Лабораторна робота № 2

 

Тема: ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ РЕЖИМІВ ФОРМУВАННЯ НА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПКМ НА ОСНОВІ ЕПОКСИДНО-ДІАНОВИХ ОЛІГОМЕРІВ.

Мета: ознайомитись із базовими режимами термічної обробки епоксикомпозитних матеріалів на основі епоксидно-діанового олігомеру та низькотемпературного твердника – поліетиленполіаміна; навчитись оптимізувати дані параметри, базуючись на фізико-механічних характеристиках досліджуваних композитів.

 

Теоретичні відомості:

Технологія ТО ПКМ є важливим етапом покращення їх експлуатаційних властивостей і суттєво впливає на такі характеристики, як міцність, термо- та теплостійкість, зносо- і корозійностійкість. Основні фактори, що впливають на дані параметри:

1)   швидкість нагріву композицій при формуванні;

2)   час витримки при температурі нагріву;

3)   температура нагріву;

4)   умови охолодження.

Швидкість нагріву регулює особливості структуроутворюючих процесів на первинній стадії зшивання полімерної сітки, однорідність розташування інгредієнтів в системі, також характер та величину виниклих напружень в процесі формування. Саме тому швидкість нагріву доцільно вибирати з урахуванням вище викладених особливостей. Найбільш прийнятною для епоксикомпозитних матеріалів переважно є швидкість нагріву 5 ºС/хв.

Температура полімеризації залежить від таких чинників:

1) природи використаних полімерних складових, оскільки tº їх фізичного руйнування (термодеструкції) чітко регламентує верхню межу нагріву, що повинна бути віддалена від даної зони на 5 – 15%. Також необхідно врахувати функції твердника: чи він низько- або високотемпературний. Однак використання низькотемпературного твердника вказує на його особливості, але не обмежує його можливостей, про що доводять експериментальні дослідження: при підвищенні температури полімеризації відбувається додаткове заливання структурної сітки в’яжучого й зменшення вмісту гель-фракцій від 10-15 до 2-8 % (гель-фракції- це непрореаговані фрагменти мономерів та інших складників в композиції через недостатню рухливість молекулярних складових при полімеризації неоднорідних консистенцій, седиментаційні явища та інші внутрішні перепони);

2) технології отримання (наприклад, полімеризація в відкритому або замкненому просторі, можливість або відсутність подальшої механічної обробки, допустимий рівень залишкових внутрішніх напруг та ін.);

3) тип і природа композиту (низько- та високонаповнений, пористий або з мінімальним об’ємом пор);

4) особливостей поєднання складових та сумісності в системі полімер – наповнювачі (різниця в значеннях ТКЛР та інших характеристик).

Час витримки при температурі полімеризації залежить від таких основних чинників :

-     товщина й геометрія заготовки та характер розвиненості її поверхні;

-     температура нагріву (із збільшенням температури нагріву час витримки переважно зменшують);

-     умови експлуатації майбутньої заготовки (із зростанням жорсткості умов час витримки також переважно зростає);

-     співвідношення між енергетичними затратами та приростом функціональних показників.

Умови охолодження не такою мірою, як tº нагріву й швидкість охолодження впливають на величину досліджуваних параметрів епоксидних композитів, однак найбільш суттєво впливають на довговічність та міцність композитів.

Оптимальна швидкість охолодження дозволяє знайти найкраще співвідношення між величиною залишкових напружень та когезійною міцністю матеріалу, що насамперед залежить від типу утворених хімічних зв’язків, дефектів структури, пористості, домішок в композиті. В переважній більшості для епоксидних композитів, що сформовані методом лиття, охолодження вибирають на спокійному повітрі, для високо- та середньонаповнених прес- композитів (для яких особливо характерна пружна післядія) найбільш оптимальним є охолодження із піччю.

Умови охолодження переважно залежать від таких чинників:

1) природи вибраного в’яжучого та наповнювачів;

2) особливостей сумісності (термодинамічної, кінетичної, механічної) інгредієнтів (чим менш сумісні, тим м’якший режим охолодження);

3) режимів нагріву (полімеризації) і витримки при температурі (чим жорсткіші попередні режими, тим бажаніший м’якший режим охолодження для зняття виникаючих напруг на попередніх етапах ТО);

4) структури композитів (низько-, середньо-, чи високо наповнений композит. Із збільшенням степеня наповнення Vox зростає);

5) технології формування композиту (при застосуванні операцій пресування Vox  вибирається меншою, ніж при литті під тиском).

Порядок виконання роботи:

1.  Підготувати зразки за технологією, вибраною в лабораторній роботі №1.

2.  Дослідити вплив режимів формування на властивості ПКМ. Дані занести в таблицю 2.1.

 

 

 

 

Таблиця 2.1

Твердість епоксикомпозитних матеріалів при різних режимах формування

Природа композиту

Режими формування

Властивості: твердість (НВ), границя міцності на стиск (МПа)

tº нагріву

Час витримки

Умови охолодження

t0

t0+t1

t0+t2

τ0

τ1

τ2

З піччю

На повітрі

В+ЛГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В+ДМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0 = 1 t

 

Контрольні питання:

1. Які основні фактори впливають на вид і режим ТО ПКМ?

2. Від яких складових насамперед залежить температура нагріву?

3. Охарактеризувати вплив часу витримки при температурі полімеризації на властивості ПКМ.

4. Від яких чинників залежать умови охолодження?

5. Особливості взаємодії між основними факторами, що впливають на вид та режим ТО ПКМ.