zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-8-34-41zldm-1469Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование реставрационных эпокси-композитов с исходными и водоотвержденными гипсовыми и цементным наполнителямиStudy of restoration epoxy composites with initial and water-cured fillersСтарокадомскийД. Л.StarokadomskyD. L.

Дмитрий Львович Старокадомский

03164, г. Киев, ул. Генерала Наумова, д. 17

Dmitry L. Starokadomsky

17, vul. Generala Naumova, Kiev, 03164, Ukraine

km80@ukr.netРешетникМ. Н.ReshetnykM. N.

Мария Николаевна Решетник

Украина, 01001, г. Киев, ул. Б. Хмельницкого, д. 15

Maria N. Reshetnyk

15, vul. B. Khmelnitskogo, Kiev, 01001, Ukraine

Институт химии поверхности имени акад. А. А. Чуйко АН УкраиныУкраинаA. A. Chuiko Institute of Surface Chemistry, NAS of UkraineUkraineНациональный научно-природоведческий музей НАН УкраиныУкраинаNational Natural History Museum, NAS of UkraineUkraine2021200820218783441Copyright © Старокадомский Д.Л., Решетник М.Н., 20212021Старокадомский Д.Л., Решетник М.Н.Starokadomsky D.L., Reshetnyk M.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1469

В работе представлены результаты исследования свойств композитных материалов с водотвердеющими наполнителями в исходном и водообработанном (гидратированном) состояниях. Анализировали влияние на структуру и физико-механические свойства 50 %-го наполнения эпоксидной смолы исходными и водообработанными цементом и гипсом. Установлено, что образцы с водоотвержденными наполнителями характеризуются повышенными модулем упругости, огне- и термостойкостью, стойкостью к органическим растворителям. Методами оптической и СЭМ-микроскопии выявлено различие в их структуре по сравнению с исходными композитами. При этом заметного влияния на прочностные характеристики обычной термообработки (50 – 60 °C) не отмечено. После прогрева при 250 °C для наполненных композитов зафиксированы эффекты термоупрочнения и термопластификации — существенного роста прочности и пластичности при сжатии, микротвердости и стойкости к истиранию. Полученные результаты могут быть использованы при создании полиэпоксидных материалов с новыми свойствами, необходимыми для решения ответственных прикладных производственных задач.

The goal of the study is to compare the properties of epoxy composites with initial and water-treated (hydrated) water-hardening binders (gypsum and cement). The effect of 50% filling of ED20 epoxy resin with initial and water-treated binders (cement and gypsum) on the strength of composites, their structure and physicomechanical properties is considered. An increase in such indicators as the elastic modulus value, fire- and heat resistance, as well as the resistance to organic solvents was observed. Optical and SEM microscopy revealed a difference in their structure compared to the original composites. However, there was no noticeable effect on the strength characteristics of conventional heat treatment (50 – 60°C). After heating at 250°C, the effect of thermal hardening (and thermoplasticization) was observed for filled composites: a significant increase in the compressive strength (and plasticity), microhardness, and abrasion resistance, compared to an unfilled polymer. The results obtained can be used to develop polyepoxide materials with new properties necessary for solving important production applications.

эпоксидный композитгипсцементморфологияпрочность при сжатииизгибмикротвердостьтермоусилениетермопластификацияepoxy compositegypsumcementmorphologycompressive strengthbendingmicrohardnessthermal strengtheningthermoplasticizationReferencesВоронков А. Г., Ярцев В. П. Эпоксидные полимеррастворы для ремонта и защиты строительных изделий и конструкций. — Тамбов: ТГТУ, 2006. — 92 с.Voronkov A. G., Yartsev V. P. Epoxy polymer solutions for the repair and protection of building products and structures. — Tambov: TGTU, 2006. — 92 p. [in Russian].Старокадомский Д., Телегеев И., Головань С. Влияние аэросила А-100 на прочность, набухание и структуру эпоксиполимера / Пластические массы. 2010. № 7. С. 35 – 40.Starokadomsky D., Telegeyev I., Golovan S. Influence of Silica on strength, swelling & structure of epoxy-polymer / Plast. Massy. 2010. N 7. P. 35 – 40 [in Russian].Петрова А., Кондрашов Э., Коротков Ю. Склеивание инструмента и оснастки в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1985. — 184 с.Petrova A., Kondrashov E., Korotkov Yu. Gluing tools and equipment in mechanical engineering. — Moscow: Mashinostroenie, 1985. — 184 p. [in Russian].Czarnecki L., Łukowski P., Nejman R. The statistical evaluation of epoxy concrete heterogeneity / Cement and Concrete Composites. 1996. Vol. 18. P. 417 – 428.Czarnecki L., Łukowski P., Nejman R. The statistical evaluation of epoxy concrete heterogeneity / Cement and Concrete Composites. 1996. Vol. 18. P. 417 – 428.Ohama Y., Demura K., Endo T. Properties of polymer-modified mortars using epoxy resin without hardener in Polymer-Modified Hydraulic-Cement Mixtures. — Philadelphia: Special Technical Publication ASTM-STP 1176, 1993. P. 90 – 103.Ohama Y., Demura K., Endo T. Properties of polymer-modified mortars using epoxy resin without hardener in Polymer-Modified Hydraulic-Cement Mixtures. — Philadelphia: Special Technical Publication ASTM-STP 1176, 1993. P. 90 – 103.Sia T., Mai Y., Cotterell B. Strength and fracture properties of epoxy-cement composites / The 2nd Australian Conference on Engineering Materials. — Sydney, Australia, 1981. P. 512 – 529.Sia T., Mai Y., Cotterell B. Strength and fracture properties of epoxy-cement composites / The 2nd Australian Conference on Engineering Materials. — Sydney, Australia, 1981. P. 512 – 529.Łukowski P., Adamczewski G. Self-repairing of polymer-cement concrete / Bull. Pol. Acad. Sci. Tech. Sci. 2013. Vol. 61. P. 195 – 200.Łukowski P., Adamczewski G. Self-repairing of polymer-cement concrete / Bull. Pol. Acad. Sci. Tech. Sci. 2013. Vol. 61. P. 195 – 200.Djouani F., Connan C., Delamar M., et al. Cement paste-epoxy adhesive interactions / Construction and Building Materials. 2011. Vol. 25. Issue 2. P. 411 – 423. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.02.035Djouani F., Connan C., Delamar M., et al. Cement paste-epoxy adhesive interactions / Construction and Building Materials. 2011. Vol. 25. Issue 2. P. 411 – 423. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.02.035Anagnostopoulos C., Minas T. Experimental data on the properties of polymer-modified cement grouts using epoxy and acrylic resin emulsions / Data in Brief. 2016. Vol. 9. P. 463 – 469. DOI: 10.1016/j.dib.2016.09.016Anagnostopoulos C., Minas T. Experimental data on the properties of polymer-modified cement grouts using epoxy and acrylic resin emulsions / Data in Brief. 2016. Vol. 9. P. 463 – 469. DOI: 10.1016/j.dib.2016.09.016Baldissera A., Schütz M., Vecchia F. Epoxy-modified Portland Cement: Effect of the Resin Hardener on the Chemical Degradation by Carbon Dioxide / Energy Proc. 2017. Vol. 114. P. 5256 – 5265. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1682Baldissera A., Schütz M., Vecchia F. Epoxy-modified Portland Cement: Effect of the Resin Hardener on the Chemical Degradation by Carbon Dioxide / Energy Proc. 2017. Vol. 114. P. 5256 – 5265. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1682Mohammed A. A., Ali T. K. Flexural Behavior of Composite Concrete-Epoxy-Reinforced Concrete Beams / Iranian J. Sci. Technol. Trans. Civil Eng. 2020. Vol. 44. P. 549 – 563. DOI: 10.1007/s40996-019-00255-1Mohammed A. A., Ali T. K. Flexural Behavior of Composite Concrete-Epoxy-Reinforced Concrete Beams / Iranian J. Sci. Technol. Trans. Civil Eng. 2020. Vol. 44. P. 549 – 563. DOI: 10.1007/s40996-019-00255-1Bhutta M. A. R. Effects of polymer-cement ratio and accelerated curing on flexural behavior of hardener-free epoxy-modified mortar panels / Mat. Struct. 2010. Vol. 43. P. 429 – 439. DOI: 10.1617/s11527-009-9578-8Bhutta M. A. R. Effects of polymer-cement ratio and accelerated curing on flexural behavior of hardener-free epoxy-modified mortar panels / Mat. Struct. 2010. Vol. 43. P. 429 – 439. DOI: 10.1617/s11527-009-9578-8Jo Y., Do J. Hardening Properties of Epoxy-Modified Cement Composites Without Hardener / Polymers & Polymer Composites. 2016. Vol. 24. Issue 3. P. 195 – 204.Jo Y., Do J. Hardening Properties of Epoxy-Modified Cement Composites Without Hardener / Polymers & Polymer Composites. 2016. Vol. 24. Issue 3. P. 195 – 204.Łukowski P. Studies on the microstructure of Epoxy-Cement composites / Arch. Civil Eng. 2016. Vol. LXII. Issue 2. P. 100 – 111. DOI: 10.1515/ace-2015-0068Łukowski P. Studies on the microstructure of Epoxy-Cement composites / Arch. Civil Eng. 2016. Vol. LXII. Issue 2. P. 100 – 111. DOI: 10.1515/ace-2015-0068Starokadomsky D. L., Ishenko A. A. Epoxy Composites Filled with Gypsum (Alabaster G-5): A Possible Way to Strengthen, Stabilize, and Structure / In book: Composite Materials for Industry, Electronics, and the Environment. Research and Applications. — New York: Apple Academic Press, 2019. P. 25 – 43.Starokadomsky D. L., Ishenko A. A. Epoxy Composites Filled with Gypsum (Alabaster G-5): A Possible Way to Strengthen, Stabilize, and Structure / In book: Composite Materials for Industry, Electronics, and the Environment. Research and Applications. — New York: Apple Academic Press, 2019. P. 25 – 43.Данченко Ю. М., Попов Ю. В., Барабаш О. С. Влияние кислотно-основных свойств поверхности полиминеральных наполнителей на структуру и характеристики эпоксикомпозитов / Вопросы химии и химической технологии. 2016. Т. 3. Вып. 107. С. 53 – 60.Danchenko Yu. M., Popov Yu. V., Barabash O. S. Influence of acid-base properties of the surface of polymineral fillers on the structure and characteristics of epoxycomposites / Vopr. Khimii Khim. Tekhnol. 2016. Vol. 3. Issue 107. P. 53 – 60 [in Russian].Starokadomsky D. On Strengthening of Epoxy-Composites by Filling with Microdispersions of SiC, TiN, and Cement / In book: Composite Materials Engineering Modeling and Technology. — New York: Apple Academic Press, 2019. P. 49 – 60.Starokadomsky D. On Strengthening of Epoxy-Composites by Filling with Microdispersions of SiC, TiN, and Cement / In book: Composite Materials Engineering Modeling and Technology. — New York: Apple Academic Press, 2019. P. 49 – 60.Старокадомский Д. Л. Возможности создания огнехимстойких, термоупрочняемых и термопластифицируемых при 250 °C эпокси-композитных пластмасс с микродисперсиями SiC, TiN и цемента / Пластические массы. 2019. № 5 – 6. С. 40 – 43. DOI: 10.35164/0554-2901-2019-5-6-40-43Starokadomsky D. L. Possibilities of creating fire-resistant, heat-strengthened and thermoplasticizable at 250°C epoxy-composite plastics with microdispersions of SiC, TiN, and cement / Plast. Massy. 2019. N 5 – 6. P. 40 – 43. DOI: 10.35164/0554-2901-2019-5-6-40-43 [in Russian].Старокадомский Д. Л. Физико-механические свойства и микро/наноструктура эпоксидных композитов, наполненных гипсом, мелом и цементом / Композиты и наноструктуры. 2018. № 1. С. 39 – 51.Starokadomsky D. L. Physical and mechanical properties and micro/nanostructure of epoxy composites filled with gypsum, chalk and cement / Komposity Nanostr. 2018. N 1. P. 39 – 51 [in Russian].Старокадомский Д. Л. О влиянии содержания немодифицированного нанодисперсного кремнезема различной удельной поверхности на физико-механические свойства эпокси-полимерных композитов / Журнал прикладной химии. 2008. ¹ 12. С. 2045 – 2051.Starokadomsky D. L. About influence of non-modified nanosilica on physico-chemical properties of epoxy-polymer composites / Russ. J. Appl. Chem. 2008. Vol. 12. P. 2045 – 2051 [in Russian].Danchenko Y., Kachomanova M., Barabash Y. The acid-base interaction role in the processes of the filled diane epoxy resin structuring / Chemistry Chem. Technol. N 12(2). P. 188 – 195. DOI: 10.23939/chcht12.02.188Danchenko Y., Kachomanova M., Barabash Y. The acid-base interaction role in the processes of the filled diane epoxy resin structuring / Chemistry Chem. Technol. N 12(2). P. 188 – 195. DOI: 10.23939/chcht12.02.188Mostovoy A. S., Nurtazina A. S., Burmistrov I. N., Kadykova Y. A. Effect of Finely Dispersed Chromite on the Physicochemical and Mechanical Properties of Modified Epoxy Composites / Russ. J. Appl. Chem. 2018. Vol. 91. P. 1758 – 1766. DOI: 10.1134/S1070427218110046Mostovoy A. S., Nurtazina A. S., Burmistrov I. N., Kadykova Y. A. Effect of Finely Dispersed Chromite on the Physicochemical and Mechanical Properties of Modified Epoxy Composites / Russ. J. Appl. Chem. 2018. Vol. 91. P. 1758 – 1766. DOI: 10.1134/S1070427218110046Mostovoy A. S., Kurbatova E. A. Controlling the Properties of Epoxy Composites Filled with Brick Dust / Russ. J. Appl. Chem. 2017. Vol. 90. Issue 2. P. 267 – 276. DOI: 10.1134/S1070427217020173Mostovoy A. S., Kurbatova E. A. Controlling the Properties of Epoxy Composites Filled with Brick Dust / Russ. J. Appl. Chem. 2017. Vol. 90. Issue 2. P. 267 – 276. DOI: 10.1134/S1070427217020173Polovina O., Gorelov B., Gorb A., Nadtochiy A., Starokadomsky D., Kuryliuk V., Sigareva N. Epoxy filled with bare and oxidized multi-layered graphene nanoplatelets: a comparative study of filler loading impact on thermal properties / J. Mater. Sci. 2019. Vol. 54. P. 1 – 20. DOI: 10.1007/s10853-019-03523Polovina O., Gorelov B., Gorb A., Nadtochiy A., Starokadomsky D., Kuryliuk V., Sigareva N. Epoxy filled with bare and oxidized multi-layered graphene nanoplatelets: a comparative study of filler loading impact on thermal properties / J. Mater. Sci. 2019. Vol. 54. P. 1 – 20. DOI: 10.1007/s10853-019-03523Starokadomsky D., Reshetnyk M., Ishenko A. Filling with the Graphene Nanoplates as a Way to Improve Properties of Epoxy-Composites for Industrial and Geophysical Machinery / Am. J. Phys. Appl. 2017. Vol. 5(6). P. 120 – 125.Starokadomsky D., Reshetnyk M., Ishenko A. Filling with the Graphene Nanoplates as a Way to Improve Properties of Epoxy-Composites for Industrial and Geophysical Machinery / Am. J. Phys. Appl. 2017. Vol. 5(6). P. 120 – 125.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.