметрыполучения облегченных конструкций и изделий радиотехнического назначениясо сферопластиками с минимальным уровнем диэлектрической проницаемости,усадок и остаточных напряжений.Научная новизна работы•Впервые получены значения усадок в кинетической и диффузионной областипри реакции отверждении ЭДО и их смесей, и показано, что остаточныенапряжения формируются в кинетической области от точки гелеобразования доперехода реакции в диффузионную область;•Предложены корреляционные зависимости между расходом функциональныхгрупп, усадкой и остаточными напряжениями при отверждении ЭДО приразных температурах и показано, что кинетикой, уровнем усадки иостаточными напряжениями можно направленно управлять, варьируя ММ,4ММР, содержанием 1-ой низкомолекулярной фракции и ассоциатов в ЭДО и ихсмесях;•Изучено влияние активных и инактивных растворителей на кинетику и уровеньусадки и остаточных напряжений при отверждении ЭДО и их смесей, иустановлено, что активные растворители повышают усадку (до ~20%),снижают уровень остаточных напряжений (в ~5 раз) и температурустеклования эпоксидных полимеров;•Впервые установлена связь состава, структуры и обобщенного параметра Θ дляДНПКМ (сферопластиков) на основе ЭДО с усадкой и остаточныминапряжениями и проведена их классификация по структурному принципу.Показано, что для получения изделий радиотехнического назначения сдиэлектрическойостаточнымипроницаемостьюнапряжениямиε≤следует2,минимальнымииспользоватьусадкойивысоконаполненныеДНПКМ с параметром Θ - 0,20 ≤Θ ≤ 0,0 об.

д..Практическая значимость работы:Предложенысоставылегких,прочных,снизкойдиэлектрическойпроницаемостью, минимальными усадками и уровнем остаточных напряженийсферопластиков на основе ЭДО и их смесей, модифицированных активными иинактивнымиразбавителями.Рекомендованодлядостиженияоптимальныхэксплуатационных свойств сферопластиков использовать связующие на основесмесей ЭДО с ММср ≥ 400 г/моль, υ1-й фр ≤ 0,9; υасс ≥ 0,25 об. д., и ПСМС марки МСВП-А9(2) с ρ ≈ 0,25 кг/м3 и υm=0,62 об. д., при Θ от 0,25 до 0,0 об. д. ,что позволяетполучать монолитные сферопластики с минимальным уровнем усадки и остаточныхнапряжений.Предложенатехнологияполучениямонолитныхвысоконаполненныхсферопластиков с оптимальными обобщенными параметрами дисперсной структуры,низкойплотностью(до0,55-0,6г/см3),пористостью(неболее1,5-2%),водопоглощением (не более 1,0%), диэлектрической проницаемостью (~1,8-2,0),прочностью при сжатии ~ 50 МПа и модулем упругости ~ 2500 МПа на основесмесевых эпоксидных связующих с минимальным уровнем усадок (не более ~1,0 об.%) и остаточных напряжений (до 0,7 МПа).Разработанные составы сферопластиков были использованы в ОАО «НПОСтеклопластик» для создания слоистых армированных облегченных конструкцийрадиотехническогоназначениясулучшеннымкомплексомхарактеристик (Акт 1, НПК «ТЕРМ» - см.

Приложение к диссертации).5техническихВыпущены опытные партии стеклопластиковых сэндвич-конструкций, а такжерадиопрозрачныеизделиясулучшеннымкомплексомтактико-техническиххарактеристик (Акт 2 АО «НПО Стеклопластик» – см. Приложение к диссертации).Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены иобсуждены на:1) Международной молодежной научной конференции «ХХХVI Гагаринскиечтения» 6-10 апреля 2010;2) Международной конференции «Наукоемкие химические технологии-2010» 29июня – 2 июля 2010;3) IV международной конференции-школы по химии и физикохимии олигомеров- Казань, 30 мая - 4 июня 2011;4)XIVМеждународнойнаучно-техническойконференции«Наукоемкиехимические технологии-2012» – Тула.