CC BY
13ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИКАЦИИ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ АКТИВНЫМ РАЗБАВИТЕЛЕМ ДЭГ - 1
А.Г.Туисов, А. М. Белоусов
Исследовано влияние активного разбавителя ДЭГ - 1 на технологические параметры двухкомпонентного эпоксидного связующего в процессе пропитки стеклоровинга и изготовления стеклопластиковой арматуры. Получены технологические свойства эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя ДЭГ - 1. Изготовлен и исследован стекло-пластиковый стержень диаметром 5,4 мм на основе двухкомпонентного эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя ДЭГ - 1, получены результаты по физико-механическим испытаниям и химической стойкости стеклопластикового стержня в среде №ОН и СаОН.
ВВЕДЕНИЕ
Конструкционные стеклопластики на основе эпоксидных смол, армированные полиамидной нитью, являются отличными конструкционными материалами с эффективным техническим применением, что обусловлено их высокими физико-механическими характеристиками вдоль оси армирования (превышающими прочность большинства конструкционных сталей), малой удельной массой (по сравнению со сталями и высокопрочными материалами) и низкой ценой изделия (по сравнению с традиционными материалами). Дальнейшее расширение области их специализированного применения возможно только путем повышения их качества и, в частности, технологичности и стабильности физико-механических характеристик.
Для достижения данной цели используют химические или физико-химические методы модификации эпоксидных связующих. Данные методы хорошо справляются с реализацией поставленной задачи и дают желаемый результат.
Известным недостатком применения диановых смол в качестве основы связующих для стекловолокнистых материалов является их высокая вязкость, которая в отдельных случаях низкомолекулярных марок составляет не менее 8 Пас при 250С и увеличивается с ростом молекулярного веса.
Для решения данной проблемы широко использовали пластификаторы и растворители - соединения, не способные химически связываться с компонентами отверждающей системы. Пластификаторы представляют собой довольно высокомолекулярные вещества, которые при образовании трехмерной молекулярной сетки отверждающей системы заполняют промежутки между цепями макромолекулы, разрыхляя ее структуру [1].
Использование растворителей невозможно с учетом специфических особенностей производства стеклопластиковых композиционных материалов (быстрое нагревание композиции до высокой температуры, замкнутый объем) использование связующих, в состав которых входит растворитель, невозможно. Это связано с тем, что на стадии изготовления стеклопластикового материала, при быстром нагревании, растворитель, входящий в состав связующего, начинает испаряться (даже при концентрациях до 5 мас.%), что в дальнейшем ведет к образованию высокопористого материала, а при значительных концентрациях растворителя (более 5 мас.%) может произойти возгорание неиспарившего-ся растворителя [2].
Результатом в обоих случаях является заметное снижение физико-механических характеристик и усадка полимера. Поэтому было синтезировано большое количество веществ, способных химически связываться с компонентами отверждающей системы.
Целью данной работы является исследование влияния активного разбавителя ДЕГ - 1, способного химически связываться с от-верждающей системой, на технологичность, физико-механические характеристики и химическую стойкость стеклопластиков на основе эпоксидного связующего.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В эксперименте были использованы: Эпоксидная смола - ЭД-22 (ФКП "Завод имени Я.М. Свердлова"); отвердитель ЭТАЛ - 450 (ЗАО "ЭНПЦ ЭПИТАЛ"); активный разбавитель ДЭГ - 1 (ОАО "УФАХИМПРОМ"), стекло-ровинг РБН 17-1200-202 (ОАО "Сен-Гобен Ветротекс Стекловолокно"), полиамидная нить 93,5 текса (Щекинское ОАО "Химволок-но").
Таблица 2
Эпоксидные связующие отличаются высокой смачивающей способностью и адгезией к стеклянному волокну, достаточным относительным удлинением и малой усадкой.
ДЭГ - 1 - продукт конденсации диэти-ленгликоля с эпихлоргидрином, рекомендуется в качестве добавок в эпоксидные составы различного назначения: для покрытий, клеев, герметиков, стеклопластиковых изделий, заливочных масс, в антикоррозионные составы. ДЭГ -1 обладает способностью хорошо химически совмещаться с отверждающей системой.
Применение активного разбавителя ДЭГ - 1 позволяет решать две основные задачи:
- снижение вязкости эпоксидных систем для облегчения их дальнейшей переработки:
- модификация свойств готового полимерного материла.
Использование активного разбавителя ДЭГ - 1 позволяет создавать современные экологически безопасные материалы, не содержащие летучих органических растворителей и пластификаторов.
В исходное двухкомпонентное эпоксидное связующее, состоящее из эпоксидной смолы ЭД-22 и отвердителя Этал - 450, добавляли активный разбавителя ДЕГ - 1 в количестве 8 масс.% (замена 10% эпоксидной смолы активным разбавителем ДЕГ - 1), а
затем в состав исходного двухкомпонентного связующего добавляли 12% активного разбавителя ДЕГ - 1 ( замена 15% эпоксидной активным разбавителем ДЕГ - 1).
В таблице №1 представлены составы эпоксидных связующих добавлением 8 масс.%, 12 масс.% и без добавления активного разбавителя ДЕГ - 1.
Полученные модифицированные эпоксидные связующие были исследованы на время гелеобразования при температуре 120+20С ( плитка с диаметром отверстия 20 мм и глубиной 5 мм), время жизни связующего при температуре 60 С и начальную условную вязкость при 58+20С.
Для определения начальной условной вязкости использовали капиллярный вискозиметр ВЗ-1, способный определять вязкость неструктурированных и слабоструктурированных жидкостей. За условную вязкость материала принимали время непрерывного истечения в секундах определенного объема испытуемого материала через калиброванное сопло вискозиметра типа ВЗ-1. Размер диаметра сопла вискозиметра равен 5,4 мм.
Результаты исследования времени ге-леобразования, времени жизни связующего и начальной условной вязкости представлены в таблице 2.
Таблица 1
Компоненты связующего Двухкомпонентное эпоксидное связующее без добавления ДЕГ - 1 , масс.% Двухкомпонентное эпоксидное связующее с заменой 10% ЭД-22 на ДЕГ - 1, масс.% Двухкомпонентное эпоксидное связующее с заменой 15% ЭД-22 на ДЕГ - 1, масс.%
Смола ЭД-22 80 72 68
Этал - 450 20 25 27
ДЕГ - 1 0 8 12
Параметры и состав эпоксидных связующих
Наименование параметра Двухкомпонентное эпоксидное связующее без добавления ДЕГ - 1 , масс.% Двухкомпонентное эпоксидное связующее с заменой 10% ЭД-22 на ДЕГ - 1 , масс.% Двухкомпонентное эпоксидное связующее с заменой 15% ЭД-22 на ДЕГ - 1 , масс.%
Начальная условная вязкость по вискозиметру ВЗ-1 при температуре 58+20С 1'30" 56" 43"
Время желатинизации при температуре 120+20С 18'40" 16'20" 15'20"
Время жизни при 60+2иС 4 часа 4 часа 4 часа
Двухкомпонентные эпоксидные связующие с добавлением активного разбавителя ДЭГ - 1 являются более технологичными вследствие более низкой вязкости. Связую-
щее, обдающее более низкой вязкостью, способствует увеличению степени пропитки стеклоровинга и, как следствие, повышает
монолитность и физико-механические характеристики изделий из стеклопластика.
Стоит отметить, что добавление в эпоксидное связующее активного разбавителя ДЕГ - 1 также ведет к снижению времени же-латинизации. Снижение времени желатини-зации эпоксидного связующего позволяет повысить скорость пропитки стеклонитей при заданных температурных режимах производства стеклопластиковых изделий.
Также из данных таблицы видно, что добавление активного разбавителя ДЭГ - 1 не сказывается на времени жизни эпоксидного связующего для стеклопластиков.
Полученные модифицированные эпоксидные связующие были последовательно залиты в пропиточную ванну, через которую протягивали Ровинг РБН 17-1200-202, с последующим изготовлением стеклопластико-вого стержня диметром 5,4 мм с кольцевым
1060
слоем из полиамидной нити. Формование и отверждение протяжкой осуществлялось со скоростью 20С до 1600С, температура выдержки до полного отверждения составляла 160±20С. Для качественной оценки результатов были также изготовлены стеклопластико-вые стержни диаметром 5,4 мм на основе двухкомпонентного эпоксидного связующего без добавления активного разбавителя ДЭГ -1. Содержание эпоксидного связующего в отвержденных стеклопластиках составило 18±0,5% от массы стеклопластика.
Для оценки физико-механических показателей полученные стеклопластиковые стрежни были исследованы при поперечном изгибе и сжатии.
На рисунке 1 представлены результаты исследования влияния активного разбавителя ДЭГ - 1 на изменение предела прочности при сжатии (ГОСТ 25.602-80).
с
0>
0>
1050 1040 1030 1020
1010 1000
Содержание активного разбавителя ДЭГ-1 в эпоксидном связующем, масс.%
Рис. 1. Зависимость предела прочности при сжатии стеклопластикового стержня диаметром 5,4 мм от содержания активного разбавителя ДЭГ - 1 в эпоксидном связующем
Из данных рисунка 1 видно, что при добавлении активного разбавителя ДЭГ - 1 происходит падение предела прочности при сжатии стеклопластикового стержня.
На рисунке 2 представлены исследования стеклопластикового стержня на основе модифицированных связующих по определению предела прочности при поперечном изгибе стержня (ГОСТ 25.604-82).
2250
10
12
14
Содержание активного разбавителя ДЭГ-1 в эпоксидном связующем, масс.%
Рис. 2. Зависимость предела прочности при поперечном изгибе стеклопластикового стержня диаметром 5,4 мм от содержания активного разбавителя ДЭГ - 1 в эпоксидном связующем
0
2
4
6
8
Данные рисунка 2 также показывают плавное снижение прочностных показателей стеклопластикового стержня при поперечном изгибе. Таким образом, введение активного разбавителя ДЕГ - 1 в эпоксидное связующее приводит к снижению физико-механических показателей стеклопластика.
Известно, что стеклопластик при использовании его в строительных конструкциях в процессе эксплуатации испытывает химическое воздействие со стороны агрессивных веществ, содержащихся в бетоне. Эта агрессивная среда имеет щелочную реакцию.
Для оценки влияния агрессивных сред, стеклопластиковые стрежни был подвергнуты химическому старению в среде ЫаОН при температуре 800С в течение 7 суток и в растворе СаОН при температуре 1400С в течение 14 часов.
Степень изменения прочности стекло-пластиковых стержней оценивали сравнением прочности образцов, подвергнутых воз-
к 0,67 | 0,66
¡^ 0,65 О
5 0,64
* 0,63 н
о 0,62
Л 0,61 й 0,6 £ 0,59
Содержание активного разбавителя ДЭГ-1 в эпоксидном связующем, масс.%
Рис. 3. Зависимость коэффициента химического старения стеклопластикового стержня, выдержанного в среде ЫаОН в течение 7 суток при температуре 800С, от содержания активного разбавителя ДЭГ - 1 в эпоксидном связующем
действию агрессивных сред, с прочностью образцов, не подвергнутых таким воздействиям. В качестве критерия для оценки использовали коэффициент старения, представляющий собой величину отношения прочности стеклопластикового стержня диаметром 5,4 мм после воздействия нагрузок к прочности в исходном состоянии. Прочность композита во всех случаях определяли на-гружением образцов методом поперечного изгиба и определения предела прочности при поперечном изгибе (ГОСТ 25.604-82).
Для оценки влияния активного разбавителя ДЭГ - 1 на изменение коэффициента химического старения стеклопластикового стрежня, выдержанного в среде ЫаОН, была получена зависимость коэффициента химического старения стеклопластикового стержня от содержания активного разбавителя ДЭГ - 1 в эпоксидном связующем. Данная зависимость изображена на рисунке 3.
Исследование влияния активного разбавителя ДЭГ - 1 на коэффициент химического старения стеклопластикового стержня, вы-
держанного в среде СаОН в течение 14 часов при температуре 1400С, отображено на рисунке 4.
0,7
я
ин 0,6
е
ар атс. 0,5
.м 0,4
X
теи 0,3
и и 0,2
1 0,1
э
£ 0
10
12
14
Содержание активного разбавителя ДЭГ-1 в эпоксидном связующем, масс.%
Рис. 4. Зависимость коэффициента химического старения стеклопластикового стержня, выдержанного в среде СаОН в течение 14 часов при температуре 1400С, от содержания активного разбавителя ДЭГ -1 в эпоксидном связующем
Анализ данных рисунков 3 и 4 показывает уменьшение коэффициентов химического старения стеклопластикового стрежня по мере увеличения содержания активного разбавителя ДЭГ - 1 в эпоксидном связующем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Получено эпоксидное связующее для стеклопластиков с высокими технологическими свойствами вследствие более низкой вязкости и меньшего времени желатинизации.
2. Добавление активного разбавителя ДЭГ - 1 в эпоксидное связующее в количестве 8 масс.% и 12 масс.% не оказывает влияния на время жизни связующего при температуре 600С.
3. Установлено снижение предела прочности при сжатии и поперечном изгибе стек-лопластикового стрежня, изготовленного на основе эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя ДЭГ - 1.
4. Стеклопластиковый стрежень, изготовленный на основе эпоксидного связующего с добавлением активного разбавителя ДЭГ - 1, имеет более низкие значения коэффициентов химического старения в среде ЫаОН и СаОН по сравнению со стеклопластиковым стрежнем, изготовленным на основе эпоксидного связующего без добавления активного разбавителя ДЭГ - 1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бобелев В.А. Состояние и перспективы развития эпоксидных материалов. Специальные смолы // Композитный мир. -2006. -Вып. -3. -С. 1417.
2. Царев В.Ф., Осипова М.В. Модифицирование связующего эластомерной добавкой при получении изделий из полимерных композиционных материалов методом пултрузии // Конструкции из композиционных материалов. -1996. -№1. -С. 2325.
