Дослідження фізико-механічних властивостей епоксидних композитів наповнених металізованими гранулами поліаміду
Автор: Ковальчук Андрій Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Епоксидна смола є широко застосовуваною полімерною матрицею під час створення композиційних матеріалів, що викликано високою адгезією, хімічною стійкістю і порівняно не високою вартістю. Композити на основі епоксидної смоли використовуються в автомобільній, аерокосмічній, будівельній і багатьох інших галузях промисловості [1]. Як полімерна матриця епоксидна смола може бути армована синтетичними і натуральними наповнювачами у різному вигляді (порошки, волокна, тканини і т.д.) [2-5]. Така можливість використання різноманітних наповнювачів є ефективним підходом для одержання композитів з високими експлуатаційними і технологічними властивостями. Металеві наповнювачі традиційно використовуються для одержання композиційних матеріалів на основі епоксидної матриці. Сплави заліза, алюміній, мідь у вигляді порошку або волокон гарантують одержання композитів з підвищеною розмірною точністю, зносостійкістю, міцності і кращими триботехнічними властивостями [6, 7]. Також покращити триботехнічні властивості епоксидних композитів допомагають керамічні наповнювачі [8-10]. При цьому, досягти помітного позитивного ефекту можна за невисокої концентрації наповнювача [11]. Частинки наповнювача в епоксидній матриці діють як армуючи агенти, які утворюють міцний між фазний зв’язок і ефективно передають навантаження і запобігають поширенню тріщин. Мідь як наповнювач для різних типів полімерних матриць використовується для покращення електро-і теплопровідності. Покращуючи електропровідність і здатність відводити тепло мідь робить полімерні 5 композити придатними для використання в електроніці. При цьому, мідь також підвищує механічну міцність і жорсткість полімерних композитів [12]. В останні роки дослідники широко використовують різні комбіновані наповнювачі, які суттєво відрізняються як за природою, такі за можливим впливом на властивості композитів [13-15]. В цьому випадку вдається одержувати перспективні матеріали з комплексом нових властивостей. Використання додатково вуглецевих нанотрубок в кількості 0,5% в композиті епоксид-кевлар дозволяє покращити його міцність на розрив на 25%. Крім того, використання вуглецевих нанотрубок забезпечує зростання електропровідності композиту, що дозволяє відслідковувати зростання тріщин шляхом реєстрації зміни опору матеріалу [16]. У випадку поєднання в епоксидній м атриці скловолокна і частинок політетрафторетилену можна одержати композит, що характеризується низькою швидкість зношування, що є особливо важливим для вузлів тертя [17]. Також для використання у вузлах тертя рекомендується епоксидний композит, що міститьвуглецеву тканину і вуглецеві нанотрубки [18]. Композиційний матеріал, що характеризується високими високотемпературними механічними властивостями вдалося одержати в результаті поєднання в епоксидній матриці вуглецевого волокна і високодисперсних арамідних нановолокон [19]. Розглядається можливість створення композиційного матеріалу з епоксидною матрицею і наповнювача, що складається з волокон сизалю та частинок шкаралупи арахісу [20]. Цікавим підходом створення комбінованих наповнювачів є використання бінарної системи сферичних частинок Al 2O3 , які відрізняються розміром (30 і 5 мкм). При цьому, епоксидний композит, що містить 80% 30 мкм частинок і 20% 5 мкм частинок є близьким до теоретично максимального об’єму упаковки і характеризується помітно зниженоюв’язкістю і підвищеною теплопровідністю [21]. Також повідомляється про використання для наповнення епоксидної смоли сферичного і волокнистого нітриду бору [22]. Також до комбінованих наповнювачів можна віднести одержані в роботі [23] частинки міді покритінікелем, які використовувались для створення композитів на основі епоксидної матриці. Такий підхід дозволив збільшити 6 міцність на розрив епоксидних композитів з додаванням покритих нікелем мідних частинок на 90% в порівнянні з композитами, які містили частинки міді, які не покривались нікелем. Як згадувалося вище епоксидні композити широко використовуються в аерокосмічній промисловості. Однак, використання композиційних матеріалів в такій критичній галузі, крім високих механічних властивостей, тепло -і електропровідності вимагає також максимально можливого зниження маси виробів виготовлених з полімерних композитів. Розроблення нових наповнювачів, які дозволять знизити густину композиційного матеріалу при збережені інших властивостей є перспективною і необхідною задачею. Об’єкт дослідження: фізико-механічні властивості металонаповнених композитів на основі епоксидної матриці. Предмет дослідження: вивчення впливу кількості металу на поліамідних гранулах на фізико-мехінічні властивості і густину наповнених епоксидних композитів. Мета дослідження: дослідження впливу процесу металізації поліамідних гранул на кристалічну структуру поліаміду, дослідження впливу наповнювача у вигляді вихідних і металізованих гранул поліаміду на ударну в’язкість, міцність на розрив і густині епоксидних композитів. Результати експериментальних досліджень одержані з використанням сучасних методів досліджень та рядом розроблених методик. Досліджено фізико-механічні властивості епоксидних композитів, які наповнені мідненими гранулами поліаміду. Фізико-механічні властивості оцінювали за результатами дослідження на розтяг та ударну в’язкість. Показано, що одержані композити володіють високими міцнісними властивостями, які зберігаються на рівні ненаповненої матриці. Встановлено, що присутністьна поверхні гранул поліаміду мідної оболонки незначно впливає на зміну фізико-механічних властивостей епоксидних композитів. Проведена спроба пояснити одержані результати з використанням значень міцності адгезійного шару, що формується між епоксидною матрицею і різною за природою поверхнею наповнювача. 7 Магістерська кваліфікаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків і списку використаних літературних джерел, що містять 120 посилання. Матеріал роботи викладено на 98сторінкахдрукованого тексту і містить 11таблицьта 28рисунків. Ключові слова: композит, епоксид, поліамід, металізація, мідь.