Влияние содержания компонентов на прочностные показатели винилэфирных композитов

Непрерывное развитие строительства в условиях современного индустриального общества сопровождается постоянными поисками более совершенных композиционных материалов, превосходящих по своим прочностным, упруго-деформационным и другим свойствам традиционные широко применяемые материалы (бетоны, природные каменные и д.р.). К таким материалам относятся материалы на полимерных связующих, которые находят широкое применение в строительстве, в частности при отделке жилых, административных помещений, в которых люди проводят до 90 % своего времени. Примером таких поисков могут служить работы по улучшению свойств бетонов с помощью введения в их состав полимеров. К конструкционным материалам подобного типа относятся защитные антикоррозионные покрытия и полимербетоны. К числу наиболее применяемых полимерных связующих, применяемых для изготовления полимерных композитов относятся эпоксидные, полиэфирные и другие смолы [1, 2]. В последнее время отечественная промышленность стала выпускать винилэфирные смолы [3]. Однако эффективность практических разработок в этой области сдерживается рядом факторов, одним из которых является отсутствие знаний о влиянии состава на основные свойства композитов.

В ходе проведения эксперимента нами были проведены исследования влияния количественного соотношения компонентов отверждающей системы, состоящей из пероксид циклогексанона, октоата кобальта и 10% раствора димитиланилина в стироле, на свойства композитов на основе винилэфирной смолы марки РП-14С.

Исследования проведены с применением методов математического планирования эксперимента. В качестве матрицы планирования использовали комплексный симметричный трехуровневый план второго порядка с количеством опытов, равным 13, приведеная ниже.

Комплексный симметричный трехуровневый план второго порядка на кубе с количеством опытов, равным 13

Х 1	0	+1	-1	0	+1	-1	0	+1	-1	0	+1	-1	0
Х 2	+1	0	0	-1	+1	+1	0	-1	-1	+1	0	0	-1
Х 3	+1	+1	+1	+1	0	0	0	0	0	-1	-1	-1	-1

Варьируемыми факторами служили: Х 1 – содержание пероксида циклогексанона

(ПЦОН-2); Х2 – содержание октоата кобальта (ОК-1); Х3 – содержание раствора димитиланилина в стироле (ДМА). Содержание компонентов композитов варьировались в пределах эксперимента в соотношении ПЦОН-2 – 0,5–2,5 мас. ч., ОК-1 – 1–5 мас. ч. и ДМА – 1–3 мас. ч. на 100 мас. ч. винилэфирной смолы соответственно.

Нами были изготовлены приведенные выше составы. В результате испытания образцов получены показатели прочности на сжатие и на изгиб в составов винилэфирных композитов.

Таблица 1

Прочность составов

№ состава	Прочность, МПа
	На изгиб	На сжатие
1	55,65	91,11
2	66,53	88,15
3	71,68	94,08
4	36,94	99,26
5	38,59	102,22
6	58,32	104,45
7	37,25	90,37
8	61,54	88,15
9	56,26	87,41
10	51,02	98,52
11	43,87	97,04
12	54,85	82,22
13	59,86	101,48

В результате статистической обработки экспериментальных данных приведенные выше были получены уравнения регрессии описывающее изменение прочности при изгибе (R изг ) и прочности при сжатии (R сж ):

R изг = 37,25 – 3,823·X 1 – 1,377·X 2 + 2,65·X 3 + 12,396·X 1² – 6,252·X 1 X 2 +

+ 1,457·X 1 X 3 + 4,031·X 2² + 6,887·X 2 X 3 + 9,586·X 3² ;            (1)

R сж = 90,37 + 0,925·X 1 + 2,5·X 2 – 0,833·X 3 – 1,016·X 1² – 0,743·X 1 X 2 +

– 5,188·X 1 X 3 + 6,204·X 2² – 1,297·X 2 X 3 + 1,019·X 3² ;

X2

-1

-0,5

70,0

60,0

50,0

40,0

30,0

0,5

-1

-0,5

0,5

s s s

80,0 c

-1

-0,5

70,0

60,0

50,0

40,0

x

C

0,5

Х 1

-1

0,5

X2

0     -0,5

30,0

C

s

s s Q. К

C

Х 1

б

в

Рис. 1. Влияние содержания компонентов винилэфирных композитов на предел прочности при изгибе при содержании ДМА:

1 мас. ч. (Х 3 = – 1) ( а ), 2 мас. ч. (Х 3 = 0) ( б ), 3 мас. ч. (Х 3 = + 1) ( в ) на 100. мас. ч. смолы

Х 1 – содержание ПЦОН-2 (0,5–2,5 мас. ч.); Х 2 – содержание ОК-1 (1–5 мас. ч.)

Из анализа приведенного выше уравнения (1) следует, что максимальное значение предела прочности при изгибе, равное 82 МПа, достигается при содержании диметиланилина, пероксида циклогексанона и октоата кобальта в количестве 3, 0,5 и 5 мас. ч. на 100 мас.ч. смолы соответственно. Следует отметить, что при начальной концентрации ДМА (1–2 мас. ч.) наибольшие значения прочности при изгибе зафиксированы при содержании в системе 0,5 мас. ч. пероксида циклогексанона, а также при концентрации ПЦОН-2 и ОК-1 в количестве 2,5 и 1 мас. ч. на 100 мас.ч. винилэфирной смолы соответственно.

а

б

Рис. 2. Влияние содержания компонентов винилэфирных композитов на

предел на сжатие при содержании ДМА:

1 мас. ч. (Х з = - 1) ( а ), 2 мас. ч. (Х з = 0) ( б ), 3 мас. ч. (Х з = + 1) ( в ) на 100. мас. ч. смолы

Х 1 – содержание ПЦОН-2 (0,5–2,5 мас. ч.); Х 2 – содержание ОК-1 (1–5 мас. ч.)

Для большинства соотношений компонентов образцов винилэфирной композитов минимальные значения исследуемого показателя зафиксированы при содержании диметиланилина, пероксида циклогексанона и октоата кобальта в количестве 1,5–2, 1,5–1,8 и 2–4 мас. ч. на 100 мас. ч. винилэфирной смолы соответственно. Нами было зафиксировано минимальное значение предела прочности при изгибе в случае использования системы из раствора ДМА, ПЦОН-2 и ОК-1 в количестве 2, 1,6 и 2,7 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы соответственно. Следует отметить, что исходя из величины исследуемого параметра, в случае повышения содержания ДМА, концентрацию ОК-1, целесообразно, как правило, так же увеличивать.

Из анализа приведенного выше уравнения (2) так же видно, что значения предела прочности на сжатие исследованных винилэфирных композитов находятся в пределах от 84 до 106 МПа, т.е. изменения данного прочностного параметра менее существенны, чем у предела прочности при изгибе. Максимальное значение предела прочности на сжатие составляет 106 МПа и достигается при содержании ДМА, ПЦОН-2 и ОК-1 в количестве 1, 2,5 и 5 мас. ч. на 100 мас. ч.винилэфирной смолы соответственно. На увеличение величины предела прочности на сжатие позитивное влияние оказывает повышение концентрации, как ускорителя, так и отвердителя, однако следует отметить некоторые особенности, так при введении 2–3 мас. ч. октоата кобальта происходит незначительное снижение прочности, а увеличение содержания ДМА, наоборот обуславливает некоторое его уменьшение.

Таким образом, с помощью математического планирования эксперимента проведена оптимизация компонентов винилэфирных композитов по показателям прочности как при изгибе, так и при сжатии, что обуславливает более полное представлении о специфики материала Получены составы композитов повышенной прочности, удовлетворяющие требованиям современного строительства как для изготовления, строительных композитов (полимербетонов) так и антикоррозионных защитных покрытий.