РАЗДЕЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве полимерной матрицы использовали эпоксидные полимеры ангидридного (ЭПАн) и аминного отверждения (ЭПАм). ЭПАн представлял собой эпоксидную композицию [53], включающую компонент 1 (УП-599) (ТУ 6-05-1689-79) - продукт конденсации кислого олигоэфира (диэтиленгликольсебацинат) и ДЭГ-1; компонент 2 (УП-640) (ТУ 6-05-241-24-82) - диглицидиловый эфир (ДГЭ) изо-метилтетрагидрофталевой кислоты; отвердитель - изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) (ТУ 6-10-124-91); ускоритель - 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол (УП-606/2) (ТУ У6-002-09-817.035-96 изм.1,2). Соотношение компонентов смоляной части (мас.ч): УП-640:УП-599=40:60. Отверждение проводили стехиометрическим количеством изо-МТГФА в присутствии УП-606/2.
Образцы для исследования изготавливали смешиванием компонентов эпоксидной композиции в необходимом соотношении с последующим отверждением полимерной заготовки в цилиндрической форме при 120?C в течение 4 часов.
Наличие эластичной (УП-599) и жесткой (УП-640) составляющих в ЭПАн способствовал формированию структуры, в которой чередуются эластичные и жесткие фрагменты. Такой эпоксидный полимер обладает высокой деформативной способностью и удобным для практического применения интервалом температур стеклования Тс=50-80?С.
ЭПАм изготавливали смешиванием эпоксидиановой смолы ЭД-20 (ДСТУ 2093-92) и дицианэтилированного диэтилентриамина УП-0633 (ТУ 6-05-18-63-78), взятых в стехиометрическом соотношении, и последующим отверждением смеси в цилиндрической форме по режиму: 20 0С, 8ч +80 0С, 6ч. Основанием для выбора данной эпоксидной композиции служил ряд обстоятельств, а именно: ее простота и доступность компонентов; достаточно высокая величина вязкости; приемлемые интервал температур стеклования и комплекс деформационно-прочностных характеристик ЭП.
Для наполнения использовали твердые порошки различной химической природы и дисперсности - графит различных модификаций: терморасширенный графит (ТРГ) с насыпной плотностью ? =0.02 г/см3; литейный графит (ЛГ), ? =2 г/см3; омедненный графит с содержанием меди 69 мас.% (С-69), ? =0.64 г/см3 и углерод со структурой, близкой к структуре фуллерена С80 (СФ), ? =0.3 г/см3; каолин; аэросилы с величиной удельной поверхности 175 м2/г (А-175), 300м2/г (А-300) и 380м2/г (А-380); базальтовые чешуйки (БЧ).
ТРГ был получен в Институте физико-органической химии и углехимии им. Л.М.Литвиненко НАН Украины (ИнФОУ НАНУ) по методике [174] путем соответствующей обработки ЛГ.
Таблица 2.1
Химический состав графита литейного (природный графит Завальского месторождения)
Wa, мас. % (вода)
Аа, мас. %
(зольность)
Состав золы, мас. % SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOTiO2P2O5Na2O
K2O 0.5
12.0
56.3
22.8
12.9
3.3
2.9
0.7
0.5
0.6
СФ получен там же химическим синтезом по методике [175], разработанной в ИнФОУ НАНУ. В качестве исходного реагента использовали дифенил при взаимодействии его с двууглеродными остатками. Генерацию последних осуществляли в реакции пентахлорэтана в эвтектическом сплаве хлоридов алюминия и натрия в присутствии меди в качестве восстановителя.
Насыпная плотность - 0.02 г/см3; рН водной вытяжки - 6.5; содержание С - 95.2% химическая стойкость в: H2SO4 (93.2%)
H2PO4
(конц)
HCl
(конц)
HNO
(конц)
NaOH
(конц.,60%)
Кислород
Хлор
Водяной пар
Углеводороды
Бензинстойкость до 100 0С
стойкость до 100 0С
стойкость до кипения
окисляется до нитрата графита
окисляется до нитрата графита
стойкость до 400 0С
стойкость до 200 0С
стойкость до 750 0С
стойкость до кипения
стойкость до кипения Физические свойства - прессуется в монолит без связующих с плотностью до 2 г/см3 со следующими свойствами:
Открытая пористость,% Предел прочности, МПа
при сжатии
при растяжении
Газопроницаемость, м2/сПараллельно оси прессованияПерпендикулярно оси
прессования0.002
30-60
0.03-0.05
1.0до 30
4.0-9.0
- Таблица 2.2
Характеристика ТРГ
Омедненный графит получен в Харьковском государственном техническом университете строительства и архитектуры по разработанной в нем методике [176].
Каолин представлял собой порошок Просяновского месторождения с содержанием 47 мас.% диоксида кремния и размером частиц 1-100 мкм. При этом большая часть частиц соответствовала интервалу 50-100 мкм.
Аэросилы представляли собой промышленные продукты соответствующих марок (ГОСТ 14922-77).
БЧ получены в ЗАО "Оцелот" г.Васильков по следующей методике [177]: расплав базальта, имеющий химический состав, мас.%: SiO2 - 30.2; FeO+Fe2O3 - 16.1; TiO2 - 1.6; Al2O3 - 14.4; Ca0 - 9.6; MgO - 4.1; K20 - 3.2 проходил через отверстие в фильере, образуя струю, которая попадала на вращающуюся турбину диспергатора. Пленка, истекающая из вращающейся турбинки, разбивалась потоком сжатого воздуха. В результате образовывались чешуйки диаметром от 25 мкм до 3 мм, толщиной 3 мкм.
Степень агрегированности частиц наполнителя зависит как от типа наполнителя, так и от величины его удельной поверхности. На рис.2.1 приведены микрофотографии частиц ряда исследуемых наполнителей. Видно, что они образуют агрегаты. При этом для наполнителя с большей удельной поверхностью (А-380) наблюдается увеличение размеров агрегатов.
Образцы для исследований готовили смешением компонентов эпоксидной композиции с соответствующим наполнителем в необходимом соотношении. В дальнейшем наполненную эпоксидную композицию отверждали в цилиндрических пресс-формах.
В случае ЭПАн для предотвращения процесса седиментации вследствие низкой вязкости композиции на начальном этапе отверждения и больших различий в плотности связующего и наполнителя (ТРГ) отверждение проводили при вращении формы с частотой 1 об/мин. Ось вращения была перпендикулярна оси цилиндрической формы, находящейся в печи в вертикальном положении.
Рис.2.1. Микрофотографии агрегатов ча