Хімія і хімічні технології/1

Кальба Є.М., Гарматюк Р.Т.

Тернопільський національний педагогічний університет

імені Володимира Гнатюка, м. Тернопіль

ВПЛИВ ПРИРОДИ НАПОВНЮВАЧІВ НА РЕОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

ПОЛІМЕРКОМПОЗИЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ

Розробка нових полімеркомпозиційних покриттів неможлива без дослідження їх реологічних властивостей, які визначаються хімічною будовою макромолекул, їх взаємодією, фізико-хімічними характеристиками компонентів в системі та концентрацією дисперсних наповнювачів [1].

Як матеріал основи викорстали епоксидно-діанову смолу марки ЕД-20, яку структурували амінним твердником – поліетиленполіаміном (ПЕПА) в кількості 12 мас. ч. на 100 мас. ч. епоксидної смоли. Для пластифікації застосували аліфатичну смолу ДЕГ-1, яка являє собою дигліциділовий ефір диетиленгліколю.

Як наповнювач викорстано порошок пластинчастого графіту (ПГ), технічного графіту (ТГ), технічного вуглецю (ТВ). Полімерна композиційна структура являє собою матрицю на основі епоксидної смоли, пластифікатора та твердника, наповнену порошками пластинчастого графіту дисперсністю 10-20 мкм, технічного графіту і технічного вуглецю дисперсністю 2-8 мкм.

Зшивання епоксидних композитів провадили за ступінчастим режимом: витримка протягом 2 год. при температурі 293 К, нагрів до 423 К, витримка

3 год. при цій температурі з наступним охолодженням разом з піччю.

Реологічні властивості наповнених полімерних композицій визначаються: хімічною будовою макромолекул, міжмолекулярною взаємодією, фізико – хімічними характеристиками та концентрацією дисперсних наповнювачів.

Дисперснонаповнені системи неможливо охарактеризувати тільки динамічною в’язкістю, так як вони не підлягають закону Ньютона і в процесі текучості на похилій площині відбувається деформація лінійних макромолекул олігомеру та руйнування структури композиції [2]. Тому при вивченні реологічних властивостей полімерних гетерогенних систем в якості одиниці вимірювання прийнята умовна в’язкість, що характеризується градієнтом швидкості деформації і руйнування структури наповнених композицій в залежності від природи матеріалу наповнювача та його концентрації.

З метою вибору базового наповнювача для полімерного композиту проводили пошук оптимального степеня змочування зерен наповнювачів шляхом дослідження на злам згідно розробленої методики. Міцність зразків змінювалась в залежності від співвідношення між наповнювачами та в’яжучим. Залежність довжини консольної частини зразка l від кількості в’яжучого наведена нижче:

Наповнювач кількість наповню- довжина консольної

вача, мас.ч. частини зразка l, мм

технічний графіт 190 60

210 68

230 82,5

250 56

пластинчастий графіт 190 140

210 160

230 118

250 80

технічний вуглець 190 80

210 90

230 105

250 70

В результаті досліджень при виборі необхідної кількості в’яжучого встанавлено, що зона оптимуму знаходиться в межах 100 мас.ч. полімерної матриці на 200 - 220 мас.ч. наповнювачів. Максимальну міцність отримано для композиції з пластинчастим графітом 200 мас.ч., на 100 мас. ч. епоксидного в'яжучого (l₂=160 мм). Максимуми кривих 1 і 3 зміщені в сторону зменшення кількості в’яжучого і відповідно складають l₁=82,5 і l₃=105 мм. Значно більша міцність композиції на основі пластинчастого графіту, по відношенню до композицій на основі технічного вуглецю та технічного графіту, пов'язана з більшою розвиненістю поверхні частинок.

Як показали проведені дослідження, при введенні в полімерну матрицю неорганічних сполук, відбувається їх седиментація. Осідання наповнювачів внаслідок їхньої незначної седиментаційної стійкості негативно впливають на формування однорідних композитів. Попередити перерозподіл наповнювача в результаті їх седиментації можна за рахунок збільшення в’язкості середовища або шляхом утворення в композиції просторових структур. Відомо, що основна умова седиментаціїної стійкості – висока дисперсність і участь частинок дисперсної фази у броунівському русі [3]. Для досягнення рівномірного розподілу частинок в композиції додатково вводили мілкодисперсний феромагнітний наповнювач технічний вуглець (2-8 мкм) і технічний графіт (2-8 мкм), які заповнювали проміжки каркасу, утвореного більш великими частинками основного наповнювача пластинчастого графіту (10 – 20 мкм).

У результаті проведених досліджень експериментально встановлено, що для полімеркомпозиційного покриття перспективно введення в полімерну матрицю як основного наповнювача, порошку пластинчастого графіту в кількості 200-230 мас.ч. зернистісню 10-20 мкм. Для запобігання седиментації основного наповнювача доцільно вводити дрібнодисперсний технічний графіт або технічний вуглець зернистістю 2-8 мкм в кількості 30-50 мас.ч.

Література:

1. Симонов-Емельянов И.Д., Чеботарь А.М. Отверждение в присутствии наполнителей / / Пласт. массы. – 1976. – № 11. – С.41-43.

2. Виноградов Г. В. Организующая система / / Процессы тепло- и массопереноса. – М.: Энергия, 1970. – С.222-229.

3. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдальна хімія. – Львів: Світ, 1994. – 297 с.