5. Контрольные вопросы

1. С какой целью проводят контроль качества препрегов, и какие при этом основные характеристики определяются?

2. Как определяют содержание летучих веществ и связующего в препрегах?

3. В чем суть метода определения массовой доли растворимой смолы в препрегах?

4. Как устроен аппарат Сокслета? Какой принцип его работы?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 22456-77. Пластмассы. Метод определения содержания нелетучих и летучих веществ в эпоксидных смолах и композициях. – Введ. 1978–07–01. – М: Государственный комитет стандартов совета министров, 1977. – 3 с.

2. ГОСТ 29332-2006. Волокна химические. Методы определения массовой доли замасливателя. – Введ. 2008–01–01. – М: Стандартинформ, 2006. – 9 с.

Лабораторная работа № 4

Технология получения ненаполненных и наполненных полимерных связующих на основе эпоксидных смол

Цель работы: ознакомиться с технологией приготовления ненаполненных и наполненных полимерных связующих на основе эпоксидных смол.

1. Краткие теоретические сведения

Эпоксидные связующие (ЭС) на сегодняшний день являются наиболее востребованными связующими для применения в полимерных композиционных материалах различного назначения, которые имеют температуры эксплуатации 90-150 ºС. Правильный выбор типов эпоксидных смол, модификаторов и отверждающей системы, входящих в состав ЭС, а также условий формования ЭС в значительной степени определяет их эксплуатационные характеристики. При этом пристальное внимание при разработке составов связующих уделяется их химическим, физическим и механическим свойствам. Проведение оптимизации составов связующих является важным шагом при получении связующих с заданными свойствами.

Эпоксидные смолы

Эпоксидные смолы широко используют в качестве компонентов полимерных связующих. Это объясняется тем, что, благодаря особенностям структуры и отверждения, эпоксидные смолы значительно превосходят полиэфирные, фенольные, меламиновые и другие смолы по следующим свойствам:

1. В процессе отверждения продукта не выделяются летучие вещества.

2. Стабильность размеров (формоустойчивость) в процессе отверждения. Эти смолы обладают малой усадкой и могут применяться для получения практически точных копий изделий.

3. Химическая стойкость. Высокая устойчивость к воздействию различных химических реагентов (включая органические растворители, кислоты и щелочи), которая свойственна правильно отвержденным композициям.

4. Химическая инертность. В жидкие ЭС могут вводиться самые разнообразные наполнители без изменения свойств связующих.

5. Долговечность. Отвержденные композиции обладают высокой твердостью, прочностью на удар (ударной вязкостью) и жесткостью в течении длительного времени.

6. Адгезия. Прочность сцепления эпоксидной смолы с практически любой поверхностью не имеет себе равных среди органических покрытий.

7. Универсальность в выборе отвердителя и условий отверждения смолы.

8. Высокая электрическая изоляция.

Отвердители

К числу наиболее распространенных отвердителей для ЭС относятся:

1. Низковязкие алифатические ди- и полиамины, работающие при комнатных температурах.

2. Малотоксичные низковязкие циклоалифатические диамины, работающие при комнатных температурах.

3. Высокоэффективные ароматические диамины, работающие при повышенных температурах (120-150С).

4. Низковязкие амидоамины, работающие при умеренных температурах (60-80С).

5. Нелетучие и малотоксичные полиамиды.

6. Ангидриды ди- и поликарбоновых кислот, работающие при высоких температурах (200С).

7. Дициандиамид, повышающий теплостойкость отвержденных продуктов.

8. Соединения с концевыми карбоксильными группами, обеспечивающие высокие механические показатели отвержденных продуктов.

9. Изоцианаты, обеспечивающие высокую скорость отверждения ЭС.

10. Феноформальдегидные новолаки и резолы, повышающие механические свойства и теплостойкость отвержденных продуктов.

11. Фенолформальдегидные, меламино- и мочевино-альдегидные смолы.

При подборе отвердителя учитывают следующие факторы:

1. Влияние отвердителей на структуру и свойства эпоксидных смол.

2. Свойства самого отвердителя, легкость переработки композиции, токсичность, температура и продолжительность отверждения, вязкость, жизнеспособность, тепловыделение, усадку в процессе отверждения и другие технологические параметры.

3. Адгезия к различным материалам.

4. Свойства получаемых связующих: деформационно-прочностные и диэлектрические характеристики, теплостойкость, химическая стойкость и т.п.

Ускорители процесса отверждения эпоксидных смол

Ускорители добавляют к смеси смолы и отвердителя для ускорения реакции между ними. Их вводят в небольших количествах, которые подбирают эмпирически, руководствуясь свойствами полученного материала. Для ускорения отверждения эпоксидной смолы, например, ангидридами, используют третичные амины в смесях с первичными аминами. Весьма часто применяются и смеси различных третичных аминов. Третичные амины ускоряют взаимодействие эпоксидной смолы с алифатическими дикарбоновыми кислотами.

Разбавители

Для многих областей применения эпоксидных смол необходимо существенное снижение их вязкости. При этом того снижения, которое достигается в результате применения низковязких отвердителей, как правило, недостаточно. Поэтому его достигают за счет применения активных или неактивных разбавителей. К неактивным разбавителям относят органические соединения, нереагирующие с отвержденной эпоксидной смолой. Активные разбавители вступают в химическую реакцию с отвержденной эпоксидной смолой и, тем самым, не испаряются в процессе эксплуатации эпоксидных связующих. Неактивные низковязкие низкокипящие растворители могут улетучиваться при отверждении, что создает определенные экологические проблемы. Высоковязкие высококипящие растворители в незначительной степени снижают вязкость эпоксидной смолы. Если растворители не полностью удаляются из отвержденной эпоксидной смолы, то более или менее значительно ухудшаются механические свойства готовых продуктов и изменяется температура стеклования.

Пластификаторы

Пластификаторы − это вещества, которые вводят в состав полимерных материалов для придания (или повышения) их пластичности при переработке и эксплуатации. Пластификаторы облегчают диспергирование ингредиентов, снижают температуру технологической обработки композиций, улучшают морозостойкость полимеров, но иногда ухудшают их теплостойкость. Некоторые пластификаторы могут повышать огне-, свето- и термостойкость полимеров. Общие требования к пластификаторам: хорошая совместимость с полимером, низкая летучесть, отсутствие запаха, химическая инертность, стойкость к экстракции из полимера жидкими средами, например маслами, моющими средствами. Наиболее распространенные пластификаторы: эфиры фталевой и тримеллитовой кислот, сложные эфиры ортофосфорной кислоты. Используются также минеральные и невысыхающие растительные масла, эпоксидированное соевое масло, хлорированные парафины и др. Количество пластификатора в композиции − от 1…2 до 100 % (от массы полимера).

Модификация эпоксидных связующих

Наполнение полимеров представляет собой одну из разновидностей их модификации, т.е. направленного изменения технологических и эксплуатационных свойств. Путем введения наполнителя можно добиться повышения механической прочности полимеров, придать им теплостойкость, огнестойкость, электропроводность и другие свойства, а также уменьшить расход полимера. По форме наполнители бывают порошкообразные, волокнистые, листовые; по природе – органические, минеральные, металлы; по способу получения – природные, искусственные и отходы производства; по отношению к полимеру – инертные (не изменяющие его свойств), активные (упрочняющие), армирующие.

К наполнителям, предназначенным для введения в полимеры, предъявляются определенные требования: они должны совмещаться с полимером или диспергироваться в нем с образованием однородной композиции; они должны хорошо смачиваться раствором или расплавом полимера; должны сохранять стабильность свойств при хранении, а также в процессе переработки и эксплуатации материала; они не должны оказывать каталитического действия на процесс отверждения термореактивных полимеров.

Очень распространенной группой наполнителей являются порошкообразные материалы.

К органическим порошкообразным наполнителям относятся древесная мука, газовая сажа, измельченные кокс и графит, тонкодисперсные поливинилхлорид, полиэтилен, политетрафторэтилен; к неорганическим – мел, каолин, тальк, слюда, молотый кварцевый песок, диатомит, бентонит, пемза, порошки металлов. Содержание порошкообразных наполнителей составляет 25-50 масс. частей, а в высоконаполненных пластмассах – 200-300 масс. ч. на 100 масс. ч. полимера.