CC BY
77
Из литературных данных известно, что влияние термопластичных модификаторов на температуру стеклования неоднозначно. Считается, что на теплостойкости могут сказываться химические взаимодействия между полимером и компонентами отверждающейся системы, характер фазового разделения и структура межфазных слоев, а также эффект пластификации, вызванный полимером или его низкомолекулярной фракцией. В рассматриваемом случае температура стеклования с повышением содержания поли-эфиримида не увеличивается. То есть наличие модификатора, несмотря на то, что он значительно повышает вязкость системы, не приводит к появлению диффузионных ограничений, обуславливающих понижение конечной степени сшивания. Поскольку температура стеклования с ростом содержания полиэфиримида повышается, то можно утверждать, что пластифицирующего действия на отверждаемую композицию изучаемый термопласт не оказывает. Но в то же время с ростом содержания полиэфиримида увеличивается ударная вязкость (таблица 2).
Библиографические ссылки
1. Принципы создания полимерных композиционных материалов/ A.A. Берлин, С.А. Вольфсон, В.Г. Ошмян, Н.С. Ениколопов. М.: Химия, 1990.
2. Адгезия смесей эпоксидная смола - полиариленэфиркетон к волокнам / Д.В. Калаев, Т.В. Бранцева, Ю.А. Горбаткина, М.Л., Кербер Т.П. Кравченко, С.Н. Салазкин, В.В.. Шапошникова //Высокомолекулярные соединения. А, 2003. Т.45. №5. С. 779-784.
3. Rong М., Zeng Н. //Polymer., 1997. V. 38. №2. Р. 269.
4. Выгодский Я.С., Комарова Л.И., Антипов Ю.В. Новые эпоксидные оли-гомеры на основе эпоксидных олигомеров и кардовых полиимидов //Высокомолекулярные соединения. Сер.А, 1995. Т.37. №2. С. 197-205.
5. Новые полимеры и полимерные системы на основе эпоксидных олигомеров и полигетероариленов / Л.И. Комарова, С.Н. Салазкин, Я.С. Выгодский, С.И. Виноградова //Высокомолекулярные соединения. Сер. А, 1990. Т.32. №8. С. 1571-1592.
УДК 678.5
К.В. Краснов, Н.М. Чалая, B.C. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ
ОРГАНОГЛИНАМИ
The article presents the methods of modification of composite materials based on thermoplastic elastomer (styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer), including maleated sty-rene-ethylene-butylene-styrene, organoclay.
В статье приведены методы модифицирования композиционных материалов на основе термоэластопласта (стирол-этилен-бутилен-стирольным блок сополимер), в том числе малеинизированного, органоглинами.
Термоэластопласты (термопластичные эластомеры) - полимерные материалы, которые в условиях эксплуатации способны, подобно эластомерам, к большим обратимым деформациям, а при повышенных температурах, в частности, при переработке в изделия, текут подобно термопластам. Хорошая атмо-сферостойкость, низкая плотность, а также сравнительно низкая стоимость делают их привлекательными материалами для автомобильной, электротехнической и обувной промышленности. Основными недостатками данных материалов являются невысокие физико-механические свойства, особенно при низких температурах, и низкая химическая стойкость.
Поэтому для достижения желаемых механических свойств (жесткость и прочность) на основе ТЭП часто создают композиционные материалы, в состав которых входят наполнители различной природы.
С недавнего времени значительный интерес у исследователей и производителей полимерных изделий вызывают слоистые силикатные глины, такие как монтмориллонит (ММТ), вермикулит и органобентониты из-за их способности улучшать свойства полимерных материалов при сравнительно небольшом уровне наполнения. При этом в полимерных материалах заметно повышается прочность при растяжении, жесткость и теплостойкость, а также облегчается переработка полученного композиционного материала.
Морфология и механическое поведение композиций на основе ТЭП с силикатными глинами изучались многими группами исследователей.
На основе данных трансмиссионной электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии Пол и его коллеги [1] установили, что размер частиц эластомера и характеристическое отношение частиц глины имеют тенденцию к уменьшению с увеличением содержания глины.
Кроме того, механические свойства нанокомпозитов на основе ТЭП в значительной степени зависят от содержания эластомеров и глины. Сверхжесткий нанокомпозит с существенно высокой ударной прочностью, получается путем введения в полипропилен 30-40 масс.% эластомера и 2-7масс.% ММТ.
Микроструктура и механические свойства композиционного материла на основе ТЭП исследовались в работе [2]. Композиционный материал состоял из 30 % масс полипропилена , 70% масс малеинизированного сти-рол-этилен-бутилен-стирольного сополимера (СЕБС-МА) с добавками от 0,3 до 1,5% масс органоглины (ОММТ марки СЫвке ® ЗОВ).
Результаты рентгеновской дифрактометрии и трансмиссионной электрической микроскопии показали формирование интеркаляционных нанокомпозитов. В работе показано, что механические свойства исследованных нанокомпозитов зависят не только от дисперсии частиц глины, но и от распределения полипропилена в эластомерной матрице (СЕБС-МА).
Ниже приведены микрофотографии после травления исходных и наполненных органоглиной (0,3 % масс и 1,5% масс) композитов после вытравливания СЕБС-МА тетрагидрофураном. Тетрагидрофуран растворяет
фазы СЕБС, образуя пустоты в смеси или композитной матрице. По сравнению с исходным композитом, наполнение ОММТ приводит к уменьшению размеров полости. Это связано с взаимодействием гидроксильных групп ОММТ с малеиновыми группами СЕБС-МА, в результате чего эластомерная фаза хорошо связана с нанонаполнителем. В связи с этим размер полостей значительно снижается с увеличением содержания глины.
Сканирующая электронная микроскопия: а-исходная композиция; б- композиция с 0,3масс.% ОММТ; в -композиция с 1,5масс.% ОММТ
Результаты испытаний физико-механических свойств композиций приведены в таблице 1. Результаты показывают, что при введении ОММТ улучшается жесткость и механическая прочность композитов на основе ТЭП. Увеличение модуля Юнга при введении 1,5 масс.% составило около 20%. Увеличение жесткости и прочности связано с взаимодействием пластин наноглины и полимерной матрицы. Другими словами, гидроксильные группы СкнБЙеФЗОВ могут взаимодействовать с малеиновой группой СЕБС-МА в расплаве во время компаундирования. Кроме того, ограничение подвижности сегментов цепи полимера из-за пластин силиката, также может повысить прочность и жесткость. Стоит отметить, что введение глины в ТПО не приводит к ухудшению ударной вязкости. Температура тепловой деформации является важным показателем для термостойкости полимеров и композитов. Из таблицы 1 видно, что значение температуры тепловой деформации слегка возрастает с увеличением содержания глины.
Табл. 1 Механические свойства композиции ТЭП
Композиция Модуль Юнга (МПа) Прочность при растяжении (МПа) Ударная вязкость по Изоду (кДж/м^) Температура тепловой деформации (°С )
Исходная композиция на основе ТЭП 118.56 8.95 3.16 53.03
Композиция с 0,3% ОММТ 118.97 9.00 3.22 53.58
Композиция с 0,6% ОММТ 122.36 9.02 3.28 54.43
Композиция с 1,2% ОММТ 140.18 9.20 3.38 54.93
Композиция с 1,5% ОММТ 142.70 9.32 3.53 55.27
Эти данные близки к результатам исследований физико-механических свойств композиций на основе ТЭП, полипропилена и органобентонитов.
Табл. 2 Механические свойства композиции на основе СЭБС и ПП
Композиция Прочность при разрыве, МПа Модуль Юнга, МПа Остаточная деформация после разрыва, % Твердость по Шору
Исходная композиция 7,7 110 48 75
Композиция +1масс.% ор-ганоглины 8,0 118 47 76
Композиция +2масс.% ор-ганоглины 8,4 128 45 76
Композиция +3масс.% ор-ганоглины 8,8 136 44 77
Исходная композиция состоит из 85масс.% СЭБС, 15масс.% полипропилена. Композиция получена экструзией на 2-хшнековом экструдере. Образцы формовались на термопластавтомате при температуре цилиндра по зонам 170-210°С .
Как видно из таблицы 2 введение органоглин приводит к росту прочности при разрыве и твердости, уменьшается остаточная деформация. Это, по видимому, связано с изменением надмолекулярной структуры и уменьшением подвижности сегментов полимерной матрицы.
При сравнении влиянии 2х типов компатибилизаторов - стирол-этилен-бутилен-стирольного блок-сополимера с привитым малеиновым ангидридом (СЕБС-МА) и полиэтилен с привитым малеиновым ангидридом (ПЭ-МА) на свойства композиции на основе СЕБСа с добавлением органоглин было показано, что компатибилизированная система с ПЭ-МА обладает большими значениями прочности при растяжении и прочности при разрыве, чем система с СЕБС-МА. При фиксированном содержании компатибилизаторов, механические свойства возрастают с увеличением содержания глины. Авторы работы [3] получили подобные зависимости при исследовании свойств композиций на основе ТЭП с малеинизированным полипропиленом, что связали с полукристаллической природой компатибилизатора на основе полипропилена.
Результаты представленных исследований позволяют сделать вывод о целесообразности модифицирования композиций на основе ТЭП органогли-нами. Показано, что введение в такие композиционные материалы органоглин приводит к увеличению прочностных характеристик, жесткости и твердости при сохранении высокой ударной вязкости. При этом необходимо
отметить, что использование компатибилизаров, в первую очередь, на основе полиолефинов (полипропилена или полиэтилена) с привитыми малеино-выми группами, приводит к возрастанию степени эксфолиации и интеркаля-ции, что приводит к улучшению физико-механических характеристик композитов.
Библиографические ссылки
1. ТРО based nanocomposites: Part 1. Morphology and mechanical properties / Lee HS, Fasulo PD, Rodgers WR, Paul DR. Polymer, 2005. P. 46 -11689.
2. Deformation Behavior of Polymer-Layered Silicate Nanocomposites /Hong RY. CITY UNIVERSITY OF HONG KONG, 2008. November. 163 p.
3. Preparation, structure, and properties of styrene-ethylene-butylenestyrene block copolymer/clay nanocomposites: Part П fracture behaviors/Lai S.-M., Wen-Chih Chen, Chen C.-M. // European Polymer Journal, 2008. November. V44. Issue 11. P. 3547.
УДК 678.5
Д.Н. Савельев, А.Я. Томильчик, С.А. Смотрова, B.C. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Жуковский, Россия
ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАТОРОВ НА СВОЙСТВА АРМИРОВАННЫХ ПЛАСТИКОВ
The influence of different reactive diluents on epoxy novolac matrix was studied. The modifiers have shown to reduce viscosity and improve impregnation. In addition, these modifiers have positive effect on cured resin properties.
В работе изучено влияние различных активных разбавителей на свойства эпокси-новолачных связующих. Показано, что использование данных модификаторов позволяет снизить вязкость связующих и улучшить качество пропитки. Кроме того, представленные модификаторы положительно влияют на свойства отвержденных связующих.
На сегодняшний день армированные композиционные материалы на основе полимерных матриц занимают прочное место в различных областях промышленности. Особую ценность они представляют тогда, когда требуется максимальное снижение веса конструкции при сохранении высоких прочностных характеристик.
Преимущества эпоксидных смол перед остальными термореактивными связующими:
