Исследование влияния дисперсного наполнителя волластонита на вязкоупругие свойства стеклопластиков

В настоящее время стеклопластики достаточно широко используются в различных отраслях производства. Большой интерес вызывает возможность снижения стоимости данного вида продукции и улучшения его эксплуатационных характеристик за счет использования дешевых и эффективных минеральных наполнителей, таких как волластонит [1]. Игольчатая структура волластонита позволяет создать в композиционном материале эффект микроармирования, что, в свою очередь, приводит к росту механических и прочностных показателей [2].

В качестве объекта исследования были выбраны стеклопластики на основе эпоксидной смолы Epikote-828 (зарубежный аналог эпоксидной смолы ЭД-20) и стеклоткани ЭЗ-200. В качестве наполнителя использовался волластонит марки Воксил-100М. Степень наполнения составила 0-30% массы связующего. Готовая композиция проходила многостадийный процесс отверждения.

Для исследования вязкоупругих характеристик стеклопластиков использовался метод динамического механического анализа (ДМА), который хорошо зарекомендовал себя при измерении свойств полимеров. Результаты, полученные с помощью данного метода, содержат широкий спектр информации, что делает его весьма привлекательным для исследования материалов такого класса [3]. Во-

Ф.М. Бетеньков, П.Д. Голубь, А.Д. Насонов. Исследование влияния дисперсного наполнителя волластонита на вязкоупругие свойства стеклопластиков первых, динамический механический анализ дает сведения о механических показателях в стеклообразном и высокоэластическом состояниях полимера (динамический модуль сдвига О' и тангенс угла механических потерь tgδ), включаемых в регистрационные сертификаты материалов. Во-вторых, с его помощью получается информация о молекулярной подвижности, фазовых и релаксационных переходах, физических и химических процессах, происходящих в композите. Погрешность измерения О' для полимеров с О' > 108 Па составляет 3%. В случае, когда О' = 105-106 Па, погрешность возрастает до 7%. Точность поддержания температуры в термокамере – 0,50С. Погрешность измерения tgδ для полимеров с О' > 108 Па составляет 3%. Определение температуры стеклования производилось по методике описанной ранее [4, 5] при помощи метода аппроксимации зависимости О' от температуры и последующего нахождения первой и второй производных от функции, выражающей данную зависимость.

В ходе эксперимента были получены температурные зависимости динамического модуля сдвига О' и тангенса угла механических потерь tg 5 , представленные на рис. 1. Также были рассчитаны зависимости первой (dG'/dT) и второй производных (d²G'/dT²) динамического модуля сдвига по температуре, представленные на рис. 2 [5].

Рис. 1. Температурная зависимость динамического модуля сдвига G' и тангенса угла механических потерь tg δ для исходного стеклопластика

Рис. 2. Температурная зависимость первой и второй производных динамического модуля сдвига G' по температуре для исходного стеклопластика

Анализ полученных температурных зависимостей G' и tg δ показал, что волластонит оказывает влияние как на вязкоупругое поведение стеклопластика, так и на изменение температуры стеклования (табл.) [6]. Если на начальной стадии введения наполнителя T c возрастает в среднем на 2°C, то при введении наполнителя в количестве 30% ее увеличение составляет 7°C. По-видимому, такое монотонное увеличение T c связано с ростом межмолекулярного взаимодействия связующего.

Известно, что величина динамического модуля сдвига в области стеклообразного состояния является одним из показателей прочности ПКМ [3], ее изменение О' (табл.) показывает, что на начальном этапе наполнения до 10% величина модуля сдвига уменьшается. При дальнейшем увеличении концентрации волластонита до 20% величина модуля сдвига возрастает. Подобный рост модуля сдвига, по-видимому, связан не только с изменением межмолекулярного взаимодействия связующего, но также и с изменением густоты пространственной сетки. Не исключено, что здесь может проявиться эффект микроармирования за счет специфической игольчатой структуры дисперсного наполнителя волластонита.

Таблица

Влияние концентрации волластонита на температуру стеклования Т с и динамический модуль сдвига в стеклообразном состоянии G' стекл исследуемых стеклопластиков

Результаты исследования показали, что при введении в стеклопластик до 30% волластонита наблюдается рост температуры стеклования. Отмечено, что применение волластонита в качестве наполнителя, позволяет регулировать физико-механические свойства стеклопластиков в заданном направлении, а это, в свою очередь, может решить задачу по созданию стеклопластиков с заранее заданными свойствами.