Термоактивационные закономерности разрушения высоконаполненных эпоксидревесных композитов
Повышения долговечности эпоксидных полимеров за счет введения твердых физически активных наполнителей. Проведены испытания высоконаполненных эпоксидревесных композитов с разным соотношением наполнителей. Механизм взаимодействия наполнителей и смолы.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.02.2020 |
| Размер файла | 23,2 K |
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/
Термоактивационные закономерности разрушения высоконаполненных эпоксидревесных композитов
Ярцев В.П., д-р техн. наук, профессор, Киселева О.А., канд. техн. наук, Лотц Н.С., аспирант
Тамбовский государственный технический университет
Основным способом повышения долговечности эпоксидных полимеров является введение твердых физически активных наполнителей [1]. Прочностные и деформационные характеристики, определяющие долговечность эпоксидных композиционных материалов, зависят от свойств эпоксидной смолы и количества отвердителя, физической и химической структуры наполнителей, степени наполнения, соотношения и дисперсности наполнителей. При этом термофлуктуационный подход к разрушению и деформированию композиционных материалов [1] позволяет выявить механизм взаимодействия наполнителей и смолы.
В работе были проведены длительные механические испытания высоконаполненных эпоксидревесных композитов с разным соотношением наполнителей при содержании связующего 40 масс. ч. и наполнителя 60 масс. ч. Для снижения вязкости эпоксидную смолу ЭД-20 разогревали до 50-600С, затем в неё вводили отвердитель (полиэтиленполиамин) и пластификатор МСЭ-1. Полученное связующее тщательно перемешивали и добавляли в него смесь опилок с асбофрикционными отходами (АФО). Приготовленную массу укладывали в металлические формы и прессовали в течение суток при комнатной температуре. Затем для ускорения процесса твердения композита производили термообработку при температуре 800С в течение 2 часов. Испытания проводили при длительном поперечном изгибе в режиме заданных постоянных напряжений и температур, фиксируя время до разрушения (долговечность). Результаты испытаний представлены на рисунке 1.
Как видно из рисунка 1а, зависимости времени до разрушения от напряжения и температуры для композита, наполненного АФО и древесными опилками в соотношении 1:1 представляют собой семейства веерообразных прямых и описываются уравнением (1) [1]. При уменьшении содержания древесного наполнителя зависимость (рис. 1б) принимает сложный характер: при малых напряжениях линии сходятся в «прямой пучок», а при больших образуют параллели, которые описываются уравнением (2) [1].
Размещено на http://www.allbest.ru/
(1),
(2)
полимер эпоксидревесный композит
где m, , U0, и Tm - физические константы материала: m - минимальная долговечность (период колебания кинетических единиц - атомов, групп атомов, сегментов), с; U0 - максимальная энергия активации, кДж/моль; - структурно-механическая константа, кДж/(мольМПа); - структурно-механический коэффициент, 1/МПа; Tm - предельная температура существования твёрдого тела, К; R - универсальная газовая постоянная, кДж/(мольК); - время до разрушения (долговечность), с; - напряжение, МПа; T - температура, К.
Такое поведение материала связано с его сложной структурой. Композит с соотношением АФО:Д=1:1 во всем исследованном диапазоне напряжений и композит с АФО:Д=2:1 при малых напряжениях работает как монолит со стабильной структурой, и процесс разрушения определяется древесным наполнителем. При больших напряжениях увеличение количества АФО приводит к появлению дополнительных связей [1], что и приводит к параллельности прямых.
Значения физических и эмпирических констант, входящих в уравнения (1) и (2) представлены в таблице 1. Для сравнения там же приводятся значения констант для композитов на основе эпоксидной смолы и АФО [2] и древесно-стружечных плит [3].
Таблица 1
Значения физических и эмпирических констант при поперечном изгибе
|
Материал |
Физические и эмпирические константы |
||||||
|
m (*), c |
Tm, K |
U0 (U), кДж/ моль |
, кДж/ (МПа моль) |
, 1/МПа |
|||
|
ЭД-20 + АФО + Опилки (1:1) |
10-1,1 |
368 |
456 |
78,8 |
- |
||
|
ЭД-20 + АФО + Опилки (2:1) |
101,9 |
344 |
530 |
44,9 |
- |
||
|
10-38 |
- |
383 |
- |
2,3 |
|||
|
ЭД-20 [2] |
10-6.4 |
392 |
402 |
5,3 |
- |
||
|
ЭД-20 + АФО [2] |
8% АФО |
10-5.1 |
408 |
394 |
12,8 |
- |
|
|
21% АФО |
10-5.7 |
415 |
420 |
9,4 |
- |
||
|
ДСП [3] |
650 кг/м3 Разнород. стружка высокой дисп. |
10-3 |
571 |
194 |
12,8 |
- |
|
|
700 кг/м3 Однород. стружка высокой дисп. |
10-2,9 |
540 |
213 |
11,3 |
- |
||
|
850 кг/м3 Разнород. стружка (включая обзол) высокой дисп. |
10-2 |
454 |
255 |
21,6 |
- |
Как видно из таблицы 1, введение в смолу большого количества наполнителей приводит к увеличению m, что связано с ростом размера кинетических единиц композита. Предельная температура Tm эпоксидревесных композитов и наполненных только АФО соответствует температуре размягчения эпоксидной смолы, а для древесно-стружечных плит - температуре разложения фенолоформальдегидной смолы.
Величина энергии активации разрушения (U0) высоконаполненных эпоксидревесных композитов превышает величину (U0) ДСП в 2 раза, а эпоксидной смолы в 1,1…1,3 раза. При этом увеличение U0 симбатно количеству введенных асбофрикционных отходов. Большие значения энергии активации эпоксидревесных композитов по-видимому связаны с их существенным деформированием. Это подтверждается значительным прогибом образцов до разрушения.
Высоконаполненные эпоксидревесные композиты отличаются большими значениями структурно-механической константы , ее значение в 4 раза выше, чем у ДСП и композитов на основе эпоксидной смолы и АФО, что также связано с превалирующей ролью деформационных процессов.
Таким образом, при разрушении поперечным изгибом высоконаполненных эпоксидревесных композитов существенную роль играют деформационные процессы, связанные с их эластичностью. Это позволяет рекомендовать предложенные композиты в конструкциях пола зданий с повышенной агрессивностью среды.
Список литературы
1. Ратнер С. Б., Ярцев В. П. Физическая механика пластмасс. Как прогнозируют работоспособность? Изд-во “Химия”. М.: 1992.-320с
2. Воронков А.Г. Ремонтностроительные эпоксидные растворы с повышенными эксплуатационными качествами. // Дисс. … канд. техн. наук. - Воронеж, 2004. - 194с.
3. Киселева О.А. Прогнозирование работоспособности древесностружечных и древесноволокнистых композитов в строительных изделиях // Дисс. … канд. техн. наук. - Воронеж, 2003. - 208 с.
4. Ярцев В. П., Киселёва О. А. Закономерности разрушения твердой древесностружечной плиты в ограждающих конструкциях // Надёжность и долговечность строительных материалов и конструкций: Материалы 2 международной научно-технической конф. - Волгоград: ВолгГАСА, 2000. - Ч. 2. - С. 42-44.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физико-химические особенности наполнителей. Влияние распределения наполнителя в матрице на физико-механические параметры. Адсорбционные свойства и прочности связи наполнителей. Технология получения электроизоляционных резинотехнических материалов.
научная работа [134,6 K], добавлен 14.03.2011Материалы: формы поставки, типизация и приготовление сырья. Подготовка полимерного сырья. Прессование реактопластов, армированных волокнистых наполнителей и слоистых изделий. Конструкции и виды прессов для литьевого давления. Процесс снятия облоя.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 14.12.2014Зависимость физико-механических и прочностных свойств бумаги от взаимодействия между волокнами. Добавление вторичного волокна, древесной массы, наполнителей с целью увеличения прочности в сухом состоянии. Значение количества гидроксильных связей.
презентация [1,8 M], добавлен 23.10.2013Способы 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 30.05.2010Обоснование технологической схемы производства мороженого. Характеристика, факторы формирования и требования к качеству сырья и готовой продукции; ассортимент, органолептические и физико-химические показатели. Применение фруктовых и злаковых наполнителей.
курсовая работа [428,5 K], добавлен 17.06.2014Подготовительные 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 26.03.2016Особенности проектирования изделий из пластмасс. Критерии выбора полимерного материала, применение термопластичных и армирующих материалов, наполнителей, влияние влаги. Выбор допускаемых напряжений и дифференциальный метод определения запаса прочности.
реферат [27,2 K], добавлен 28.01.2011Биоповреждения цементных композитов. Методы защиты от биоповреждений. Анализ себестоимости производства бетонов. Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов под действием бактерий и плесневых грибов. Технология получения биоцидных бетонов.
курсовая работа [185,7 K], добавлен 14.09.2015История возникновения и развития эпоксидных смол, их основные свойства. Структура общего объема потребления эпоксидных смол в промышленности. Методы производства данного материала: полимеризация и отверждение. Основные способы применения эпоксидных смол.
реферат [925,1 K], добавлен 15.09.2012Экспериментальное исследование поведения металлокерамических композитов Al2O3 с добавлением Mg-PSZ и TiO2. Их микроструктура и фазовый состав. Численное исследование процессов деформации и разрушения на мезоуровне в металлокерамических композитах.
реферат [1,7 M], добавлен 26.12.2011Создание композиционного материала (КМ) на основе никеля для повышения жаропрочности существующих никелевых сплавов. Технология изготовления КМ, его характеристика. Компоненты композита, матрица, армирующий элемент. Применение металлических композитов.
курсовая работа [965,7 K], добавлен 25.10.2012Влияние графитовых наполнителей на радиофизические характеристики композиционных материалов на основе полиэтилена. Разработка на базе системы полиэтилен-графит композиционного материала с наилучшими радиопоглощающими и механическими показателями.
диссертация [795,6 K], добавлен 28.05.2019Кинетика вулканизации резины. Особенности вулканизации смесей на основе комбинации каучуков CКД-CКН-40 обычными серными вулканизующими системами. Механизм разрушения полимера. Особенности разрушения полимеров в различных физических и фазовых состояниях.
отчет по практике [352,6 K], добавлен 06.04.2015Применение 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 18.06.2013Основное исходное положение механики разрушения. Критерии прочности, радиационное повреждение конструкционных материалов. Коррозия металлов под напряжением. Прочность твердых деформируемых тел в газообразных средах. Особенности радиационного упрочнения.
курсовая работа [359,6 K], добавлен 22.01.2011Характеристика и химический состав низколегированных и углеродистых сталей, применяемых для повышения долговечности рабочих органов машин. Свойства электродных материалов для наплавки. Технология электрошлаковой наплавки зубьев ковшей экскаваторов.
курсовая работа [509,6 K], добавлен 07.05.2014Классификация композитов - искусственно созданных неоднородных сплошных материалов, состоящих из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. Схема методов для получения магнитных гидрогелей. Применение магнитополимерных материалов.
реферат [6,0 M], добавлен 07.10.2015Понятие полимерных композиционных материалов. Требования, предъявляемые к ним. Применение композитов в самолето- и ракетостроении, использование полиэфирных стеклопластиков в автомобильной индустрии. Методы получения изделий из жестких пенопластов.
реферат [19,8 K], добавлен 25.03.2010Производство легких композитов на фторангидритовом вяжущем. Характеристики и минералогический состав фторангидрита. Исследование физико-технических свойств, структуры полистиролбетона. Технология производства изделий на основе фторангидритовых композиций.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 14.02.2013Трещина в конструкции. Коэффициент концентрации напряжений. Критерий Гриффитса. Скорость высвобождения упругой энергии. Напряжения при наличии трещин в материале. Проведение испытания образцов. Энергий разрушения. Определение удельной энергии разрушения.
отчет по практике [583,0 K], добавлен 17.11.2015
