Дослідження реологічних властивостей наповнених епоксидних олігомерів
Автор: Сасник Владислав Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Хімічні технології високомолекулярних сполук
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Розвиток сучасної промисловості передбачає створення матеріалів із новими покращеними властивостями. Сучасні технології дозволяють розробляти композиційні матеріали, які містять нанонаповнювачі різної природи. Введення малих кількостей нанорозмірних наповнювачів дозволяє значно поліпшити властивості кінцевого композиційного матеріалу. Модифіковані термопластами епоксидні смоли останнім часом набули широкого застосування. Модифікація епоксидних полімерів необхідна у зв’язку з тим, що ненаповнені матеріали виявляють недостатньо високу ударну в’язкість та їхня теплостійкість не завжди задовольняє високим вимогам промисловості. Спільне введення термопластичних та наномодифікаторів дозволить підвищити ударні характеристики та теплостійкість епоксидних полімерів. Встановлено, що спільне введення в епоксидний полімер термопластичного модифікатора та силікатних нанонаповнювачів призводить до підвищення механічних характеристик та теплостійкості композиційних матеріалів на його основі. Ймовірно, це викликано утворенням жорсткішого міжфазного шару на межі розділу полімер-наповнювач та поділом фаз -епоксидний полімер поліариленефіркетон. Підвищення ударної в’язкості можна пояснити витрачанням додаткової енергії на відшаровування епоксидної матриці від частинок глини і переходом основної частки епоксидного полімеру міжфазну область. Спосіб поєднання нанонаповнювачів та епоксидного олігомеру істотно впливає на комплекс властивостей епоксидних полімерів: адгезійну міцність, ударну в’язкість, температуру склування. Залежно від способу введення 2 змінюється число та розмір частинок наповнювача, найбільш ефективним є вплив ультразвуку. Вивчено вплив нанонаповнювачів та поліариленефіркетону на кінетику затвердіння епоксидного олігомеру, встановлено зв’язок між характеристиками процесу затвердіння та властивостями затверденої композиції. Прискорення склування композиції пояснюється більш ранньою втратою сегментальної рухливості внаслідок взаємодії частинок модифікованої глини молекулами полімеру. Крім того, можна помітити, що зі зменшенням розмірів агломератів наповнювача в композиції, і, відповідно, збільшення кількості частинок відбувається зростання модуля пружності, що пояснюється збільшенням поверхні взаємодії частинок наповнювача і матриці. Швидкість реакції обернено пропорційна вмісту органічного модифікатора в наповнювачі і частці міжфазного шару, тому при ексфоліації частинок глини швидкість затвердіння зменшується. У роботі показано, що оцінювати ступінь диспергування нанонаповнювачів в епоксидному олігомері можна за допомогою віскозиметричного методу. При впливі ультразвуку відбувається руйнування агрегатів частинок глини, при цьому їх розміри зменшуються, зростає їх кількість і питома поверхня, що зумовлює більш високий ступінь взаємодії між частинками та матрицею. Це призводить до великих значень в’язкості сумішей, приготованих із застосуванням ультразвуку, і різкого зростання в’язкості в області низьких швидкостей зсуву. Останнє свідчить про існування межі текучості внаслідок утворення частинками глини структурного каркасу. З розглянутих літературних даних випливає, що введення нанонаповнювачів може призводити до істотного підвищення властивостей полімерних матеріалів. При цьому визначальний вплив на характеристики композиційних матеріалів розподіл часток наповнювача в полімері. Необхідно досягти ексфоліації нанонаповнювача, виникнення агломератів завжди призводить до суттєвого погіршення властивостей КМ. 3 Як відомо з літературних даних, поліпшення розподілу наповнювача в КМ можна досягти модифікацією наповнювача (якщо наповнювачем є глина), а також впливом ультразвуку. Метою даної роботи є розробка композиційних матеріалів з покращеними теплостійкістю та фізико-механічними характеристиками на основі епоксидного олігомеру та нанонаповнювача: монтморилоніту, модифікованого монтморилоніту та силікатних нанотрубок, а також при використанні в якості модифікатора термостійкого, термопластичного полімеру поліариленефіркетону. Об’єкт дослідження – композиційні матеріали. Предмет дослідження – епоксидна смола ЕД-20. Для досягнення поставленої мети необхідне виконання наступних завдань: - За допомогою різних модифікаторів одержати матеріали на основі ЕД-20 та монтморилоніту з покращеним розподілом частинок глини. - Перевірити ефективність впливу ультразвуку різної потужності на розподіл глини в епоксидному олігомері. - Дослідити вплив різних видів нанонаповнювачів на механічні та реологічні властивості матеріалів на основі ЕД-20. -Оцінити можливість використання термопластичного модифікатора для покращення фізико-механічних властивостей затверденої композиції. Визначити вплив добавки на механізм та закономірності процесу затвердіння; -Визначити вплив модифікатора на теплостійкість і кінцеві експлуатаційні властивості одержуваних сполучних. Ключові слова – полімер, олігомери, композиційні матеріали, епоксидна смола, структурування, пігменти, наповнювачі.