Диссертация (1090444), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Так при введении белой сажи марки БС-50 происходитснижение усадок до 3,9 % (~ на 20%) при концентрации 0,05 об. %, диаметрагломератов наночастиц составляет ~ 190 нм. При введении МУНТ усадкиснижаются до 3,2 % (~ на 25%) при 0,025 об. %, диаметр агломератов ~ 190нм. В эпоксинанокомопзитах с Астраленами «В» при концентрациинаночастиц 0,1 об.% значения усадки снижаются до 2,95 %(~ на 30 %),диаметр агломератов составляет ~ 280 нм.Снижение усадок эпоксидных нанодисперсий при отверждении связанос формированием рыхлой структуры граничных слоев, увеличением скоростирелаксационных процессов и влиянием процессов агломерации наночастицна структуру эпоксинанокомпозитов. При адсорбции на поверхностиагломератов наночастиц макромолекул ЭО происходит их ориентация, чтоспособствует делокализации внутренних напряжений в эпоксиполимере.Наночастицы и их агломераты также способствуют лучшей диссипациитепла, выделяющегося в процессе отверждения ЭО, и снижают перегревотверждающейся системы, тем самым позволяя процессам релаксациипротекать более полно[105].Установлено, что при введении наночастиц углеродной и оксиднойприроды происходит изменение кинетики усадок эпоксидных олигомеров.Показано, что варьируя концентрации нанонаполнителей и диаметрамиагломератовнаночастиц,можнорегулироватькинетикуусадокэпоксинанокмпозитов.
Установлено, что при формировании агломератовнаночастицразмерами~150-280нмможноснизитусадкиэпоксинанокомпозитов с 4,45 до 2,95 - 3,9 % (на 20-30 %) и создаватьвысокотехнологичные нанодисперсии и нанокомпозиты для производства78производства компаундов, клеев, герметиков и угле- и стеклопластиковавиационной техники.3.5ИсследованиенапряженийикинетикизависимостьихнарастанияуровняотостаточныхструктурывэпоксинанокомпозитахВ процессе реакцииотверждения иформированиятрехмерноймолекулярной структуры происходит усадка эпоксиполимера, что приводит квозникновению остаточных напряжений, которые способствуют образованиютрещин, дефектов и снижению прочности реактопластов[108-110].ПрисозданииДНПКМиармированныхпластиков наосновеэпоксидных матриц уровень напряжений в материалах стараются снизить,однако для этого необходимо изучить кинетику нарастания и уровеньостаточных напряжений формирующихся в процессе отверждения ЭО.
Внастоящее время данных о напряжениях и кинетики их нарастания приотверждении эпоксидных нанодисперсий с разным уровнем гетерогенностипрактически отсутствуют.Исследовали кинетику нарастания и уровень остаточных напряженийприотвержденииэпоксинанокомпозитовизучалинаосновеприформированииDER-330иЭД-20,структурынаполненныхнаночастицами углеродной и оксидной природы. Изучение кинетикинарастания остаточных напряжений проводили консольным методом (методА.Т. Санжаровского) на стеклянной подложке при температурах 30, 50 и700С [91].79Рисунок 3.27 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 30 оС вDER-330 (1) и нанокомпозитах на основе DER-330 при отверждении иразном содержании наночастиц БС-50 (об. %): 0,01 (2), 0,025 (3), 0,05 (4), 0,1(5), 1,0 (6), 3,0 (7), 0,25 (8) и 0,5 (9)Рисунок 3.28 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 50 оС вDER-330 (1) и нанокомпозитах на основе DER-330 при отверждении иразном содержании наночастиц БС-50 (об.
%): 0,01 (2), 0,025 (3), 0,05 (4), 0,1(5), 3,0 (6), 2,0 (7), 2,5 (8) и 0,5 (9)80Рисунок 3.29 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 50 оС вDER-330 (3) и нанокомпозитах на основе DER-330 при отверждении иразном содержании наночастиц БС-50 (об.
%): 0,5 (1), 0,25 (2), 0,01 (4), 0,1(5), 0,025 (6), 0,05 (7)а)б)Рисунок 3.30 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + БС-50 при 30оС (1а), 50оС(2а), 70оС (б) от содержания нанонаполнителя81а)б)Рисунок 3.31 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + БС-50 при 30оС (1а), 50оС(2а), 70оС (б) от диаметров агломератов наночастица)б)в)Рисунок 3.32 – Зависимость скорости нарастания остаточных напряжений всистемах DER-330 + БС-50 + ТЭТА при 30 оС (а), 50 оС (б) и 70 оС (в) отконцентрации наночастиц82Рисунок 3.33 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 30 оС вDER-330 (1) и нанокомпозитах на основе DER-330 при отверждении иразном содержании наночастиц Астралена «В» (об.
%): 0,01 (2), 0,1 (3), 0,025(4), 0,05 (5), 0,25 (6), 3 (7), 0,5(8), 1 (9)Рисунок 3.34 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 50 оС вDER-330(1) при отверждении и разном содержании наночастиц Астраленытипа «B»(об. %): 0,01(2); 0,025(3); 0,05(4); 0,1(5); 0,25(6); 0,5(7); 1(8).83Рисунок 3.35 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 70 оС вDER-330(2) при отверждении и разном содержании наночастиц Астраленытипа «B»(об. %): 1(1); 0,01(3); 0,025(4); 0,5(5); 0,25(6); 0,1(7)а)б)Рисунок 3.36 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + Астралены «В» при 30 оС(1а), 50 оС (2а), 70 оС (б) от содержания нанонаполнителя84а)б)Рисунок 3.37 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + Астралены «В» при 30 оС(1а), 50 оС (2а), 70 оС (б) от диаметров агломератов наночастица)б)в)Рисунок 3.38 – Зависимость скорости нарастания остаточных напряженийв системах DER-330 + Астралены «В» + ТЭТА при 30 оС (а), 50 оС (б) и 70 оС(в) от концентрации наночастиц85Рисунок 3.39 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 30 оС вDER-330 (3) и нанокомпозитах на основе DER-330 при отверждении иразном содержании углеродных нанотрубок МУНТ (об.
%): 3 (1), 1 (2), 0,01(4), 0,025 (5), 0,05 (6), 0,1 (7), 0,5(8),0,25 (9)Рисунок 3.40 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 50 оС вDER-330(1) при отверждении и разном содержании наночастиц МУНТ (об.%): 0,01(2); 3(3); 0,025(4); 1(5); 0,05(6); 0,1(7); 0,25(8).86Рисунок 3.41 - Кинетика нарастания остаточных напряжений при 70 оС вDER-330(3) при отверждении и разном содержании наночастиц МУНТ (об.%): 1(1); 0,5(2); 0,25(4); 0,01(5); 0,1(6); 0,05(7); 0,025(8).а)б)Рисунок 3.42 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + МУНТ при 30 оС (1а),50 оС (2а), 70 оС (б) от содержания нанонаполнителя87а)б)Рисунок 3.43 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + МУНТ при 30 оС (1а),50 оС (2а), 70 оС (б) от диаметра агломератова)б)в)Рисунок 3.44 - Зависимость скорости нарастания остаточных напряжений всистемах DER-330 + МУНТ + ТЭТА при 30 оС (а), 50 оС (б) и 70 оС (в) отконцентрации наночастиц88Рисунок 3.45 - Кривые нарастания остаточных напряжений ЭО марки ЭД20 (1) с добавлением белой сажи БС -50 от времени отверждения (при 30 оС )0,01 об.
% (2); 0,025 об. % (3); 0,05 об. % (4); 0,1 об. % (5); 1об.% (6); 3об.%(7); 0,25 об. % (8); 0,5 об. % (9);Рисунок 3.46 - Кривые нарастания остаточных напряжений ЭО марки ЭД20 (1) с добавлением белой сажи БС -50 от времени отверждения (при 50 оС )0,01 об. % (2); 0,025 об. % (3); 0,05 об. % (4); 0,1 об.
% (5); 1об.% (6);0,25об.% (7); 0,5 об. % (8);89Рисунок 3.47 - Кривые нарастания остаточных напряжений ЭО марки ЭД20 (3) с добавлением белой сажи БС -50 от времени отверждения (при 70 оС )0,05 об. % (1); 0,25 об. % (2); 0,01 об. % (4); 0,1 об. % (5); 0,025об.% (6);0,05об.% (7);а)б)Рисунок 3.48 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе ЭД-20 + БС-50 при 30 оС (1а), 50 оС(2а), 70 оС (б) от содержания нанонаполнителя90а)б)Рисунок 3.49 - Зависимость усадочных остаточных напряжений приотверждении нанокомпозитов на основе DER-330 + БС-50 при 30оС (1а), 50оС(2а), 70оС (б) от диаметров агломератов наночастица)б)в)Рисунок 3.50 - Зависимость скорости нарастания остаточных напряжений всистемах ЭД-20 + БС-50 + ТЭТА при 30 оС (а), 50 оС (б) и 70 оС (в) отконцентрации наночастицКинетические кривые нарастания остаточных напряжений (рисунок3.27-3.29, 3.33-3.35, 3.39-3.41, 3.45-3.47) имеют S-образную форму и можновыделить три характерных области: область 1 - индукционный период при30 оС до 2-2,5 часов, при 50 оС до 1-2 часов, при 70 оС до 5-10 минут; область2 - нарастания остаточных напряжений при 30 оС от 2 до 6 ч, при 50 оС от 2до 4 часов, при 70 оС от 10 до 40 минут; область 3 - постоянный уровень91остаточных напряжений при 30 оС от 6 до 10 часов, при 50 оС от 3,5 до 6часов, при 70 оС от 25 до 70 минут.На рисунке 3.30, 3.36, 3.42, 3.48 приведены зависимости остаточныхнапряжений нанодисперсий при разных температурах отверждения отконцентрации наночастиц.
В области малых содержаний наночастиц (до 0,25– 1,0об.%) наблюдается аномальное поведение наносистем и резкоеснижение уровня напряжений (аналогично вязкости и усадки). Показано, чтопри введении 0,05 - 0,5 об. % наночастиц БС-50 в эпоксидный олигомермарки DER-330 остаточные напряжения снижаются в 3,5 - 12 раз, привведении Астраленов «В» 0,1 - 1 об.% остаточные напряжения снижаются в2,5 – 4 раза, при введении МУНТ 0,025 – 0,25 об.% остаточные напряженияснижаются в 2,5-6 раз, которые существенно зависят от температурыотверждения. С повышением температуры отверждения (от 30 до 70 оС)уровень остаточных напряжений возрастает с 12 до 40 МПа, при этомэффективность действия наночастиц снижается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
