Структура и свойства стеклопластика конструкционного назначения на основе эпоксиангидридного связующего с наполнителями карбида кремния и углеродными нанотрубками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кычкин Айсен Анатольевич

• Кычкин Айсен Анатольевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Кычкин Айсен Анатольевич

Введение

1 Теоретические основы получения полимерных композиционных материалов

1.1 Основные принципы формирования композиционных материалов с полимерной матрицей

1.2 Методы модификации полимерных связующих

1.3 Углеродные модификаторы

1.4 Модификатор карбида кремния

1. 5 Выводы к главе

2 Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Эпоксидное связующее

2.1.1.1 Эпоксидиановая смола ЭД-20

2.1.1.2 Отвердитель изо-МТГФА

2.1.1.3 Ускоритель УП 606/2

2.1.2 Дисперсные модификаторы эпоксидной связующей

2.1.2.1 Углеродные нанотрубки

2.1.2.2 Дисперсный порошок карбида кремния

2.1.3 Армирующий наполнитель

2. 2 Методы исследования

2.2.1 Исследования полимерного связующего

2.2.1.1 Получение образцов эпоксидного связующего

2.2.1.2 Электронная микроскопия структуры связующего

2.2.1.3 ИК-спектроскопия связующего

2.2.1.4 Рентгеноструктурный анализ связующего

2.2.1.5 Дифференциальная сканирующая калориметрия связующего

2.2.1.6 Динамический механический анализ связующего

2.2.2 Определение физико-механических свойств отвержденного связующего

2.2.2.1 Испытание на статический изгиб (ГОСТ 4648-2014)

2.2.2.2 Определение ударной вязкости по Шарпи (ГОСТ 4647-2015)

2.2.2.3 Испытание на сжатие (ГОСТ 4651 -2014)

2.2.2.4 Испытание на растяжение (ГОСТ 11262-2017)

2.2.3 Определение прочностных показателей однонаправленных стеклопластиков

2.2.3.1 Метод испытания на растяжение

2.2.3.2 Метод испытаний при продольном изгибе

2.2.3.3 Метод испытаний по напряжением сдвига вдоль волокон

2.2.3.4 Метод испытаний при поперечном изгибе

2.3 Выводы к главе

3 Исследование эпоксидных композиций модифицированных наполнителями

3.1 Технологический процесс и методы модифицирования полимерного связующего

3.1.1 Выбор среды введения наполнителей

3.1.2 Механическое диспергирование

3.1.3 Ультразвуковое диспергирование

3.2 Технология получения модифицированного связующего

3.3 Результаты исследования модифицированного полимерного связующего

3.3.1 Результаты исследования структуры образцов отвержденного модифицированного эпоксидного связующего

3.3.1.1 Результаты исследования структуры модифицированного связующего методом растровой электронной микроскопии

3.3.1.2 Результаты исследования модифицированного связующего методом ИК-спектроскопии

3.3.1.3 Результаты исследования модифицированного связующего методом рентгеноструктурного анализа

3.3.1.4 Результаты исследования модифицированного связующего методами дифференциальной сканирующей калориметрии

3.3.1.5 Результаты исследования модифицированного связующего методом динамического механического анализа

3.3.2 Результаты оценки физико-механических характеристик модифицированного эпоксидного связующего

3.3.2.1 Результаты исследования ударной вязкости модифицированного эпоксидного связующего

3.3.2.2 Результаты испытаний модифицированного эпоксидного связующего на статический изгиб

3.3.2.3 Результаты испытаний модифицированного эпоксидного связующего на сжатие

3.3.2.4 Результаты испытаний модифицированного эпоксидного связующего на растяжение

3.3.3 Обобщённые результаты исследования физико-механических характеристик модифицированного полимерного связующего

3.4 Выводы к главе

4 Исследования свойств стеклопластика с модифицированным связующим 114 4.1 Результаты исследований физико-механических свойств однонаправленных стеклопластиковых стержней с модифицированным связующим

4.1.1 Результаты испытаний на растяжение

4.1.2 Результаты испытаний на продольный изгиб

4.1.3 Результаты испытаний на поперечный изгиб стеклопластиковых стержней после химического старения

4.1.4 Результаты испытаний стеклопластиковых стержней на сдвиг вдоль волокон

4.2 Результаты динамического механического анализа стержней

125

4.3 Фрактографический анализ поверхностей разрушения стеклопластиковых

стержней

4.4 Оценка упрочнения характеристик стеклопластика с различными типами модификаторов

4.5 Выводы к главе

Заключение

Список условных обозначений, символов, сокращений

Список литературы

Приложение А ИК-спектограммы эпоксидных связующих

Приложение Б Технология изготовления композитного стеклопластикового

стержня с модификацией связующего

Приложение В Акт внедрения

Введение

Полимерный композиционный материал (ПКМ) получил широкое распространение в современном машиностроении и постоянно обретают все новые области применения. В значительной степени это обусловлено тем, что они обладают рядом преимуществ по сравнению традиционными металлическими материалами. Их использование позволяет уменьшить вес конструкций, при увеличении коррозионной стойкости и повышая при этом их эксплуатационные свойства. Основные свойства ПКМ зависят от состава компонентов, их количественного соотношения и прочности связи между ними. Одним из основных методов усовершенствования свойств ПКМ является введение модифицирующих наполнителей в полимерную матрицу, влияющих на трансформацию надмолекулярной структуры, состояние границ раздела фаз, механические и барьерные свойства образующихся структур. Именно поэтому перспективы создания новых композитов на основе полимерных связующих во многом связаны с разработкой и применением эффективных модификаторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура и свойства стеклопластика конструкционного назначения на основе эпоксиангидридного связующего с наполнителями карбида кремния и углеродными нанотрубками»

Актуальность темы исследования

В производстве стекловолокнистых ПКМ, в основном, применяются эпоксидные связующие, которые сочетают в себе одновременно оптимальные технологические, адгезионные и упруго-прочностные свойства. В настоящее время для их армирования используют стеклянные, углеродные, борные и базальтовые волокна. Чем выше упруго-прочностные свойства армирующего материала, тем выше прочность и жесткость основного ПКМ. Тем не менее, полная реализация совокупности прочности волокон и свойств получаемого композита зависят от характеристик применяемой полимерной матрицы и условий на границе раздела фаз «волокно-матрица». Отмечается, что существенными недостатками эпоксидных связующих являются низкие показатели упруго -прочностных свойств и сопротивляемости их динамическим нагрузкам. Актуальным становится поиск путей, выявление рецептур и создание новых полимерных матриц путем их модификации, направленных на повышение их упруго-прочностных и адгезионных свойств, для наиболее полной реализации

прочности армирующих волокон и максимальной передачи свойств полимерной матрицы композиционному материалу.

Вырос значительный интерес исследователей к практическому применению синтетических углеродных наночастиц, в связи с чем в последнее время развивается их производство. Так как нанотрубки, также, как и любые наночастицы, склонны к высокой агрегации из-за высокой поверхностной энергии, эффективность модификации ими полимеров напрямую зависит от равномерного распределения углеродных нанотрубок (УНТ) в объеме полимера. Высокодисперсный карбид кремния (КК) нашел свое применение в различных отраслях промышленности: от создания композиционного бронежилета до использования в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и микроэлектронике. Благодаря особенностям своей структуры и свойств КК, высокой твердости и инертности ко многим агрессивным средам, он применяется для повышения химической стойкости и теплостойкости композитных материалов.

Интересным и мало изученным вопросом, с точки зрения материаловедения полимеров, является исследование возможности повышения упруго -прочностных показателей ПКМ путем модификации эпоксиангидридных связующих наполнителями КК и УНТ.

Степень разработанности темы исследования

введения различных видов нанодисперсных веществ, изучением их влияния на структурообразующие процессы в полимерных связующих и композитных материалах на их основе, занимаются многие научные организации: Институт проблем химико-энергетических технологий (ИПХЭТ, г. Бийск), Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ, г. Москва), Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН г. Черноголовка), Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ (НИИЯФ МГУ г. Москва), Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ г. Тамбов), НПО «Стеклопластик», ОНПП «Технология» и многие другие.

Исследования А.Н. Блохина, В.А. Богатова, Г.М. Гуняева, И.С. Епифановского, В.Г. Железняка, Е.Н. Каблова содержат фундаментальные основы физико-химии по упрочнению полимеров, изучению организации надмолекулярных структур при различных модификаторах и морфологических особенностей матриц в композитных материалах.

Установлено, что нанодисперсное состояние добавок в кристаллизующихся полимерах обуславливает получение их неординарных свойств благодаря особенностям структурной реорганизации надмолекулярных элементов полимера под влиянием химической природы и концентрации наполнителя. Наночастицы способствуют усилению адгезии наполнителя к связующему, могут формировать кластерные структуры из наночастиц, повышающие стойкость материала к разрушению, усиливающие тепло-, химстойкость. Особый интерес представляют модифицирующие наполнители, обеспечивающие повышение прочностных свойств полимерного связующего без снижения их технологических характеристик.

Изучению влияния УНТ на молекулярные структуры полимеров и исследованию ориентации компонентов в композитах являются перспективными исследованиями, поэтому работы в данном направлении представляют особый интерес. Так, авторы под руководством Елисеев А.А. при изучении структуры композитов на основе полимеров различных типов с нанонаполнителями разной природы методами ультрамалоуглового рассеяния рентгеновских лучей, светорассеяния и электронной микроскопии, установили, что наполнители приводят к крупномасштабному разупорядочению структуры полимеров и, соответственно, к существенному снижению их механических характеристик, в первую очередь модуля упругости, по сравнению с характеристиками, прогнозируемыми идеализированными моделями. Так, в работах R. Selvam, S. Ravi, R. Raja представлены исследования влияния высокодисперсного КК на механические свойства КМ на основе полиэфирной смолы. Исследования полученного КМ показали снижение характеристик при испытаниях на растяжение и изгиб. Rakesh, Potluri и др. показали, что модификация КК матрицы

оказывает несущественное влияние на прочностные продольные свойства, но существенно влияет на поперечные свойства композита. Исследования B. Vijaya Ramnath и др. показали, что композиты полученные с добавлением модификаторов оксида алюминия и КК в связующее на основе эпоксидной смолы имеют более высокую прочность в сравнении с материалом на основе полиэфирной смолы. В исследованиях Fan Wu и др. представлено положительное влияние КК сферического типа при модификации связующего на теплопроводность и ударную вязкость композита. S. Abhijith Vaidya и T. Rangaswamy показали, что напряжение изгиба и модуль упругости образца имеют максимальный эффект после криогенной обработки, что приводит к увеличению механических свойств композита. В работах В.Ф. Каблова, В.С. Лифанова, и др были проведены исследования влияния содержания КК на эпоксидные композиции с целью повышения огнетеплостойкости. При этом, в проведённых исследованиях используются дисперсные наполнители КК с определенными формами сферического или игольчатого типов и фиксированными размерами частиц. В работе разработаны и исследованы свойства эпоксидных композитов с добавлением высокодисперсного КК и показана возможность их применения в качестве добавок, повышающих огнетеплостойкость отвержденных эпоксидных композиций.

Исходя из анализа незначительного объема исследований в данной области очевидно, что требуется изучить эффективности использования наномодификаторов УНТ и КК в виде наполнителей полимерной матрицы горячего отверждения. Таким образом, разработка новых технологических решений для улучшения совместимости компонентов материала, направленных на повышение упруго-прочностных свойств полимерных матриц путем наполнения частицами КК и УНТ, и максимальной передачи свойств полимерной матрицы на свойства конечного конструкционного материала является актуальной задачей и представляет исследовательский и прикладной интерес.

Результаты исследования получены при выполнении следующих научных проектов в рамках государственных научных программ, проектов фундаментальных научных исследований СО РАН:

- проект «Разработка новых материалов для обеспечения целостности конструкций и функциональных свойств технических изделий при работе в Северо-Арктической зоне на основе изучения закономерностей, характеризующих физико-химические и механические взаимосвязи между составом, структурой и свойствами при модифицировании, технологических воздействиях и переходе в предельные состояния при эксплуатации», выполненный при поддержке Министерство науки и высшего образования Российской Федерации (№121032200039-9) (2021-2023 гг., руководитель - С. П. Яковлева);

- проект «Разработка и исследование современных бикомпозитных полимерных материалов на основе реактопластичных матриц для климатических зон холодного климата и Арктики» выполненный при поддержке Министерство науки и высшего образования Российской Федерации (№ 122042000059-7) (20222024 гг., руководитель - А. Г. Туисов).

Цели и задачи диссертационной работы

Целью работы является установление закономерностей влияния физико -химических процессов формирования эпоксиангидридного связующего при наполнении добавками карбида кремния и углеродных нанотрубок с неупорядоченной структурой для улучшения физико-механических, эксплуатационных и технологических показателей конструкционного стеклопластика.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Определить оптимальные технологические параметры введения дисперсных наполнителей с неупорядоченной структурой, для достижения седиментационно устойчивой композиции и их равномерного распределения в объеме связующего.

2. Провести анализ процессов структурообразования и формирования свойств эпоксидной матрицы, наполненной нано - и микрочастицами КК и УНТ.

3. Установить влияние дисперсных наполнителей КК и УНТ на физико -механические, технологические свойства и структурно -морфологическую организацию эпоксидной матрицы. Определить оптимальные степени наполнения наполнителей КК и УНТ по эффективности влияния на упруго-прочностные свойства отвержденного связующего.

4. Провести исследования физико-механических характеристик конструкционного стеклопластика и выявить взаимосвязь свойств связующего с наполнителями со свойствами полученных стеклопластиков.

Научная новизна работы

1. Выявлены закономерности влияния и установлены оптимальные соотношения дисперсных частиц КК и УНТ с неупорядоченной структурой на структурно-фазовое состояние и функциональные свойства полученных материалов. Экспериментально подтверждено изменение структурно-фазового состояния наполненной полимерной матрицы и ее физико-химических свойств, связанной с изменением температуры стеклования, релаксационного перехода, тангенса угла механических потерь.

2. Установлена взаимосвязь и зависимости температуры стеклования от вероятных кратчайших расстояний п между ближайшими атомами и показано, что добавление в матрицу наполнителя КК приводит к уменьшению радиуса области упорядочения кластеров ^ и к уменьшению наиболее вероятных кратчайших расстояний п между ближайшими атомами полимера, что ведет к снижению температуры стеклования, а при наполнении УНТ, происходит рост размеров кластеров R и увеличение значения вероятных кратчайших расстояния п, что ведет к повышению температуры стеклования.

3. Проведена оценка вкладов наполнителей в упрочнение конструкционного стеклопластика и установлен механизм упрочнения модификатором КК, показано, что добавление КК в полимерную матрицу способствует увеличению густоты пространственной сетки, повышению эффективности межмолекулярного взаимодействия и расширению интервала

стеклования полимерной матрицы. В результате повышается жесткость и эффективность сопротивления матрицы сжимающим и изгибным нагрузкам.

Теоретическая и практическая значимость работы

Получены новые результаты и научные основы при введении модифицирующих наполнителей КК в эпоксиангидридное связующее. Данные вносят вклад в развитие существующих представлений о роли модифицирующих частиц как структурообразующего фактора полимерной матрицы, позволяющего регулировать физико-механические характеристики, адгезионное взаимодействие на поверхностях раздела матрица-армирующий наполнитель и другие функциональные особенности полимерных материалов и композитов.

Определен способ и обоснованы технологические параметры приготовления эпоксиангидридного связующего, модифицированного дисперсными частицами КК. Установлены закономерности количественного состава частиц КК и УНТ на термомеханические и упруго-прочностные свойства эпоксиангидридного связующего.

Разработанные новые составы эпоксиангидридного связующего модифицированного наполнителями КК обеспечивают улучшенные упруго-прочностные свойства стеклопластиков конструкционного назначения.

Полученные результаты могут быть масштабированы и использованы для создания новых эпоксиангидридных связующих для решения повышения технических и эксплуатационные характеристик новых композиционных материалов и конструкций.

Результаты исследований внедрены в технологический процесс для изготовления стеклопластиков в ООО «НПК ЭКОТЕКС», г. Липецк, что подтверждено соответствующим актом.

Методология и методы исследования

Методологическая основа исследований, проводимых в рамках диссертационной работы, заключалась в системном подходе к анализу современных исследований, установлении закономерностей влияния

наполнителей на свойства и получения стеклопластиков за счет модифицирования эпоксиангидридного связующего.

Основными методами исследования в работе являлись: ИК-спектроскопия (ИК), растровая электронная микроскопия (РЭМ), рентгеновский структурный анализ (РСА), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), динамический механический анализ (ДМА). Стандартные методы для определения упруго-прочностных свойств образцов модифицированного эпоксиангидридного связующего и стеклопластиков конструкционного назначения на их основе.

Положения, выносимые на защиту

1. Наполнители КК и УНТ размерами 5 -10 мкм в концентрации 0,1 до 5 масс.% введенные в эпоксидную смолу, обеспечивают изменение структуры и свойств эпоксиангидридного связующего, что способствует улучшению упруго -прочностных свойств: увеличению предела прочности при изгибе до 16 %, увеличению модуля упругости при растяжении до 76 %.

2. Модифицирование эпоксиангидридного связующего приводит к изменению значений температуры стеклования Tg. и наиболее вероятного кратчайшего расстояния между атомами связующего. Добавление наполнителя УНТ в эпоксиангидридное связующее приводит к увеличению температуры стеклования до 10 °С и изменению вероятного кратчайшего расстояния между атомами связующего до 0,1 нм, относительно наполнителя карбида кремния. Тем самым, при введении КК в полимерной матрице формируется более «плотная упаковка», которая приводит к повышению прочностных свойств.

3. Механизм упрочнения от модифицирования полимерной матрицы стеклопластиковых стержней частицами КК обусловлен тем, что при деформации растущие трещины при встрече с частицами наполнителя ветвятся, что предотвращает разрастание трещины до критических размеров и требует дополнительных затрат энергии на образование новой поверхности. Образование слоя полимера с пониженной подвижностью ведет к повышению прочностных свойств, эксплуатационных и технологических показателей конструкционного

стеклопластика: повышением сдвиговых характеристик на 5 %, прочности при растяжении - на 11 % и теплостойкости, связанной с изменением интервала релаксационного периода от 121 °С до 180 °С.

Степень достоверности результатов

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается полученными экспериментальными данными с применением современного технологического оборудования (растровый электронный микроскоп «JSM 7800F JEOL», ИК-спетрометр с Фурье-преобразованием «7000FT - IR», рентгеновский дифрактометр «ARL X'Tra Thermo Scientific», дифференциальный сканирующий калориметр «DSC 204 F1 Phoenix», термоанализатор динамическо-механической модификации «DMA 242 NETZSCH», универсальная разрывная машина «INSTRON 3369», разрывная машина «Zwick/Roel Z600»,) на аккредитованном испытательном центре ЦКП ФИЦ ЯНЦ СО РАН и комплекса современных независимых и взаимодополняющих методов исследований, а также, сравнительным анализом с результатами других авторов.

Апробация результатов

Результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на 5 научных и научно-практических конференциях: V Международная конференция по химической технологии «Сателлитная конференция ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии» (Волгоград, 16 -20 мая 2016 г.), Всероссийская конференция с международным участием «Сильно коррелированные двумерные системы: от теории к практике» (Якутск, 18-23 июня 2018 г.), 1-st International Conference on Integrity and Lifetime in Extreme Environment «ILEE -2019» (Якутск, 15-17 октября 2019 г.), IX Eurasian Symposium on the problems of strength and resource in low climatic temperatures «EURASTRENC0LD-2020» (Якутск, 6-9 июля 2020 г.), XI Eurasian Symposium on the problems of strength and resource in low climatic temperatures «EURASTRENC0LD-2023» (Якутск, 11-15 сентября 2023 г).

Связь работы с научными программа и темами. Исследования выполнялись в рамках программ фундаментальных исследований СО РАН III.28.1. «Разработка междисциплинарных научных основ создания новых материалов и

применения перспективных технологий для экстремальных условий эксплуатации» (№АААА-А17-117030910068-4), «Исследование и разработка новых высокотехнологических материалов, применяемых в условиях Арктики и Севера России» (№АААА-А20-120011490002-2), «Разработка новых материалов для обеспечения целостности конструкций и функциональных свойств технических изделий при работе в Северо-Арктической зоне на основе изучения закономерностей, характеризующих физико-химические и механические взаимосвязи между составом, структурой и свойствами при модифицировании, технологических воздействиях и переходе в предельные состояния при эксплуатации» (№1210322200039-9), «Разработка и исследование современных бикомпозитных полимерных материалов на основе реактопластичных матриц для климатических зон холодного климата и Арктики» выполненный при поддержке Министерство науки и высшего образования Российской Федерации (№122042000059-7).

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении литературных данных, подготовке образцов, проведении испытаний, аналитических исследований, обработке полученных данных. Постановка задач, обсуждение научных результатов, формулировка основных положений и выводов работы проведены совместно с научным руководителем. По результатам исследований подготовлены и опубликованы статьи в со-авторстве, сделаны доклады на научных конференциях.

Публикации

По теме диссертации А. А. Кычкиным опубликовано 15 работ, в том числе 7 статей в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (из них 1 статья в зарубежном научном журнале, входящем в Web of Science, 1 статья в российском научном журнале, переводная версия которого входит в Scopus), 2 статьи в сборниках материалов конференций, представленных в изданиях, входящих в Web of Science и / или Scopus, 2 статьи в прочих научных

журналах, 4 публикации в сборниках материалов международной и всероссийских с международным участием научных и научно -практических конференций, евразийского симпозиума.

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 161 страницах, содержит 14 таблиц и 95 рисунков. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений, символов, сокращений, списка используемой литературы, трех приложений. Список используемой литературы включает 109 наименований, 33 из них на иностранном языке.

1 Теоретические основы получения полимерных композиционных

материалов

1.1 Основные принципы формирования композиционных материалов с

полимерной матрицей

Мировая практика создания композиционных материалов с заданными свойствами, свидетельствует, что для получения материалов с улучшенными и повышенными свойствами является метод соединения и комбинирования двух или более компонентов с различной природой и свойствами в единый материал. Используя различную комбинацию и состав исходных материалов, удается получать материалы с уникальными заданными свойствами, качественно отличающими от свойств исходных, что дает в совокупности эффект получения совершенно нового материала [1].

Известно [1], что полимерные композиционные материалы состоят из двух или более компонентов, имеющих границу раздела фаз и в большинстве случаев, предоставляющих собой соединение армирующего наполнителя с полимерной матрицей.

Полимерные композиционные материалы имеют ряд характерных признаков:

1. Представляет собой неоднородный сплошной материал;

2. Состоят из двух и более компонентов;

3. Имеют границу раздела между фазами;

4. Свойства конечного материала определяются совокупностью свойств всех элементов и отличаются от свойств составляющих их компонентов;

Полимерная матрица, находящаяся в составе КМ выступает в качестве связующего элемента и отвечает за перераспределение нагрузок по всему объёму армирующего наполнителя, который воспринимает основные нагрузки в процессе эксплуатации материала.

В качестве армирующего наполнителя, как правило выступают дисперсные частицы, волокнистые материалы, а также комбинированные наполнители, сочетающие в себе дисперсные частицы и волокнистые материалы.

Создание новых композиционных материалов с заданными свойствами возможно только при наличии определенных знаний по физико-химии свойств компонентов, их структурно-морфологической организации, механики деформирования и разрушения полимерных материалов [2-3].

При получении волокнистых полимерных композиционных материалов, степень достижения упруго-прочностных свойств применяемых армирующих волокон довольно низкая. Как правило, процесс разрушения возникает на границе раздела волокно-матрица с трещинообразованием полимерной матрицы [4]. Данный факт обусловлен тем, что свойства конечного ПКМ определяются не только характеристиками армирующего материала, но и свойствами полимерной матрицы.

Из источников литературы [5-7] известно, что к полимерной матрице предъявляются определённые технологические и конструкционные требования. К конструкционным относятся требования, связанные с функциональностью материала при различных условиях эксплуатации:

• равномерное распределение воздействия нагрузок на весь армирующий материал;

• огнестойкость;

• химстойкость;

• направленность влияния свойств.

К технологическим требованиям относятся:

• синергизм свойств материла в течении всего технологического цикла;

• формо- и структурообразование готового изделия.

Основным отличием получения ПКМ от традиционных методов изготовления является то, что материал создается непосредственно во время прохождения через весь технологический цикл производства до получения готового изделия. Технологический процесс заключается в получении заготовки

заданной конфигурации и ее формирование для достижения требуемых свойств в зависимости от условий эксплуатации. Для достижения требуемых свойств ПКМ необходимо достичь оптимального соотношения компонентов, входящих в состав изделия. Взаимосвязь получения ПКМ «технология-свойства-условия эксплуатации» представлена на рисунке 1.1.

Дефектность на различных уровнях структуры

Рисунок 1.1 - Взаимосвязь «технология - свойства - условия эксплуатации» ПКМ Для получения требуемых упруго-прочностных свойств в конструкциях необходимо решить комплекс задач, связанных с интегрированием и изготовлением изделия, выбором соответствующих компонентов, определением рациональной структуры, которая соответствовала бы физико-механическим, тепловым, химическим и другим требованиям с учетом существующих технологических ограничений и условий эксплуатаций [8].

Основной задачей и актуальной проблематикой в создании КМ является получение монолитности всей композиции в целом. Если компоненты всего ПКМ не имеют совместимости, происходит разрушение монолитности на границе волокно-матрица, что приводит к снижению прочности материала.

В настоящее время используемые в промышленности полимерные связующие не обеспечивают все прочностные свойства, которыми обладают

армирующие наполнители. Например, для углепластиков реализация свойств достигает не более чем 45 % [9-10]. Этот фактор затрудняет их применение в конструкциях с экономической точки зрения, из-за стоимости и повышенного расхода материала. Поэтому актуальной задачей материаловедения являются исследования, направленные на выбор, оптимизацию технологических процессов, разработку и улучшение существующих технологий получения, с возможной модификацией их конечных характеристик. Поэтому в качестве основных путей изменения и улучшения свойств ВПКМ можно выделить: создание и разработку новых технологий (рисунок 1.2а); совершенствование существующих технологий получения ПКМ (рисунок 1.2б). Так как слабым звеном в структуре ВПКМ является полимерная матрица, оказывающая существенное влияние на прочностные и упругие свойства материала, актуальной задачей является исследование потенциала матрицы и поиск путей повышения ее сопротивления к разрушению, ведущая к улучшению упруго-прочностных характеристик ВПКМ [11].

(а) (б)

а - создание и разработку новых технологий; б - совершенствование

существующих технологий получения ПКМ

Рисунок 1.2 - Пути повышения улучшения свойств ВПКМ [11]

Одним из присущих недостатков однонаправленных КМ при эксплуатации

под воздействием различных нагрузок, является низкая трещиностойкость

полимерной матрицы. Образование трещин в полимерной матрице ведет к

расслаиванию композита, и как следствие, дальнейшему его разрушению. Таким образом, для обеспечения высоких показателей по трещиностойкости полимерной матрицы, необходимо искать пути и технические решения, направленные на повышение:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кычкин Айсен Анатольевич, 2024 год

Список литературы

1. Машков Ю.К. Конструкционные пластмассы и полимерные композиционные материалы [Текст] / Ю.К. Машков, М.Ю. Байбарацкая, Б.В. Григоревский. - Омск: ОмГТУ - 2002. - 129 с.

2. Братухин А.Г. Материалы будущего и их удивительные свойства [Текст] / А.Г. Братухин, О.С. Сироткин, П.Ф. Сабодаш, В.Н. Егоров. - М.: Машиностроение. - 1995. - 127 с.

3. Аверченко Г.А. Композитный материал: нераскрытый потенциал индустриализации [Текст] / Г.А Аверченко, А.В. Квитко // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. - 2015. - № 2. - С. 30-32.

4. Кычкин А.А. Разработка и исследование комбинированных базальтопластиковых стержней [Текст] / А.А. Кычкин, А.К. Кычкин, А.Г. Туисов // Наука и образование. - 2015. - № 4 (80). - С. 77-81.

5. Кербер М.Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология [Текст] / М. Л. Кербер [и др.]; под ред. А.А. Берлина. - СПб.: Профессия. - 2009. - 556 с.

6. Димитриенко Ю.И. Разработка конечно-элементного метода решения задач расчета эффективных характеристик композиционных материалов на многопроцессорных вычислительных системах [Текст] / Ю.И. Димитриенко, А.П. Соколов, А.И. Кашкаров // Аэрокосмические технологии. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2004. - С.113-114.

7. Туисов А.Г. Применение аминных отвердителей типа полиам в эпоксидных связующих для стеклопластиков конструкционного назначения [Текст] / А.Г. Туисов, А.К. Кычкин, А.А. Кычкин // Ползуновский вестник. Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. -2015. - № 1. - С. 78-81.

8. Кычкин А.А. Разработка и исследование комбинированных базальтопластиковых стержней [Текст] / А.А. Кычкин, А.К. Кычкин, А.Г. Туисов // Наука и образование. - 2015. - № 4 (80). - С. 77-81.

9. Иванов Д.А. Дисперсноупрочненные волокнистые и слоистые неорганические композиционные материалы [Текст] / Д.А. Иванов, А.И. Ситников, С.Д. Шляпин. - М.: МГИУ - 2010. - 228 с.

10. Новиков В.У Ударная вязкость наполненных полимеров [Текст] / В.У Новиков // Материаловедение. - 1999. - № 13. - С. 28-31.

11. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров [Текст] / Г.М. Бартенев. - М.: Химия. - 1984. - 280 с.

12. Нильсен JI.H Механические свойства полимеров и полимерных композиций [Текст]: пер. с англ. / Л.Н. Нильсен. - М.: Химия. - 1978. - 312 с.

13. Буров А.Е. Модели разрушения волокнистых композиционных материалов [Текст] / А.Е. Буров // Вестник СибГАУ - 2008. - № 3. - С.133-138.

14. Колесников В.И. Стохастическая модель разрушения волокнистых композитов [Текст] / В.И. Колесников, В.В. Бардушкин, А.П. Сычев, В.Б. Яковлев // Вестник Южного научного центра РАН. - 2006. - Т. 2. - № 3. - С. 3-7.

15. Дерусова Д. А. Неразрушающий контроль ударных повреждений в углерод-углеродном композите методом ультразвуковой термографии [Текст] / Д.А. Дерусова, А.О. Чулков // МНИЖ. - 2014. - № 1-1. - С.45-48.

16. Васильева А.А. Повышение прочностных характеристик однонаправленных базальтопластиков модификацией эпоксиангидридного связующего [Текст] / А.А. Васильева, А.А. Кычкин, М.П. Лебедев // Сборник тезисов докладов сателлитной конференции ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. - Москва. - 2016 г. - С. 370-372.

17. Новиков В.У. Влияние наполнителя на структуру полимерной матрицы. [Текст] / В.У Новиков // Пластические массы. - 2004. - № 8. - С. 12-24.

18. Беева Д.А. Полимерный композит на основе полиэтилентетрефталата [Текст] / Д.А. Беева, А.К. Микитаев, Е.Б. Барокова [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10-13. - С. 2878-2881.

19. Новиковский Е. А. Фрактальные оценки механизма усиления эпоксидианового связующего углеродными наночастицами [Текст] / Е.А. Новиковский, Е.С. Ананьева // XV Международная научно-практическая

конференция молодых ученых «Современная техника и технологии». - Томск. -2009. - С. 121-124.

20. Kychkin A.A. Properties of basalt composites based on epoxy anhydride binder modified by silicate nanoparticles / A.A. Kychkin, A.K. Kychkin, M.P. Lebedev [et al.] // Russian Engineering Research. - 2020. - № 5 (40). - P. 378-383.

21. Куров Е.И. Исследование развития разрушения методами механо- и акустической эмиссии [Текст] / Е.И. Куров, Б Г. Муравин, А.В. Мовшович // Механика композитных материалов. - 1984. - № 5. - С. 918-923.

22. Сухарева Л.А. Технология, физико -технические свойства и применение стекловолокнистых материалов и стеклопластиков [Текст]: монография / Л.А. Сухарева, Ю.В. Мейтин, И.Р. Киселев [и др.]. - М.: ВНИИСПВ, 1976. - 342 с.

23. Калинчев, В.А., Намотанные стеклопластики [Текст] / В.А. Калинчев, М.С. Макаров. - М.: Химия. - 1986. - 272 с.

24. Альперин В.И. Конструкционные стеклопластики [Текст]: монография / В.И. Альперин. - М.: Химия. - 1979. - 358 с.

25. Асланова М.С. Высокотемпературоустойчивые неорганические и их свойства [Текст] / М.С. Асланова, А.А. Мясников // Стекло и керамика. - 1960. -№ 9. - С. 21-27.

26. Новицкий А.Г. Исследование и совершенствование процессов получения непрерывного базальтового волокна [Текст] / А.Г. Новицкий, М.В. Ефремов, Г.Б. Федотов // Сб. докл. V Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья». - М.: ЦЭИ «Химмаш». - 2005. - С. 12-21.

27. Земцов А.Н. Базальтовые волокна в промышленности и природе [Текст] / А.Н. Земцов, Е.Н. Граменицкий, А.М. Батанова // Тез. докл. Научно -практическая конференции «Современная экспериментальная минералогия». -Черноголовка. - 2001. - С. 75-78.

28. Козлов П.В. Физико-химические основы пластификации полимеров [Текст] / П.В. Козлов, С.П. Папков. - М.: Химия. - 1982. - 223 с.

29. Де Жен П. Идеи скейлинга в физике полимеров [Текст] / П. Де Жен. -М.: Мир. - 1982. - 368 с.

30. Зеленев Ю.В. Роль модификации полимерных систем разных классов в формировании свойств [Текст] / Ю.В. Зеленев, А.В. Шеворошкин // Пластические массы. - 1998. - № 4. - С. 48-53.

31. Акатенов Р.В. Влияние малых количеств функционализированных нанотрубок на физико-механические свойства и структуру эпоксидных композиций [Текст] / Р.В. Акатенов, В.Н. Алексашин, И.В. Аношкин [и др.] // Деформация и разрушение материалов. - 2011 - № 11. - С. 35-39.

32. Garcia E.J. Fabrication and multifunctional properties of a hybrid laminate with aligned carbon nanotubes grown In Situ / E.J. Garcia, B.L. Wardle, A.J. Hart, N. Yamamoto // Composites Science and Technology. - 2008. - Vol. 68. - Р. 2034-2041.

33. Siengchin S. Rheological and dynamic thermomechanical propert ies of epoxy composites reinforced with single- and multiwalled carbon nanotubes / S. Siengchin, R. B. Pipes // Mechanics of Composite Materials. - 2012. - N 47. - P. 609616.

34. Ярцев В.П. Композиты на основе полиэфирной смолы с полимерными добавками [Текст] / В.П. Ярцев, М.А. Подольская // Вестник ТГТУ - 2014. - № 3. - С. 557-563.

35. Соколенко И.В. Перспективные наполнители для полимерных композитов [Текст] / И.В. Соколенко // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. - № 2-4. - С. 92-93.

36. Углеродные наноматериалы и композиты на их основе [Текст] / В.И. Вигдорович [и др.] // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2013. - № 4. - С. 1220-1228.

37. Верещагин А.Л. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза [Текст] / А.Л. Верещагин. - Бийск: Изд-во АлтГТУ - 2001. - 177 с.

38. Huang Y. The influence of single-walled carbon nanotube structure on the electromagnetic interference shielding efficiency of its epoxy composites / Y Huang, N. Li, Y Ma [et al.] //Carbon. - 2007. - V. 45. - №8. - Р. 1614-1621.

39. Patent № 492 767 USA Production of artificial crystalline carbonaceous material : 28.02.1893 / Acheson G. - 4 р.

40. Новиков М.А. Олег Владимирович Лосев - пионер полупроводниковой электроники [Текст] / М.А. Новиков // Физика твердого тела. - 2004. - № 1 (46). - С. 5-9.

41. Кодолов В. И. Горючесть и огнестойкость полимерных материалов. [Текст] / В.И. Колодов. - М.: Химия. - 1976. - 160 с.

42. Копылов В.В. Полимерные материалы с пониженной горючестью [Текст] / В.В. Копылов, С.Н. Новиков. - М.: Химия. - 1986. - 224 с.

43. Лифанов В.С. Исследование эластомерных материалов с микродисперсными отходами карбида кремния [Текст] / В.С. Лифанов, В.Ф. Каблов, О.М. Новопольцева [и др.] // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4. - 7 с.

44. Чернин И.З. Эпоксидные полимеры и композиции [Текст] / И.З. Чернин, Ф. М. Смехов, Ю. В. Жердев. - М.: Химия. - 1982. - 232 с.

45. Каблов В.Ф. Огнетеплостойкие эпоксидные композиты, наполненные карбидом кремния [Текст] / В.Ф. Каблов, В.С. Лифанов, М.Я. Логвинова, В.Г. Кочетков // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6. - 5 с.

46. Naeimirad M. Fabrication and characterization of silicon carbide/epoxy nanocomposite using silicon carbide nanowhisker and nanoparticle reinforcements / M. Naeimirad, A. Zadhoush, R. E. Neisiany // Journal of Composite Materials. - 2016. - № 50 (4). - P. 435-446.

47. Nhuapeng W. Fabrication and mechanical properties of silicon carbide nanowires/epoxy resin composites / W. Nhuapeng, W. Thamjaree, S. Kumfu [et al.] // Current Applied Physics. - 2008. - № 8. - P. 295-299.

48. Brewer D. HSR/EPM combustor materials development program / D. Brewer // Materials Science Engineering. - 1999. - 261. - P. 284-291.

49. Sato K. Fabrication and pressure testing of a gas-turbine component manufactured by a preceramic- polymer-impregnation method / K. Sato, A. Tezuka, O. Funayama [et al.] // Composite Science Technology. - 1999. - № 59. - P. 853-859.

50. Tressler R.E. Recent development in fibers and interphases for high temperature ceramic matrix composites. / R.E. Tressler, // Composites: Part A. - 1999. -30. - P. 429-37.

51. Snead L.L. Status of silicon carbide composites for fusion / L.L. Snead, R. Jones, A. Kohyama [et al.] // Journal Nuclear Materials. - 1996. - P. 233-7.

52. Takeda M. Thermomechanical analysis of the low oxygen silicon carbide fibers derived from polycarbosilane / M. Takeda, Y Imai, H.T. Ichikawa [et al.] // Ceramic Engineering Science Proceedings - 1993. - 14 - P. 540-547.

53. Yajima S. Development of a SiC fiber with high tensile strength / S. Yajima, J. Hayashi, M. Omori [et al.] // Nature - 1976. - 261. - P. 683-685.

54. Prewo K.W. Fiber-reinforced glasses and glass- ceramics for high performance applications / K.W. Prewo, J.J. Brennan, G.K. Layden // American Ceramic Social Bulding. - 1986. - 65. P. 305-314.

55. Arcan M. Method to produce uniform plane-stress states with applications to fiber reinforced materials / M. Arcan, Z. Hashin, A.A. Voloshin // Experimental Mechanics. - 1978. - 18. - P. 141-146.

56. Selvam R. Fabrication of SiC particulate reinforced polyester matrix composite and investigation / R. Selvam, S. Ravi, R. Raja // Frontiers in Automobile and Mechanical Engineering. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. -2017. - Vol. 197. - Article number 012052. - 9 p. - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/197/1/012052/pdf (access date: 20.12.2023).

57. Rajesh S. Analysis of Mechanical Behavior of Glass Fibre/Al2O3-SiC Reinforced Polymer composites / S. Rajesh, B.V. Ramnath, C. Elanchezhianb [et al.] // Procedia Engineering. - 2014. - № 97 - P. 598-606.

58. Potluria R. Effect of Silicon Carbide Particles Embedmenton the properties of Kevlar Fiber Reinforced Polymer Composites / R. Potluria, K J. Paul, B. M. Babu // Materials Today: Proceedings. - 2018. - Vol. 5. - P. 6098-6108.

59. Vaidya S. A. Effect of addition of silicon carbide with E-glass/Epoxy composites in mechanical properties subjected to subzero temperature / S. A. Vaidya, T.

Rangaswamy // AIP Conference Proceedings. - 2019. - Vol. 2057. - Article number 020026. - 2 p. - URL: https://pubs.aip.org/aip/acp/issue/2057Z1 (access date 20.12.2023).

60. Arani N.H. Numerical and experimental investigation of the erosion of zirconia particulate-reinforced epoxy matrix composites by angular silicon carbide particles / N.H. Arani, M. Eghbal, M.M. Nekahi, M. Papini // Polymer Composites. -2020. - Vol. 42, is. 1. - P. 220-235. - DOI: 10.1002/pc.25820.

61. Kyungmin Baek. Multiscale modeling of mechanical behaviors of Nano -SiC/epoxy nanocomposites with modified interphase model: Effect of nanoparticle clustering / Kyungmin Baek, Hyunseong Shin, Maenghyo Cho // Composites Science and Technology. - 2021. - Vol. 203. - Article number 108572, - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0266353820323642 (access date 25.12.2023).

62. F. Wu. Epoxy Composites with Surface Modified Silicon Carbide Filler for High Temperature Molding Compounds / F. Wu, N. C. Mitchell, B. Song [et al.] // 2019 IEEE 69th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Las Vegas, NV, USA. - 2019. - P. 2134-2139. - DOI: 10.1109/ECTC.2019.00-28.

63. ГОСТ 10587 - 84. Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 20 с.

64. ГОСТ 18318 - 94 Порошки металлические. Определение размера частиц сухим просеиванием. - М.: Издательство стандартов, 1997. - 9с.

65. ГОСТ 22349 - 77. Смолы отверждающиеся литьевые. Изготовление образцов для испытаний. - М.: Издательство стандартов, 1980. - 7с.

66. ГОСТ 2603 - 79. Реактивы. Ацетон. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2006. - 14с.

67. Saba N. A review on dynamic mechanical properties of natural fibre reinforced polymer composites / N. Saba, M. Jawaid, Othman Y. Alothman [et al.] // Construction and Building Materials. - 2016. - Vol. 106. - P. 149-159.

68. Старцев О.В. Зависимость динамического модуля сдвига и скорости звука композитов от степени наполнения / О.В. Старцев, И.И. Перепечко // Механика композитных материалов. - 1979. - № 1. - С. 165-167.

69. Rieger G. The glass transition temperature Tg of polymers — comparison of the values from differential thermal analysis (DTA, DSC) and dynamic mechanical measurements (torsion pendulum) // Polymer Testing. - 2001. - Vol. 20. - P. 199-204. -DOI: 10.1016/S0142-9418(00)00023-4.

70. Lei M.L. A new inverted torsion pendulum-based mechanical spectrometer to study soft matter / Lei M.L., Chen I., Xiong X.M. // Archives of Metallurgy and Materials. - 2016. - Vol. 61, No 1. - P. 13-16. - D0I:10.1515/amm-2016-0007

71. Yu H. Development of a torsion pendulum and its application to measuring the dynamic modulus of adhesives from pre-gelation to the cured state / H.Yu, R.D. Adams, L.F.M. da Silva // Measurement Science and Technology. - 2015. - Vol. 26, No 5. - P. 1-9. - D0I:10.1088/0957-0233/25/5/055603.

72. Dessi C. Analysis of dynamic mechanical response in torsion / C. Dessi, D.G. Tsibidis, D. Vlassopoulos [et al.] // Journal of Rheology. - 2016. - №60(275). -DOI: 10.1122/1.4941603.

73. ГОСТ Р 56753 - 2015. Пластмассы определение механических свойств при динамическом нагружении. Часть 11. Температура стеклования. - М.: Стандартинформ, 2016. - 10 с.

74. ГОСТ 4648 - 2014. Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб. - М.: Стандартинформ, 2016. - 25 с.

75. ГОСТ 4647 - 2015. Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи. [Текст] - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 7 с.

76. ГОСТ 4651 - 2014. Пластмассы. Метод испытания на сжатие. - М.: Стандартинформ, 2014. - 19 с.

77. ГОСТ 11262 - 2017. Пластмассы. Метод испытания на растяжение. -М.: Стандартинформ, 2018. - 24 с.

78. ГОСТ 32492 - 2015. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Методы определения физико -механических характеристик. - М.: Стандартинформ, 2016. - 19 с.

79. ГОСТ 25.604 - 82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 7 с.

80. Бронин Ф.А. Исследование кавитационного разрушения и диспергирования твердых тел в ультразвуковом поле высокой интенсивности : Автореф. дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. Наук [Текст] / Ф.А. Бронин. -1967. - 16 с.

81. Голых Р.Н. Повышение эффективности воздействия ультразвуковыми колебаниями на процессы в системах с жидкой фазой: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук [Текст] / Р.Н. Голых. - 2020. - 437 с.

82. Королёв, Е.В. Параметры ультразвука для гомогенизации дисперсных систем с наноразмерными модификаторами [Текст] / Е.В. Королёв, М.И. Кувшинова // Строительные материалы. - 2010. - № 9. - С. 60-62

83. Новиковский Е.А. Модификация эпоксидных композиций углеродными ультрадисперсными частицами термического и детонационного синтеза: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Е.А. Новиковский. - 2017. - 178 с.

84. Хмелёв В.Н. Выявление оптимальных режимов и условий ультразвуковой кавитационной обработки высоковязких жидкостей / В.Н. Хмелёв, Р.Н. Голых, С.С.Хмелёв [и др.] // Научно-технический вестник Поволжья. - 2013. -№ 2. - С. 249-251.

85. Хасанов О.Л. Эффекты мощного ультразвукового воздействия на структуру и свойства наноматериалов: учебное пособие [Текст] / О.Л. Хасанов, Э.С. Двилис, В.В. Полисадова [и др.] // Томск: Изд-во Томск. политех. ун-та. -2008. - 149 с.

86. Толочко Н.К. Ультразвукое диспергирование углеродных наноматериалов [Текст] / Н.К. Толочко, П.Г. Становой, С.А. Жданок [и др.] // Перспективные материалы. - 2008. - №2. - С. 5-9.

87. Seyed M. Ultrasonic nano-emulsification - A review [Текст] / M. Seyed, M.-G. Mohsen, G.-G. Roghayeh [et al.] // Ultrasonics - Sonochemistry. - 2019. - 52. -P. 88-105.

88. Kychkin, A.A. Research of influence carbon nano tubes on elastic-strength properties of epoxy resin / A.A. Kychkin, M.P. Lebedev, E. S. Anan'eva [et al.] // Procedia Structural Integrity. - 2020. - № 30. - P. 59-63.

89. Кычкин А.А. Влияние углеродных нанотрубок на упруго -прочностные свойства эпоксидного связующего/ А.А. Кычкин, М.П. Лебедев, Е.С. Ананьева [и др.] // Ползуновский вестник. - 2023. - No 2. - С. 201-207. - DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2023.02.026.

90. Kychkin A.A. Influence of ultrafine silicon carbide powders on the properties of epoxy resin / A.A. Kychkin, E.S. Anan'eva, K.I. Таnkоva [et al.] // Procedia Structural Integrity. - 2019. - № 20. - P. 185-189.

91. Кычкин А.А. Исследование влияния ультрадисперсных порошков карбида кремния на упруго-прочностные свойства эпоксидного связующего [Текст] / А.А. Кычкин, М.П. Лебедев, Е.С. Ананьева [и др.] // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. - 2021. -№ 1 (49). - С. 92-97.

92. Китайгородский А.И. Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел. - М.: ГИТЛ. - 1952. - 588 с.

93. Кычкин А.А. Исследование эпоксиангидридного связующего с наполнителями углеродных нано трубок и карбида кремния методами рентгеноструктурного и динамического механического анализов / А.А. Кычкин, А.К. Кычкин, М.П. Лебедев // Вестник Томского государственного университета. Химия. - 2023. - № 32. - С. 144-163. - DOI: 10.17223/24135542/32/11.

94. Татаринова Л.И. Структура твердых аморфных и жидких веществ. -М.: Наука. - 1983. - 151 с.

95. Ватолин Н.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов / Н.А. Ватолин, Э.А. Пастухов. - М.:Наука. -1980. - 188 с.

96. Еланский Г.Н. Строение и свойства металлических расплавов. - М.: Металлургия. - 1991. - 160 с.

97. Вайнштейн Б.К. Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах. - М.: АН СССР. - 1963. - 372 с.

98. Носкова Н.И. Влияние деформации и отжига на структуру аморфного сплава Fe81Si7B12 / Н.И. Носкова, Н.Ф. Вильданова, А.А. Глазер // Физика некристаллических твердых тел. - Ижевск. - 1990. - С. 17-25.

99. Оспенникова О.Г. Исследование влияния направления армирования на идентификацию релаксационных переходов влагонасыщенного углепластика марки ВКУ-25 / О.Г. Оспенникова, П.С. Мараховский, Н.Н. Воробьев [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2021. - 87(9). - C. 38-43. -DOI: 10.26896/1028-6861 -2021 -87-9-38-43.

100. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. - М.: Знание, - 1958. -

64 с.

101. Кычкин А.А. Исследование стеклопластика с наполнителями углеродных нанотрубок и карбида кремния методом динамического механического анализа / А.А. Кычкин, А.К. Кычкин, М.П. Лебедев // EURASTRENC0LD-2023: Сборник трудов XI Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях климатически низких температур, посвященного 85-летию со дня рождения академика В.П. Ларионова, Якутск, 1115 сентября 2023 года. - Киров: Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании, 2023. - С. 319-323. - EDN ACKUNU.

102. Старцев В.О. Влияние климатического воздействия на фрактографию разрушения эпоксидных полимеров / В.О. Старцев, М.П. Лебедев , А.С. Фролов // Пластические массы. - 2018. - № 11-12. - С. 36-41.

103. Чурсова Л.В. Наномодифицированное эпоксидное связующее для строительной индустрии / Л.В. Чурсова, М.А. Ким, Н.Н. Панина [и др.] // Авиационные материалы и технологии. - 2013. - № 1 (26). - С. 40-47.

104. Min-Seok Sohn. Delamination behaviour of carbon fibre/epoxy composite laminates with short fibre reinforcement / Min-Seok Sohn, Xiao-Zhi Hu. // Scripta Metallurgica et Materialia. - 1994. - Vol. 30. - Iss.11. - P. 1467-1472.

105. Purslow D. Matrix fractography of fibre-reinforced epoxy composites // Composites. - 1986. - Vol. 17. - Iss. 4. - P. 289-303

106. Samajdar S. Fracture surface characterization of epoxy-based GFRP laminates // Journ. of Materials Science. - 1991. - Vol. 26. - Р. 977-984.

107. Деев И.С. Исследование методом сканирующей электронной микроскопии деформации микрофазовой структуры полимерных матриц при механическом нагружении / И.С. Деев, Е.Н. Каблов, Л.П. Кобец [и др.] //Научно-техн. журнал "ТРУДЫ ВИАМ". - 2014. - № 7. - С. 1-24.

108. Кычкин А.А. Исследование влияния модификации карбидом кремния полимерной матрицы на свойства стеклопластиковых стержней / А.А. Кычкин, А.Г. Туисов, Е.М. Максимова [и др.] // Южно-Сибирский научный вестник. - 2022. - № 2. - С. 40-45.

109. ГОСТ 31938-2012. «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия». - М.: Стандартинформ, 2014. - 39 с.

150

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

ИК-СПЕКТОГРАММЫ ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

Рисунок А.1 - Спектрограмма ИК немодифицированного эпоксидного

связующего

0 40-

0.350.303? 0.25-и

5 0.20-

3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400

Волновое число, см'1

Рисунок А.2 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 0,25 масс.%

О

" ' 3800 3600' 3400 ' 3200' ' 3000' ' 2800' ' 2600" ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' 1800' ' 1600' ' 1400' ' 1200' ' 1000 ' 800 '600' ' 'доЬ'

Волновое число, см"1

Рисунок А.3 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 0,5 масс.%

0.40-

О

со

''' ' 3800 ' 3600' ' 3400' ' 3200' ' ЗООО' ' 2800' ' 2600' ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' 1800' ' 1600' ' 1400' ' 1200' ' 1000' ' '800' ' '600' ' 'доЬ'

Валновое число, см"1

Рисунок А.4 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 0,75 масс.%

Рисунок А.5 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 1 масс.%

О 40-

3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400

Волновое число, см'1

Рисунок А.6 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 2 масс.%

0.35-

' " ' 3800 ' 3600' ' 3400' ' 3200 ' 3000* ' 2800 ' 2600' ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' 1800' ' 1600* ' 1400' ' 1200' ' 1000 ' '800' '600' ' 'дОО' '

Волновое число, см'1

Рисунок А.7 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 3 масс.%

' ' ' ' 3800' ' ЗбоЬ' ' 3400' ' 3200 ' 3000 ' 2800' ' 2600 ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' 1800' ' 1600' ' 1400' ' 1200 ' 1000 ' 800 ' '600' ' 'доЬ'

Волновое число, см

Рисунок А.8 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением КК в

количестве 5 масс.%

0 35-

о>

0.30- ц

' ' ' 3800 3600' 3400' ' 3200' ' 30*00' ' 2800* ' 2600' ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' Шо' ' 1600' ' 1400' ' 1200* ' 10ОО ' '800' '600' ' 400'

Волновое число, см'1

Рисунок А.9 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением УНТ М

в количестве 0,1 масс.%

0.40-

0 35-

О

00

' ' ' ' 3800 ' 3600' ' 3400' ' 3200' ' 3000' ' 2800' ' 2600' ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' 1800' ' 1600' ' 1400' ' 1200' ' 1000' ' '800 ' 'б'оЬ" ' '400'

Волновое число, см1

Рисунок А.10 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением УНТ в

количестве 0,1 масс.%

Рисунок А.11 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением УНТ в

количестве 0,25 масс.%

О 40-

3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400

Волновое число, см

Рисунок А.12 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением УНТ в

количестве 0,5 масс.%

0 35-

' " ' 3800 ' 3600' ' 3400' ' 3200' ' 3000 ' 2800' ' 2600 ' 2400' ' 2200' ' 2000' ' 1800 ' 1600' ' 1400' ' 1200' ' 10ОО' ' '800' ' 600' ' '4*00' '

Волновое число, см'1

Рисунок А.13 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением УНТ в

количестве 0,75 масс.%

0 401180

' ' ' ' 3800 ' 3600' ' 3400 ' 3200 ' 3000 ' 2800' ' 2600' ' 2400' ' 2200 ' 2000' ' 1800' ' 1600' ' 1400' ' 1200' ' 1000' ' '800' ' 600' ' ~4(

Волновое число, см'1

Рисунок А.14 - Спектрограмма ИК эпоксидного связующего с добавлением УНТ в

количестве 1 масс.%

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО СТЕКЛОПЛАСТИКОВОГО СТЕРЖНЯ С МОДИФИКАЦИЕЙ

СВЯЗУЮЩЕГО

Изготовление образцов композитного стеклопластикового стержня производилось методом протяжки согласно ТУ 2296 - 001 - 08911770 - 2016. Технологическая схема линии по изготовлению стеклопластиковых композитных стержней методом протяжки представлена на рисунке Б.1.

1 - стеллаж для ровинга (шпулярник); 2 - предварительный подогрев не пропитанных ровингов; 3 - ванна пропитки ровинга; 4 - устройство отжима излишек смолы; 5 - гребенка; 6 - формующая воронка; 7 - нитеукладчик кольцевых нитей; 8 - печь полимеризации Рисунок Б.1 - Технологическая схема линии по изготовлению стеклопластиковых

композитных стержней

Технологический процесс (рисунок Б.1) изготовления стеклопластикового однонаправленного волокнистого материала включает следующие основные стадии:

- предварительная сушка ровингов;

- пропитка полимерным связующим;

- отжим и удаление излишков полимерного связующего;

2

6

- формирование пучка пропитанных нитей и создание формы будущего изделия;

- отверждение с температурой нагрева от 50±2 °С до 160±2 °С, при скорости нагрева 10 °С/мин;

- охлаждение со скоростью 40 °С/мин;

- нарезка согласно заданным размерам.

Исходя из результатов по модификации эпоксидного связующего наполнителями КК и УНТ, описанными в главе 3 были получены стеклопластиковые стержни 5,5 мм с содержанием в эпоксидном связующем добавки КК от 0,25 до 1 масс.% и УНТ от 0,01 до 0,5 масс.% соответственно. Приготовление концентрата эпоксидной смолы с модификаторами с содержанием 1 масс.% УНТ и 10 масс.% КК проводилось путем диспергирования на ультразвуковой установке «Волна-М». Состав эпоксидного связующего с добавлением модификаторов представлен в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Состав эпоксидного связующего с добавлением модификаторов

Состав наполнителей УНТ, %.масс Компоненты, масс.%

Эд-20 Изо-МТГФА УП606/2 Концентрат 1%

* 56,70 42,50 0,80 0

0,01 55,70 42,50 0,80 1,00

0,10 46,74 42,46 0,80 10,00

0,25 31,81 42,39 0,80 25,00

0,50 6,92 42,29 0,80 50,00

Состав наполнителей КК, %.масс Компоненты, масс.%

Эд-20 Изо-МТГФА УП606/2 Концентрат 10%

* 56,70 42,50 0,80 0,00

0,25 54,31 42,39 0,80 2,50

Окончание таблицы Б.1

Состав наполнителей КК, %.масс Компоненты, масс.%

Эд-20 Изо-МТГФА УП606/2 Концентрат 10%

0,50 51,92 42,29 0,80 5,00

0,75 49,52 42,18 0,79 7,50

1,00 47,13 42,08 0,79 10,00

* - Рецептура эпоксиангидридного связующего без наполнителя

Технологическая схема производства стеклопластиковых стержней с модификацией связующего (рисунок Б. 2)

Рисунок Б.2 - Технологическая схема производства стеклопластиковых стержней

Контроль качества готового изделия

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(обязательное) АКТ ВНЕДРЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный димк

ооо «нп# экЪтекс

»

Пикалов A.A.

2021г.

АКТ

О внедрении результатов диссертационной работы научного сотрудника ИФТПС СО РАН Кычкина A.A.

Мы нижеподписавшиеся, начальник производства Корнилов Ю.Б и инженер технолог Захарок П.Д - ООО «НПК ЭКОТЕКС», составили настоящий АКТ о том, что результаты диссертационной работы соискателя Кычкина А.К., посвященной исследованию влияния модификации эпоксиангидридного связующего добавками карбида кремния и углеродными нанотрубками на свойства стеклопластиков, представляют практический интерес и использованы при изготовлении опытной партии стеклопластикового стержня на производственной линии ООО «НПК ЭКОТЕКС» в 2020 году по ТУ 2296-001-08911770-2016. Опытная партия успешно прошла заводские испытания. По физико-техническим характеристикам опытная партия стеклопластикового стержня с добавками карбида кремния соответствует ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия».

Инженер технолог

Начальник производства

Захаров О. Д.

Корнилов Ю. Б.

W /Utk V Г СIW ii '<y//Jl ?n ,

/ /

/

У/К K'fUCWM cffi /? г/

j

^Аак пТ ecrc/icKyi-*