РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Характеристика досліджуваних матеріалів
Як вихідний матеріал використано епоксидно-діанову смолу марки
ЕД-20 (ГОСТ 10587-84), що представляє собою високов'язку прозору рідину. Масова доля епоксидних груп складає 20,0...22,5%, летких речовин - 0,2...0,8%. Смола даної марки є технологічною при переробці, що дозволяє створювати на її основі різноманітні матеріали, придатні для виготовлення покриттів, клеїв, мастик, компаундів, герметиків тощо [91-94]. ЕД-20 твердне при нормальній або підвищених температурах без зовнішнього тиску, що дозволяє працювати без пресового і термічного обладнання. Можливість тверднення цієї смоли без виділення побічних продуктів забезпечує незначну пористість і високу щільність матеріалів. Основні фізико-хімічні властивості незатвердженої смоли представлені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Фізико-хімічні властивості смоли марки ЕД-20
ПоказникЗначення показника Густина, г/см3
Молекулярна маса
Вміст епоксидних груп, %
Вміст летких речовин, %
Умовна в'язкість за кульковим віскозиметром при температурі 25?С, с
Вміст загального хлору, % 1,16-1,2
390-430
19,9-22,0
1,0
65
1,0
Для тверднення епоксидних композицій застосовували поліетилен-поліамін - ПЕПА (ТУ 6-02-594-70). Він призначений для структурування епоксидних смол при кімнатній та знижених температурах в умовах підвищеної вологості. На зовнішній вигляд - це рідина від світло-жовтого до темно-бурого кольору без механічних включень. Масова частка загального азоту становить не менше 30%.
Як модифікатор застосували кремнійорганічний лак марки КО-921
(ГОСТ 16508-70-74), що являє собою однорідний прозорий розчин поліметилфенілсилоксанової смоли у толуолі. Умовна в'язкість знаходиться в межах 17...27 с, масова доля нелетких речовин складає 50±2 %. Час висихання лакового покриття при температурі 200?С до степені 3 складає не більше 15 хв. Лак має понижену температуру сушіння, характеризується високими діелектричними властивостями, волого- та термостійкістю; працездатний при температурі до 250°С.
Як наповнювачі використано комплекс інгредієнтів: графіт - природній мінерал на основі вуглецю. Має високу тепло- і електропровідність, є ефективним твердим мастилом в системах з полімерами [22]. При введенні в епоксидні композитні матеріали збільшує стабільність їх розмірів, хімічну стійкість, антифрикційні характеристики, тепло- і електропровідність. В роботі застосовано лускатий графіт.
Фторопласт - синтетичний атомовмісний поліолефін. Має низький коефіцієнт тертя та високу хімічну стійкість до дії кислот й лугів, сильних окисників. Для нього характерна повзучість під дією незначних механічних навантажень при кімнатній температурі [22, 95]. Практично не поглинає вологи. В роботі застосовано ультрадисперсний фторопласт.
Вуглецеві волокна - мають високу міцність та модуль пружності поєднані з низькою густиною. Для них властива висока теплопровідність та розвинута поверхня (1000-2000 м2/г). Вуглеволокна мають високу хімічну стійкість до більшості агресивних середовищ.
ТКЛР,
10і-6К-13,7-4,12-325015-19Границя міцності на розтяг, МПа 7-21250-28014-351500-2500Теплопро-відність,
Вт/(м·К)103-1203400,2483-125Температура плавлення, °С350014475903650Розмір частинок, мкм-0,05-0,0630,01- 0,1-Форма частинокЛуско-подібнаДисперс-ний порошокДисперс-ний порошокДискретні волокнаГустина, кг/м31750-18006,512150-22201,55-1,57Напов-нювачГрафітОксид
міді (ІІ)ФторопластВугле-волокна
2.2. Методи дослідження властивостей та структури розроблених епоксикомпозитних систем
Вибір методів та методик досліджень властивостей ЕКМ здійснено враховуючи потенційні умови експлуатації виробу. Для забезпечення високої конструкційної міцності, зносостійкості та визначення впливу високих температур використовували фізико-механічні, теплофізичні та триботехнічні методи досліджень матеріалу.
Зразки для фізико-механічних та теплофізичних досліджень зображено на рис. 2.1.
2.2.1. Дослідження фізико-механічних характеристик. Модуль пружності визначали при дослідженнях на згин за методикою [96]. Зразок розміщували на опорах широкою стороною і піддавали шестиразовому навантаженню-розвантаженню при швидкості прикладення навантаження 50 кг/см2 за хвилину. Покази знімали при двох навантаженнях: початковому Р0, рівному близько 2% від величини руйнівного зусилля, і максимальному - Рmax, яке складає 8-10 % від величини руйнівного зусилля.
Модуль пружності Е розраховували за формулою:
де ?Р - приріст навантаження (Рmax - P0), Н;
l - відстань між опорами, см;
b - ширина зразка, см;
h - товщина зразка, см;
?d - середній арифметичний приріст деформації прогину.
Границю адгезійної міцності при нормальному відриві визначали за
ГОСТ 14759-69 [97, 98]. Досліджуваний матеріал наносили на торцеву поверхню стержнів (грибків) з конічним виступом у місці захватів для самоцентрування. Дослідження проводили на розривній машині марки УММ-5 при швидкості переміщення нижньої траверси 2 мм/хв.
При визначенні границі міцності на зсув (ГОСТ 14760-69) використовували пластини із сталі 45 розміром 80х10х2 мм. Площа торцевої поверхні склеювання грибків (пластин) складала 2 см2.
Межу адгезійної міцності визначали за формулою:
,
де Р - навантаження, при якому відбулось руйнування клейового з'єднання, Н;
S - площа клейового з'єднання, см2.
Твердість матеріалу за методом Брінеля визначали за ГОСТ 1786-80 [32]. Дослідження проводили на зразках у формі бруска з гладкою поверхнею товщиною не менше 5 мм і шириною не менше 15 мм. При дослідженні стальну кульку діаметром 10 мм вдавлювали в поверхню досліджуваного матеріалу з навантаженням 2,5 кН протягом 60 с. Розрахунок твердості матеріалу проводили за формулою:
де Р - зусилля, прикладене до кульки, Н;
d - діаметр кульки, мм;
h - глибина відбитку кульки, мм.
Границю міцності на стиск визна