Эпоксидные смолы
Перспективность композиционных материалов, армированных нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и других материалов. Композиционные материалы с полимерной матрицей. Химические свойства и технология приготовления эпоксидной смолы.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.06.2015 |
| Размер файла | 2,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
3
Содержание
- Введение
- Композиционные материалы с полимерной матрицей
- Полимеры
- Эпоксидные смолы
- Химия эпоксидных смол
- Приготовление эпоксидной смолы
- Методика эксперимента
- Заключение
- Список литературы
Введение
Композиционные материалы, представляют собой металлические или неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон дисперсных частиц и др.); при этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиции. По характеру структуры композиционные материалы подразделяются на волокнистые, упрочненные непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами, дисперстно-упрочненнные материалы, полученные путем введения в металлическую матрицу дисперсных частиц упрочнителей, слоистые материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов. К композиционным материалам также относятся сплавы с направленной кристаллизацией эвтектических структур. Комбинируя объемное содержание, можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.
Волокнистые композиционные материалы, армированные нитевидными кристаллами и непрерывными волокнами тугоплавких соединений и элементов (SiC, Al2O3, бор, углерод и др.), являются новым классом материалов. Однако принципы армирования для упрочнения известны в технике с глубокой древности. Еще в Вавилоне использовали тростник для армирования глины при постройке жилищ, а в Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при постройке дворцов и храмов. В 1555-1560 гг. при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник использовали армированные железными полосами каменные плиты. Прообразом композиционных материалов являются широко известный железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в XIX веке прокаткой слоистые материалы.
Успешному развитию современным КМ содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью (1940-1950 гг.). Открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов (1950-1960 гг.), разработка новых армирующих материалов - высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов (1960-1970 гг.).
Важнейшими технологическими методами изготовления композиционных материалов являются: пропитка армирующих волокон матричным материалом; формирование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой; холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием; электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием; пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов; совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и др. Весьма перспективны композиционные материалы, армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10-15 мм по длине.
Композиционные материалы с полимерной матрицей
60-летний опыт технологической работы со стеклопластиками, показал, что способы изготовления полимерных композиционных материалов с углеродными и борными волокнами в достаточной степени отработаны. Изучены основные механические характеристики угле - и боропластиков, накоплен опыт их опробования и летной эксплуатации в деталях, не являющихся критическими с точки зрения безопасности конструкции. Расширение внедрения композиционных материалов с полимерной матрицей несколько сдерживается недостаточностью знаний о механизме разрушения и свойствах композиционных материалов в условиях, имитирующих реальные условия работы конструкций (наличие концентраторов напряжений, сложная схема нагружения, комплексное воздействие механических нагрузок и температуры, низкоэнергетический удар и т.п.), о влиянии климатических факторов (влаги, солнечной радиации, электричества). В последние годы наблюдается концентрация усилий именно на этих направлениях исследований композиционных материалов с полимерной матрицей.
Основные свойства пластиков, армированных борными и углеродными волокнами, были известны к концу 60-х годов, что обусловило возможность их опробования в различных изделиях. Однако из-за высокой стоимости волокон использование композиционных материалов с полимерной матрицей было возможным лишь в тех отраслях промышленности, в которых огромные затраты на изготовление деталей из композиционных материалов окупались бы при эксплуатации изделий. Именно по этой причине пионером в области использования высокопрочных высокомодульных композиционных материалов с полимерной матрицей стала авиационно-космическая промышленность. В дальнейшем в связи с увеличением объема производства стоимость волокон и композиционных материалов на их основе начала снижаться, что привело к возможности использования армированных пластиков для изготовления высококачественного спортивного инвентаря и позволило несколько снизить расходы авиационно-космических компаний на развитие новых материалов. Дальнейшее снижение стоимости углеродных волокон, связанное с переходом на пековое сырье, обеспечивает рентабельность применения полимерных композиционных материалов в других отраслях промышленности.
Одним из первых применений композиционных материалов с полимерной матрицей явилось изготовление из углепластика в 1967 г.22 панелей задней кромки крыла самолета F-111A (США); эти панели были вдвое дороже алюминиевых, но позволили снизить массу конструкции на 16%. На фоне постоянного увеличения стоимости ручного труда, энергии и традиционных материалов устойчивая тенденция к снижению стоимости композиционных материалов инициирует усилия разработчиков по внедрению композиционных материалов в изделия современной техники. Одним из наиболее впечатляющих примеров внедрения композиционных материалов является разработка фирмой GrummanAerospaceCorp. горизонтального стабилизатора тяжелого современного бомбардировщика В-1B. Испытания показали, что при всех видах нагружения разрушение конструкции наступает при нагрузках, составляющих 130-170% от предельных расчетных. Так как стабилизатор испытывает мощные акустические нагрузки (расчетная долговечность 26 ч при звуковой нагрузке 167 дБ), он был испытан в соответствующих условиях и без разрушения простоял 181 ч при уровне шума 152-167 дБ. Лакокрасочное покрытие стабилизатора проверялось в условиях, имитирующих ядерный взрыв; деградации покрытия не наблюдалось. Для защиты от грозовых разрядов на 50% поверхности стабилизатора напыляли тонкий слой алюминия. При разряде с силой тока 200000А в обшивке наблюдались лишь незначительные повреждения. Летные испытания В-1 подтверждают эффективность применения композиционных материалов (далее КМ) в его конструкции.
Использование сочетаний стекло - и углепластиков для панелей пола трехслойной конструкции пассажирских самолетов позволило добиться существенного снижения массы: для широкофюзеляжного самолета ИЛ-86 на 400 кг (площадь пола 350 м2), для самолета ЯК-42 на 100 кг.
Успешное опробование самолетов, изготовленных с использованием КМ, позволило фирмам США сделать вывод о возможности перехода от летных испытаний и демонстрационных полетов к серийному внедрению КМ. В самолете F-16, состав используемых материалов был следующим: 83% алюминиевых сплавов, 2% титановых сплавов, 5 стальных конструкций и 2% новых КМ.
В последние годы возрастает интерес к применению КМ в судостроении. В США, например, возлагаются надежды на использование КМ для суперглубоководных средств. Анализ зависимости возможной глубины погружения от конструктивных характеристик аппарата выявляет преимущества высокопрочных и высокомодульных КМ. Высокая демпфирующая способность последних, сочетающихся с конструкциями из стеклопластиков, полиармированных КМ и т.п., приводит к уменьшению перегрузок, возникающих при взрывах. Малая плотность КМ при обеспечении пожаробезопасности позволяет применять их в архитектуре надводной части судов всех типов, что способствует улучшению устойчивости, уменьшению радиолокационной заметности судов, облегчению эксплуатации корпуса. Одним из интересных применений КМ в судостроении является использование углепластиков для подводных крыльев судов. Для предотвращения влагопоглощения детали плакируются листовым титаном.
Автомобильные фирмы США (Ford и GeneralMotors) прорабатывают вопросы применения КМ в конструкции автомобилей. Так, например, изучена конструкция ведущего вала двигателя из углепластиковой трубки, охватывающей стальной сердечник. Двухлетние испытания новой конструкции подтвердили ее высокую эффективность и надежность в эксплуатации (в частности, высокую коррозионную стойкость) при снижении массы на 2 кг.
Полимеры
Термин "полимерия" был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. "Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.
Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к "осмолению" продуктов основной химической реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют "смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол),
Химия полимеров возникла только в связи с созданием А.М. Бутлеровым теории химического строения. А.М. Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г. Бушарда, У. Тилден, немецкий учёный К Гарриес, И.Л. Кондаков, С.В. Лебедев и другие). В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У. Карозерса.
С начала 20-х годов 20 века развиваются также теоретические представления о строении полимеров. Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря не ковалентным связям (теория "малых блоков”). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г. Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.
Полимерами являются химические соединения, характеризующиеся высокой молекулярной массой, которая колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомов. Молекулы полимеров называются макромолекулами. Макромолекулы состоят из огромного числа мономерных звеньев, повторяющихся группировок. Атомы в составе макромолекул соединяются между собой посредством главных и (или), так называемых, координационных валентностей. В зависимости от происхождения полимеров различают природные полимеры и химические.
В связи с этим принято различать три класса полимеров - это природные полимеры, выделенные из природных объектов, синтетические полимеры, и искусственные полимеры, которые получают химическими реакциями природных полимеров.
Многие из представителей этих групп полимеров известны практически всем достаточно хорошо. Это можно сказать, например, о синтетических полимерах - полиэтилене, из которого изготавливают пленку, применяемую в быту, полиамидах (капроне и найлоне), из которых получают волокно для изготовления различных изделий, эпоксидных смолах, используемых для изготовления распространенного клея, полиэтилентерефталате, из которого изготавливают пластиковые бутылки.
К известным природным полимерам можно отнести полимеры группы полисахаридов, с которыми мы часто сталкиваемся в жизни, - целлюлозу, крахмал, хитин, являющийся основой панциря ракообразных, белки, без которых невозможна жизнедеятельность живых организмов, нуклеиновыекислоты, являющиеся передатчиками признаков наследственности живых организмов, в том числе, человека, лигнин, составляющий около 20-30% массы древесных растений.
Известны искусственные полимеры, например, ацетил - и нитроцеллюлоза, являющиеся основой волокон, мембран, кинопленок и пороха, хитозан, продукт деацетилирования хитина, рассматриваемый сейчас как ценное сырье для медицинской промышленности, используемый как компонент кровезаменителей.
Расположение атомов или атомных групп в макромолекулах может быть разнообразным. Они могут быть вытянуты в линию последовательности циклов или быть в виде открытой цепи.
Одинаковыми мономерными звеньями характеризуются молекулы гомополимеров.
Рис.1
Такие полимеры называют линейными, примером может послужить натуральный каучук.
Полимеры могут представлять из себя цепи с разветвлениями (к разветвленным полимерам относится аминопектин).
Рис. 2
Полимеры могут представлять из себя полимеры трехмерной сетки (сшитые полимеры), к примеру, отвердевшие эпоксидные смолы.
Рис. 3
Полимерам свойственны высокая механическая прочность, эластичность, электроизоляционные свойства и множество других ценных характеристик, что делает их незаменимыми как в быту, так и в разных отраслях промышленного производства. Наиболее широко применяются такие типы полимерных материалов, как пластмасса, резина, волокна, лаки и краски, клеи, а также ионообменные смолы.
Для производства полимеров требуется в 2-3 раза меньше капитальных вложений, чем для производства цветного металла. Исходными материалами для производства полимеров служат дешевые продукты переработки каменного угля, нефти и природного газа.
Эпоксидные смолы
Эпоксидные смолы представляют самое универсальное семейство смол, применяемых для производства композитных конструкций. Практически по всем параметрам эти смолы обеспечивают самые высокие показатели клеевого шва и прочности. Смолы обладают крайне малой усадкой. Когда эпоксидная смола используется в качестве химически стойкого барьерного слоя, покрытие ею обладает очень низким водопоглощением (менее 0.5%) и можно быть уверенным в том, что отделочные покрытия будут иметь хорошее сцепление с эпоксидной основой. Современные эпоксидные смолы могут обладать низкой вязкостью и контролируемым временем отверждения.
Эпоксидные смолы - это, пожалуй, самый доступный материал для точного холодного изготовления деталей в домашних условиях.
Эпоксидная смола (в дальнейшем - эпоксид) представляет из себя вязкую смолу, которая после смешивания с отвердителем полимеризуется и переходит в твердую фазу. До полимеризации в смолу можно вводить всевозможные твердые наполнители, которые будут менять в желаемую сторону свойства полученной пластмассы.
Наиболее доступной и широко известным эпоксидом являются эпоксидные клеи ЭДП и ЭКФ. Упаковка содержит два компонента эпоксидную модифицированную смолу и отвердитель, которые перед употреблением смешиваются в соотношении от 8: 1 до 10:
1. Процесс полимеризации происходит при комнатной температуре в течение нескольких часов, а полная полимеризация заканчивается спустя 12 часов. Чем больше содержание отвердителя в указанном выше соотношении, тем быстрее идет процесс полимеризации. Здесь важно точно отмерять исходные компоненты при изготовлении рабочей смеси, а в отношении отвердителя - лучше положить его немного больше, чем не доложить.
Второй из отечественных эпоксидных смол, пригодной для домашнего творчества, является эпоксидная смола ЭД-20.
Химия эпоксидных смол
Детальное вникание в химию смол для моделиста не так важно, но знание основ их химии поможет в успешном завершении проекта и позволит избежать ошибок и разных сюрпризов, которые могут возникнуть при работе со смолой.
Смола, лежащая в основе всех эпоксидных клеев, применяемых в судостроении, называется диглицидиловый эфир бисфенола А. Бисфенол А получают путем взаимодействия фенола с ацетоном при определенных условиях. Буква А обозначает ацетон, "фенол" обозначает фенольные группы, а "бис" обозначает двойку. Таким образом бисфенол Аявляется химическим продуктом, представляющим собой комбинацию двух молекул фенола с одной ацетона. Затем бисфенол А вступает в реакцию с веществом под названием эпихлор-гидрин. В результате реакции по обеим сторонам молекулы бисфенола А прикрепляются две ("ди-") глицидоловые группы. Получившееся вещество называется диглицидиловый эфир бисфенола А, или же основная эпоксидная смола. Именно глицидиловые группы взаимодействуют с атомами водорода аминов в отвердителе, в результате чего и получается отвержденная эпоксидная смола.
Основная эпоксидная смола обладает высокой вязкостью и малопригодна для судостроительных целей, разве что в качестве клея в некоторых ситуациях. Производители эпоксидных составов приобретают смолу именно в такой форме и затем добавляют к ней определенные компоненты (модифицируют) для придания необходимых свойств.
Отвердители, применяемые с эпоксидной смолой при комнатной температуре, в большинстве своем полиамины. То есть органические молекулы, содержащие две и более аминогруппы. Аминогруппы по структуре напоминают аммиак, только присоединены к органическим молекулам. И как аммиак, амины являются сильными щелочами. Из-за этого сходства отвердители эпоксидных смол зачастую обладают аммиачным запахом, который наиболее ощутим в замкнутом объеме сосуда хранения сразу после его открывания. На воздухе же этот запах мало ощутим из-за высокого давления паров полиаминов.
Вступающие в реакцию аминогруппы представляют собой атомы азота с присоединенными к ним одним-двумя атомами водорода. Эти атомы водорода взаимодействуют с атомами кислорода из глицидиловых групп эпоксидной смолы и получается отвержденная смола - термореактивная пластмасса с большим количеством пространственных связей. При нагревании она размягчается, но не плавится. Трехмерная структура обеспечивает ей отличные физические свойства.
Соотношение атомов кислорода глицидола и атомов водорода аминов с учетом различных молекулярных масс и плотностей и определяет, в конечном счете, соотношение смолы и отвердителя. Изменение указанного соотношения приведет к тому, что останутся вакантные атомы кислорода или водорода в зависимости от отклонения в ту или другую сторону. В итоге отвержденная смола будет обладать меньшей прочностью из-за неполного образования пространственных связей.
Отвердители эпоксидных смол не являются катализаторами. Катализаторы способствуют реакции, но химически не являются частью конечного продукта. Отвердители же эпоксидных смол образуют пары с молекулами смолы, что сказывается на конечных свойствах отвержденного продукта.
Время отверждения эпоксидной смолы зависит от реакционной активности атомов водорода аминов. И хотя присоединенная органическая молекула не принимает непосредственного участия в химической реакции, она влияет на то, как скоро атомы водорода аминов покидают азот и взаимодействуют с атомами кислорода глицидола. Таким образом, время отверждения определяется кинетикой данного амина, используемого в качестве отвердителя. Это время можно изменить, применив другой отвердитель, добавив в смолу акселератор или изменив температуру или массу смеси смолы с отвердителем.
Реакция отверждения эпоксидных смол - экзотермическая. Это означает, что при ее отверждении выделяется тепло. Скорость, с которой смола отверждается, зависит от температуры смеси. Чем выше температура, тем быстрее реакция. Скорость ее удваивается при повышении температуры на 10°С и наоборот. К примеру, если при 20°С смола становится свободной на отлип за 3 часа, то при 30°С на это потребуется 1,5 часа и 6 часов при 10°С. Все возможности повлиять на скорость отверждения сводятся к этому основному правилу. Время жизнеспособности смеси и время работы с ней в основном определяются изначальной температурой смеси смолы с отвердителем.
Временем желатинизации (гелеобразования) называется время, необходимое для данной массы, находящейся в компактном объеме для ее обращения в твердое состояние. Это время зависит от первоначальной температуры смеси и следует вышеописанному правилу. К примеру, если 100 г смеси смолы с отвердителем обращаются в твердое состояние за 15 минут при исходной температуре в 25°С, то при исходной температуре в 15°С на это потребуется около получаса. Если при тех же 25°С эти 100 г равномерно размазать по площади в 1 м2, полимеризация займет свыше двух часов. Время полимеризации помимо температуры зависит и от отношения площади к массе смолы.
Суть происходящего заключается в следующем. В ходе реакции выделяется тепло. Если выделяемое тепло сразу поглощается окружающей средой (как это происходит со смолой в виде тонкой пленки), температура полимеризующейся смолы не возрастает и скорость реакции остается неизменной. Если же смола занимает компактный объем (как в случае банки), экзотермическая реакция повышает температуру клеевой смеси и реакция ускоряется.
Время работы со смолой составляет примерно 75% от времени желатинизации из-за геометрической формы емкости. Его можно увеличить путем увеличения площади поверхности, уменьшения массы смеси или охлаждением смолы и отвердителя перед смешиванием. Вязкость смеси в емкости будет расти (к примеру, при 25°С) в абсолютных единицах в силу полимеризации, но из-за разогрева смеси будет казаться, что вязкость уменьшается. Клей на стадии 75% времени желатинизации будет казаться очень жидким (из-за высокой температуры), но если при этом его охладить до комнатной температуры, он окажется очень густым. Густая же смола на стадии частичной полимеризации не так хорошо пропитывает стеклоткань и ложится на склеиваемые поверхности. Опытные специалисты либо готовят смесь, которая сразу наносится, либо для замедления реакции увеличивают площадь поверхности.
И хотя скорость полимеризации смолы и зависит от температуры, сам механизм от нее не зависит. Быстрее всего реакция протекает в жидком состоянии смолы. По ходу полимеризации смола меняет состояние с жидкого на липкое вязкое гелеобразное. После гелеобразования скорость реакции замедляется по мере нарастания твердости. В твердых телах химические реакции протекают медленнее. От состояния мягкого липкого геля смола переходит к более твердому состоянию, постепенно теряя липучесть. Со временем липучесть исчезнет, и смола продолжит набирать твердость и прочность.
При нормальной температуре смола достигает от 60 до 80% окончательной прочности спустя 24 часа. Дальнейшее отверждение будет продолжаться в течение последующих нескольких недель, достигнув, в конце концов, точки, когда дальнейшее отверждение будет невозможно без значительного роста температуры. Однако для судостроительных целей можно считать, что смолы, полимеризующиеся при комнатной температуре, окончательно отверждаются спустя 72 часа при 20°С.
Как правило, лучше работать с возможно малым временем полимеризации, насколько это позволяет конкретная ситуация. Это дает возможность переходить к следующему этапу, не тратя времени на ожидание отверждения клея. Клеевая пленка с малым временем полимеризации меньшее время остается липкой и успеет подцепить меньше следов на ней насекомых, их самих и прочего летучего мусора.
Эпоксидные смолы могут в процессе отверждения образовывать на своей поверхности тонкую пленку. Она формируется в присутствии углекислого газа и паров воды, особенно в холодную сырую погоду, нежели в теплую и солнечную. Эта пленка водорастворима и должна быть удалена перед шлифовкой или покраской.
Незащищенная эпоксидная смола плохо переносит солнечный свет (УФ излучение). Спустя примерно шесть месяцев нахождения под ярким солнечным светом начинается ее распад. Дальнейшее облучение вызывает меление и неизбежное ее разрушение с потерей всех физических свойств. Решение проблемы лежит в защите смолы при помощи краски и лака, содержащих УФ защиту.
Приготовление эпоксидной смолы
Эпоксид плохо пристает к таким веществам, как полиэтилен (практически не пристает), полистирол, оргстекло. Если на эти материалы нанести защитный слой (например, из мастики для паркета), то после полимеризации эпоксид легко от них отделяется. Защита мастикой металлических поверхностей, поверхностей из других пластмасс и поверхностей из эпоксида позволяет также легко отделить отливку из эпоксида после ее полимеризации.
Процесс полимеризации эпоксида связан с химической реакцией между ее компонентами, в ходе которой наблюдается выделение тепла. С другой стороны сама химическая реакция идет более интенсивно при более высоких температурах. По этой причине (если нет достаточного отвода тепла от полимеризующейся массы) происходит ее разогрев, а в случае клея ЭДП иногда температура может подняться до 50 - 60 градусов. Это следует учитывать при выборе материала для изготовления формы. (при таких температурах форма из пластилина поплывет, а отливка будет безнадежно испорчена).
Реакция полимеризации идет наиболее интенсивно в приграничном слое. При использовании эпоксида с твердым наполнителем (цемент, гипс и т.д.) поверхность этого приграничного слоя резко возрастает, и процесс полимеризации идет быстрее, чем без наполнителя. Кроме того, отвод тепла с этого приграничного слоя ограничен и наблюдается саморазогрев смеси, что также необходимо учитывать.
При повышении температуры смола повышает свою текучесть и снижает вязкость, поэтому для заливки мелких деталей раствор необходимо первоначально нагрет до 25-30 градусов. Далее в него добавляем наполнитель и только после этого отвердитель. Такая последовательность приготовления исходной массы в наибольшей степени будет гарантировать однородность конечной пластмассы. При понижении температуры и во влажной атмосфере процесс полимеризации смолы замедляется, а при высокой влажности полимеризация вообще может не произойти до конца.
До тех пор, пока эпоксид не полимеризовался, она ведет себя как вязкая жидкость со всеми вытекающими отсюда последствиями. Введенный в эпоксид наполнитель в зависимости от его удельного веса либо опускается вниз (цемент, например) либо всплывает (деревянная крошка, отдельные пузырьки воздуха). Это необходимо учитывать для правильной ориентации литьевой формы в течение процесса полимеризации, чтобы на ответственных поверхностях не образовались нежелательные раковины от воздушных пузырей и т.п.
Основной минус эпоксида - это трудность избавления от воздушных пузырьков, которые образуются в процессе приготовления и перемешивания исходной массы. Рецепт тут один - давать отстояться смеси, чтобы пузыри всплыли, повысить текучесть смолы повышением ее температуры и физическое удаление пузырей, прилипших к поверхностям формы при помощи острого предмета. Помогает также заливка раствора в форму не напрямую, а через промежуточный предмет тонкой струйкой (тогда большинство микро-пузырей исчезнет на промежуточных поверхностях в процессе заливки).
композиционный материал эпоксидная смола
Методика эксперимента
В данной работе мы исследовали механические свойства образцов эпоксидной смолы ЭД-20. Эксперимент проводился на разрывной установке SHIMADZU Autograph AG-X 100 kN.
Приготовление образцов.
Для приготовления образца были использованы: смола эпоксидно-диановая неотвержденная (ОКП 22 2511, ГОСТ 10587-84) и отвердитель ЭТАЛ-45. Соотношение смеси: смолы - 100 мл, отвердителя - 50 мл.
Смолу предварительно нагреваем в "водяной бане" - емкость с водой, в которой поддерживаем температуру (около 30°С). Заливаем отвердитель в эпоксидную смолу, очень медленно, постоянно перемешивая. Смесь перемешиваем в течение 30 минут при комнатной температуре. Отливаем замес в формы. Оставляем на 24 часа. После чего образцы готовы для испытаний.
Результаты эксперимента.
На проведение испытаний мы взяли 4 готовых образца твердой смолы и получили результаты, представленные на рис. 4, 5, 6 и 7:
Рис. 4. Зависимость между нагрузкой и деформацией (образец № 1)
Рис. 5. Зависимость между нагрузкой и деформацией (образец № 2)
Рис. 6. Зависимость между нагрузкой и деформацией (образец № 3)
Рис. 7. Зависимость между нагрузкой и деформацией (образец № 4)
Табл. 1. Механические характеристики образцов.
|
Характеристика |
Номер образца |
Среднее значение |
Абсолютная погрешность |
Относительная погрешность |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||||
|
Модуль упругости, H/мм2 |
3212 |
3507 |
3280 |
3379 |
3344 |
127 |
3,83% |
|
|
Предел прочности, H/мм2 |
58,67 |
72,96 |
57,47 |
65,27 |
63,59 |
7,12 |
11, 20% |
|
|
Максимальное удлинение, мм |
3,77 |
5,34 |
3,52 |
5,09 |
4,43 |
0,92 |
20,72% |
Заключение
Были приготовлены образцы эпоксидной смолы, проведен эксперимент по определению механических свойств (модуль упругости, относительное удлинение, предел прочности) полученных образцов твердой смолы. Проведенный эксперимент на образцах и полученные данные (табл. 1) показывают, что погрешность у модуля упругости мала, а погрешности предела прочности и максимального удлинения велики. Учитывая, что все образцы однородные, можно сделать вывод: на величины предела прочности и удлинения повлиял технологический фактор приготовления образцов.
Список литературы
1. Современные композиционные материалы, под ред. П. Крока и Л. Броумана, пер. с англ., М., 1978 г.
2. Волокнистые композиционные материалы, пер. с англ., М., 1967 г.
3. Итоги науки и техники "Композиционные материалы", под ред. Л.П. Кобец, М. - 1979 г.
4. Большая советская энциклопедия, главн. ред. А.М. Прохоров, М., 1973 г., том 12.
5. В.И. Итин и др. / Письма в ЖТФ том 23 №8 (1997) 1-6.
6. K. P. Unnikrishnan, E. T. Thachil. Toughening of epoxy resins. Designed Monomers & Polymers 2006 Vol.9. No.2. P.129 152.
7. Шур А.М. Высоко молекулярные соединения. 1981 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структура композиционных материалов. Характеристики и свойства системы дисперсно-упрочненных сплавов. Сфера применения материалов, армированных волокнами. Длительная прочность КМ, армированных частицами различной геометрии, стареющие никелевые сплавы.
презентация [721,8 K], добавлен 07.12.2015Типы композиционных материалов: с металлической и неметаллической матрицей, их сравнительная характеристика и специфика применения. Классификация, виды композиционных материалов и определение экономической эффективности применения каждого из них.
реферат [17,4 K], добавлен 04.01.2011Классификация композиционных материалов, их геометрические признаки и свойства. Использование металлов и их сплавов, полимеров, керамических материалов в качестве матриц. Особенности порошковой металлургии, свойства и применение магнитодиэлектриков.
презентация [29,9 K], добавлен 14.10.2013Общие сведения о композиционных материалах. Свойства композиционных материалов типа сибунита. Ассортимент пористых углеродных материалов. Экранирующие и радиопоглощающие материалы. Фосфатно-кальциевая керамика – биополимер для регенерации костных тканей.
реферат [1,6 M], добавлен 13.05.2011Исторические сведения о возникновении керамических материалов, область их применения. Основные физико-химические свойства керамики, применяемые сырьевые материалы. Общая схема технологических этапов производства керамических материалов, ее характеристика.
курсовая работа [74,2 K], добавлен 02.03.2011Способы получения полимерных композитов, тип наполнителя и агрегатное состояние полимера. Физико-химические аспекты упрочнения и регулирования свойства полимеров, корреляция между адгезией и усилением. Исследование взаимодействия наполнитель-связующее.
реферат [21,9 K], добавлен 30.05.2010Подготовительные технологические процессы, расчет количества ткани и связующего для пропитки. Изготовление препрегов на основе тканевых наполнителей. Методы формообразования изделия из армированных композиционных материалов, расчёт штучного времени.
курсовая работа [305,7 K], добавлен 26.03.2016Разработка принципов и технологий лазерной обработки полимерных композиционных материалов. Исследование образца лазерной установки на основе волоконного лазера для отработки технологий лазерной резки материалов. Состав оборудования, подбор излучателя.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.10.2013Рецептуры пресс материалов и химизм процесса. Варка, сушка резольной и новолачной смолы. Способы производства фенопластов и переработки их в изделие. Основное сырье для фаолита и приготовление фенолформальдегидной смолы. Трубы и изделия из текстофаолита.
реферат [93,1 K], добавлен 22.06.2015Технология монтажа санитарно-технических систем и оборудования. Изготовление узлов из термопластов, стальных и чугунных труб. Состав, строение и свойства композиционных материалов. Монтаж водостоков, внутриквартальной и дворовой сети газопотребления.
дипломная работа [587,2 K], добавлен 18.01.2014Особенности формирования структуры и свойств обжиговых керамических композиционных материалов из грубодисперсных непластичных компонентов. Теория и практика плотной упаковки частиц в полидисперных системах. Исследование процессов образования волластонита.
диссертация [4,6 M], добавлен 12.02.2015Выявление потребности студентов университета им. М.Т. Калашникова в сувенирной продукции. Технология изготовления подарочной продукции из эпоксидной смолы. Выбор материалов для создания силиконовых форм. Технологическая карта детали изделия "Магнит".
дипломная работа [4,8 M], добавлен 08.03.2018Применение эпоксидных смол в различных отраслях промышленности. Приготовление герметизирующих, пропиточных и заливочных изоляционных материалов. Конструкции быстроходных мешалок. Состав и плотность реакционной массы. Динамический коэффициент вязкости.
курсовая работа [755,3 K], добавлен 18.06.2013Многослойные и комбинированные пленочные материалы. Адгезионная прочность композиционного материала. Характеристика и общее описание полимеров, их свойства и отличительные признаки от большинства материалов. Методы и этапы испытаний полимерных пленок.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 21.11.2010Состав и свойства пластмасс. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Резиновые материалы: общая характеристика, свойства и назначение. Клеящиеся материалы и герметики. Сущность и виды каучуков. Понятие, виды и физические свойства древесины.
реферат [27,1 K], добавлен 18.05.2011Разработка варианта конструкции фюзеляжа самолета легкого типа из полимерных композиционных материалов и обоснование принятых решений расчетами. Технологический процесс изготовления конструкции. Анализ дефектов тонкостенных деталей трубопроводов.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.02.2015Диаграмма состояния сплава. Смолы, их группы и применение. Прямой и обратный пьезоэффект. Свойства, особенности, составы, применение пьзоэлектриков. Классификация и использование контактных материалов. Расшифровка марок сплавов МНМц 40-1,5 и МНМц 3-12.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 21.11.2010Классификация, маркировка, состав, структура, свойства и применение алюминия, меди и их сплавов. Диаграммы состояния конструкционных материалов. Физико-механические свойства и применение пластических масс, сравнение металлических и полимерных материалов.
учебное пособие [4,8 M], добавлен 13.11.2013Технология производства кремнийорганической смолы. Расчет количества загрязняющий веществ, поступающих в воздух от технологического оборудования. Оценка уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при нормальных и аварийных режимах работы оборудования.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 16.11.2011Многообразие космических материалов. Новый класс конструкционных материалов – интерметаллиды. Космос и нанотехнологии, роль нанотрубок в строении материалов. Самоизлечивающиеся космические материалы. Применение "интеллектуальных" космических композитов.
доклад [277,6 K], добавлен 26.09.2009
