Введение к работе
Актуальность темы
Конструкционные пластики на основе непрерывных углеродных волокон обладают высоким уровнем физико-механических характеристик. Однако, применение углепластиков на основе термореактивных связующих, в высо-конагруженных конструкциях повышенной надежности, ограничено невысокими значениями вязкости разрушения.
Таким образом, улучшение физико-механических характеристик заданного композита и повышение его технологической монолитности является сложной научно-технологической задачей, направленной на разработку приемов в определенной мере снижающих тенденцию к образованию трещин в композиционных материалах в процессе их получения и эксплуатации.
Опыт, накопленный в производстве конструкционных пластиков, показывает, что существует по крайне мере два направления решения поставленной задачи- поиск нужной технологии при заданных компонентах КМ или полимерного связующего, способного обеспечить заданные физико-механические свойства.
Обеспечение необходимого уровня физико-механических свойств полимерных связующих связано с созданием необходимой структуры на молекулярном, топологическом и надмолекулярном уровнях.
Существующие методы модификации полимерных матриц не позволяют сочетать высокие упругие, прочностные свойства и теплостойкость в КМ на их основе. Кроме того, важно заметить, что в большинстве случаев эффект от введения модификаторов нивелируется структурообразующими процессами, протекающими под влиянием основного наполнителя. Следовательно, практический интерес представляют приемы, направленные на достижение синергетического эффекта.
В последнее время теоретически обоснована возможность применения мелкодисперсных наполнителей, в качестве модификаторов связующего, для достижения синергетического эффекта при комбинированном наполнении. В связи с этим разработка методов повышения технологической монолитности углепластиков, с применением ультрадисперсных наполнителей, является актуальной задачей.
Цель работы
Разработка метода модификации эпоксидного связующего ультрадисперсными частицами с целью повышения технологической монолитности углепластиков на его основе.
РОС г "-./ІЬНАЯ
Ь ' ~ГКА
гообрн
Достижению поставленной цели служит решение комплекса научных и прикладных задач
анализ специфики развития поврежденности в структуре углепластиков на основе эпоксидных связующих;
теоретические исследования физико-химических основ дисперсного наполнения полимерных материалов;
аналитическое исследование влияния геометрических параметров случайных структур при дисперсном наполнении на вязкоупругие характеристики армированных пластиков;
прогнозирование вязкоупругих характеристик с применением традиционных моделей;
экспериментальное исследование эффективности применяемого метода;
выявление закономерности связи структуры композита с комбинированным наполнителем с физико-механическими свойствами и параметрами наполнения;
оценка применимости существующих моделей для прогнозирования упругих характеристик полимерных материалов с комбинированным наполнителем.
Объект, предмет и методы исследования
В настоящей работе объектами изучения являются метод модификации эпоксидного связующего ультрадисперсными частицами и эффективность его применения для повышения технологической монолитности уїлепласти-ка.
Исследования проводились с применением аналитических и экспериментальных методов Для прогнозирования упругих характеристик наполненных систем применялись модели Хашина-Штрикмана и Лущейкина, графическая модель, основанная на формуле Бруггемана. Экспериментальная оценка вязкоупругих характеристик проводилась методом динамического механического анализа.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в следующем:
Теоретически и экспериментально обоснована эффективность модификации полимерных материалов ультрадисперсными частицами при объемном содержании дисперсной фазы менее 1 %;
На основании аналитических и экспериментальных исспедований разработаны оптимальные параметры наполнения дисперсной фазой;
Разработана модель для расчета среднего диаметра ультрадисперсно-
го наполнителя с учетом возможных уровней агрегации;
Установлена качественная и количественная связь между геометри
ческими параметрами структуры и свойствами композита.
Практическая значимость
Совмещение в одной матрице частиц различной геометрической формы позволит эффективно регулировать физико-механические свойства композитов, улучшить технологические и экономические характеристики материалов, расширить возможности создания полифункциональных наполненных композиционных материалов.
Полученные данные можно применять при разработке пластиков конструкционного назначения.
Апробация работы
Результаты работы рассматривались на Международной научно-технической конференции "Композит-99", г. Барнаул, 1999г; Международной научно-практической конференции "Новые материалы и технологии на рубеже веков", г. Пенза, 2000г.; XXI Российской школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций, г. Миасс, 2001 г.; международной научно-практической конференции в рамках «САКС-2002», г. Красноярск, 2002 г.; Международной научно - практической конференции "Сибресурс-8-2002", г. Томск, 2002 г.; Региональной научной конференции "Наука. Техника. Инновации", г. Новосибирск, 2002г.; Всероссийской научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы», г. Красноярск, 2003 г.
Реализация работы
Направления исследований вошли в федеральную целевую программу "Интеграция" (Фундаментальные проблемы материаловедения и современные технологии). Предложенная в диссертации методика применяется в Харбинском технологическом университете в производстве намоточных углепластиков.
На защиту выносятся
Обоснование выбора метода и природы дисперсного наполнителя для модификации эпоксидного связующего.
Аналитические результаты исследования влияния геометрии структуры наполненного полимера на свойства композиционного материала.
Разработанная модель для расчета среднего диаметра ультрадисперс-
ного наполнителя с учетом возможных уровней агрегации.
Результаты экспериментальных исследований по оптимизации параметров наполнения.
Алгоритм расчета систем с комбинированным наполнителем.
Результаты экспериментальной проверки эффективности комбинированного наполнения.
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 103 наименований и содержит 101 страницу машинописного текста, 32 рисунка, 10 таблиц.
