CC BY
77
УДК 621.763:629.192
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ЭПОКСИПОЛИЭФИРНЫХ СМОЛ НА ЕГО СВОЙСТВА
М. И. МИХАЙЛОВ, А. А. КАРПОВ
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,
Республика Беларусь
Ю. М.ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ
Белорусский национальный технический университет, г. Минск
Введение
Рост требований к эксплуатационным характеристикам полимерных материалов, расширение области их применения, необходимость снижения производственных расходов и энергетических затрат на их получение и переработку, улучшение качества продукции и исключения загрязнения окружающей среды выдвигает на первый план изыскание эффективных путей создания композиционных полимерных материалов на основе рециклинга производств. Введение в основной полимерный состав из эпокси-полиэфирных смол различных наполнителей позволяет получать множество композиций. Значительное расширение ассортимента полимерных материалов, получаемых на основе модифицированных эпоксиполиэфирных смол, и повышение эксплуатационных характеристик готовых изделий приводят соответственно и к расширению областей их применения. В этом аспекте большой интерес представляют возможности модификации полимерных композиций различного рода абразивосодержащими наполнителями при различном количественном их соотношении [1]-[5] и др.
Целью данного исследования является изучение влияния количественного состава компонентов композиционного материала на свойства этого материала.
Постановка задачи и методика исследования
В качестве основного полимерного материала была выбрана композиция эпоксидной и полиэфирной смол с соответствующими для этих смол отвердителями. В качестве наполнителей использовались абразивный материал и отработки после шлифования различных материалов абразивным инструментом (табл. 1). Процентное соотношение каждого из элементов композиционного материала:
- композиция № 1: наполнитель - 35 %; эпоксидная смола - 35 %; полиэфирная смола - 20 %; отвердитель для эпоксидной смолы - 8 %; отвердитель для полиэфирной смолы - 2 %;
- композиция № 2: наполнитель - 45 %; эпоксидная смола - 30 %; полиэфирная смола - 15 %; отвердитель для эпоксидной смолы - 8 %; отвердитель для полиэфирной смолы - 2 %;
- композиция № 3: наполнитель - 60 %; эпоксидная смола - 22 %; полиэфирная смола - 10 %; отвердитель для эпоксидной смолы - 7 %; отвердитель для полиэфирной смолы - 1 %.
Исследованию на сжатие подвергались образцы, изготовленные по ГОСТ 4651-82 для испытаний на сжатие полимерных материалов. Размеры образцов: диаметр 8 мм, высота 15 мм. С каждым наполнителем были изготовлены и подвергались сжатию по четыре образца. Скорость нагружения образцов составляла 50 Н/с. Нагружение производилось от 0 до определенной нагрузки, которую выдерживал образец без окончательного разрушения. Измерение деформации образцов производилось через каждые 500 Н непрерывного сжатия каждого образца. После того, как было проведено нагружение, образцы подвергались непрерывной разгрузке с измерением величины деформации через каждые 500 Н. Результаты измерения деформаций приведены в табл. 2 и 3. После проведенного эксперимента образцы измерялись в течении 30 мин с интервалом через каждые 5 мин. По результатам испытания каждой серии образцов были построены графики влияния нагрузки на величину перемещения образцов при их нагружении и разгрузке, а также с течением времени после полной разгрузки (рис. 1-3). Кроме того, по полученным данным были определены значения коэффициентов жесткости при нагружении и разгрузке (табл. 4).
Таблица 1
Состав наполнителей
Напол- нитель Состав наполнителя Примечание
1 Электрокорунд нормальный Зернистость 40
2 Электрокорунд белый (25А 40 СМ) с эмульсией и стальной стружкой (сталь Р6М5) Подвергался прокаливанию
3 Электрокорунд белый (24А 40 СМ) со стальной стружкой (сталь 45) -
Результаты эксперимента и их обсуждение
Проведенные эксперименты показали, что полимерные композиции № 1 с различными наполнителями (табл. 1) выдерживают нагрузку до 5000 Н без полного разрушения, полимерные композиции № 2 с различными наполнителями (табл. 1) выдерживают нагрузку до 4000 Н без полного разрушения, а полимерные композиции № 3 с различными наполнителями при нагрузке 3000 Н разрушались.
Таблица 2
Значения приращения перемещения образцов при нагружении, мм
Номер образца А81 А82 А83 А84 А85 А86 А87 А88 А89 А810
1.1 0,20 0,15 0,12 0,13 0,15 0,15 0,20 0,33 0,57 0,40
1.2 0,14 0,21 0,27 0,48 0,34 0,26 0,20 0,20 0,30 0,30
1.3 0,13 0,10 0,13 0,12 0,29 0,22 0,46 0,40 0,30 0,65
2.1 0,22 0,16 0,18 0,19 0,20 0,25 0,50 - - -
2.2 0,26 0,19 0,28 0,15 0,32 0,40 0,50 0,30 - -
2.3 0,37 0,18 0,23 0,40 0,82 1,20 0,40 - - -
3.1 0,80 1,50 1,90 1,60 1,30 1,80 - - - -
3.2 1,03 2,11 2,18 1,03 1,40 - - - - -
3.3 0,81 2,06 2,37 1,26 0,60 - - - - -
Анализ результатов позволяет заключить, что при соотношении эпоксидной смолы и наполнителя к количеству полиэфирной смолы 1,75 : 1,75 : 1 и при переходе от наполнителя из электрокорунда нормального (№ 1 табл. 1) к наполнителям из электрокорунда белого со стальной стружкой из стали Р6М5 (№ 2 табл. 1) и стали 45 (№ 3 табл. 1) происходит изменение предела текучести и среднего коэффициента жесткости в соотношении 2,33:1 : 1,33 и 1,3:1 : 1,3 (рис. 1. табл. 4). Изменяя соотношение эпоксидной смолы и наполнителя к количеству полиэфирной смолы как 2 : 3 : 1 и при переходе от наполнителя из электрокорунда нормального (№ 1 табл. 1) к наполнителям из электрокорунда белого со стальной стружкой из стали Р6М5 (№ 2 табл. 1) и стали 45 (№ 3 табл.1) происходит изменение предела текучести и среднего коэффициента жесткости в соотношениях 1,5 : 1 : 1,0 и 1,23 : 1 : 0,74 (рис. 2, табл. 4). Увеличение количества наполнителя и доведение соотношения эпоксидной смолы и наполнителя к количеству полиэфирной смолы как 2,2 и 6 : 1, при том же использовании наполнителей, что и в предыдущих сериях опытов, не приводит к изменению предела текучести, а средний коэффициент жесткости изменяется в соотношении 1,02 : 1,29 (рис. 3, табл. 4).
Таблица 3
Значения приращения перемещения образцов при разгружении, мм
Номер образца А81 А82 А83 А84 А85 А86 А87 А88 А89 А810
1.1 0,15 0,20 0,20 0,20 0,10 0,15 0,05 0,05 0,05 0,05
1.2 0,15 0,15 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0
1.3 0,06 0,06 0,05 0,06 0,04 0,03 0,04 0,04 0,02 0,03
2.1 0,20 0,10 0,05 0,05 0,08 0,09 0,03 - - -
2.2 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,03 - -
2.3 0,06 0,05 0,05 0,05 0,10 0,06 0,04 - - -
Таблица 4
Значения АР / Д5 , Н/мм
Номер образца Изменение нагрузки АР / А5 АР / А52 АР / А53 АР / А54 АР / А55
1.1 Нагружение 1667 3333 4167 3846 3333
Разгрузка 3333 2500 2500 2500 5000
1.2 Нагружение 3571 2381 1852 1042 1471
Разгрузка 5000 5000 5000 5000 5000
1.3 Нагружение 3846 5000 3846 4167 1724
Разгрузка 8333 8333 10000 8333 12500
2.1 Нагружение 2273 3125 2778 2632 2500
Разгрузка 2500 5000 10000 10000 6250
2.2 Нагружение 1923 2632 1786 3333 1563
Разгрузка 10000 5000 10000 10000 10000
2.3 Нагружение 1351 2778 2174 1250 610
Разгрузка 8333 10000 10000 10000 5000
3.1 Нагружение 625 333 263 313 385
Разгрузка - - - - -
3.2 Нагружение 485 237 229 485 357
Разгрузка - - - - -
Окончание табл. 4
Номер образца Изменение нагрузки АР / А5 АР / А52 АР / А53 АР / А54 АР / А85
3.3 Нагружение 617 243 211 397 833
Разгрузка - - - - -
1.1 Нагружение 3333 2500 1515 877 1250
Разгрузка 3333 10000 10000 10000 10000
1.2 Нагружение 1923 2500 2500 1667 1667
Разгрузка 10000 10000 10000 10000 -
1.3 Нагружение 2273 1087 1250 1667 769
Разгрузка 16667 12500 12500 25000 16667
2.1 Нагружение 2000 1000 - - -
Разгрузка 5556 16667 - - -
2.2 Нагружение 1250 1000 1667 - -
Разгрузка 8333 8333 16667
2.3 Нагружение 417 1250 - - -
Разгрузка 8333 12500 - - -
3.1 Нагружение 278 - - - -
Разгрузка - - - - -
Рис. 1. Графики влияния нагрузки на перемещения образцов: 1 - для образца № 1.1; 2 - для образца № 1.2; 3 - для образца № 1.3
30 20 10 0 1000 2000 3000 4000 5000
£, мин .______ ________Р, Н
Рис. 2. Графики влияния нагрузки на перемещения образцов: 1 - для образца № 2.1; 2 - для образца № 2.2; 3 - для образца № 2.3
------► Р, Н
Рис. 3. Графики влияния нагрузки на перемещения образцов: 1 - для образца № 3.1;
2 - для образца № 3.2; 3 - для образца № 3.3
В результате применения в качестве наполнителя электрокорунда нормального, и увеличивая его содержание в композициях в 1,3 и в 1,7 раза соответственно, при соотношении эпоксидной и полиэфирной смол в опытах 1,75 : 1; 2 : 1 и 2,2 : 1 получили уменьшение предела текучести и среднего коэффициента жесткости в соотношении 1 : 0,86: 0,14 и 1 : 0,9 : 0,14. Использование в качестве наполнителя электрокорунда белого со стальной стружкой из стали Р6М5 с эмульсией при росте его содержания в композициях в 1,3 и в 1,7 раза соответственно, при соотношении эпоксидной и полиэфирной смол в опытах 1,75 : 1; 2 : 1 и 2,2 : 1 получили уменьшение предела текучести и среднего коэффициента жесткости в соотношении 1 : 0,75: 0,33 и 1 : 0,92 : 0,17. Увеличение наполнителя, в виде электрокорунда белого со стальной
стружкой из стали 45, в 1,3 и в 1,7 раза соответственно, при соотношении эпоксидной и полиэфирной смол в опытах 1,75 : 1; 2 : 1 и 2,2 : 1 привело к уменьшению предела текучести и среднего коэффициента жесткости в соотношении 1 : 1 : 0,25 и 1 : 0,55 : 0,18.
Заключение
Полученные результаты позволяют заключить, что применение абразивосодержащего наполнителя в полимерном композиционном материале на основе эпоксипо-лиэфирных смол, в количестве более 35 %, снижает их прочность. Применение в качестве наполнителей абразивосодержащую смесь со стольной стружкой повышает поглощающую способность композиции. Кроме того, данные исследований позволяют выбрать композицию с тем или иным наполнителем в зависимости от конкретных условий работы композиционного материала.
Литература
1. Лапицкий, В. А. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков / В. А. Лапицкий, А. А. Крицук. - Киев : Навукова думка, 1986. - 96 с.
2. Липатов, Ю. С. Физико-химические основы наполнения полимеров / Ю. С. Липатов. - Москва : Химия, 1991. - 260 с.
3. Фрикционные композиты на основе полимеров / А. К. Погосян [и др]. - Минск : Информтрибо, 1992. - 218 с.
4. Чернин, И. З. Эпоксидные полимеры и композиции / И. З. Чернин, Ф. М. Смехов, Ю. В. Хирдов. - Москва : Машиностроение, 1989. - 256 с.
5. Михайлов, М. И. Оптимизация состава фрикционного покрытия твердосплавных пластин сборного инструмента / М. И. Михайлов, З. Я. Шабакаева // Материалы, технологии, инструмент. - 1996. - № 3. - С. 28-30.
Получено 20.11.2008 г.
