Исследование влияния направления армирования на идентификацию релаксационных переходов влагонасыщенного углепластика марки ВКУ-25

Для исследования структурных параметров полимерных материалов применяют термодилатометрические методы анализа, однако в случае влагонасыщенных композиций возникают определенные трудности при их идентификации. В работе представлены результаты теплофизических испытаний образцов углепластика ВКУ-25 в исходном состоянии и после влагонасыщения. Показано, что термообработка материала влияет на регистрируемые значения температуры стеклования эпоксидной матрицы. При экспозиции образцов в воде или над ее поверхностью сорбат проникает в полимер с одной и той же скоростью, что подтверждается практически идентичными значениями водопоглощения при одинаковом времени экспозиции. Приведены оценки температурного коэффициента линейного расширения образцов в диапазоне 20 - 250 °C. Кроме того, выявлено, что температура стеклования пластифицированной полимерной матрицы зависит от направления армирования волокон. В случае влагонасыщенного углепластика при нагреве до 210 °С фиксировали формирование магистральных трещин преимущественно на границе раздела волокно - матрица. В сухом состоянии температура стеклования материала практически не зависела от скорости нагрева и составляла 176 - 177 °С. Для влагонасыщенных образцов она менялась значительно и описывалась полиномом 2-го порядка. После экспозиции углепластика в условиях повышенной температуры и влажности в полимерной матрице разделены два релаксационных перехода, соответствующие системам: эпоксидиановый олигомер - аминный отвердитель и полифункциональная смола - аминный отвердитель. Температура стеклования в первом случае составила 132, во втором — 159 °С. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых полимерных композиционных материалов.

1. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7 - 17.

2. Петрова А. П., Малышева Г. В. Клеи, клеевые связующие и клеевые препреги. — М.: ВИАМ, 2017. — 472 с.

3. Абелиов Я. А., Кириллов В. Н., Донской А. А. Исследование теплофизических характеристик систем на основе СКФ-26 / Каучук и резина. 1982. № 10. С. 15 - 17.

4. Кириллов В. Н., Аблекова З. П., Гудкова Г. К., Абелиов Я. А. Оптический дилатометр для определения линейного расширения волокон, пленочных и эластичных материалов в широком диапазоне температур / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1978. Т. 44. № 12. С. 1505 - 1506.

5. Odegard G., Bandyopadhyay A. Physical Aging of Epoxy Polymers and Their Composites / J. Polym. Sci. 2011. Vol. 49. P. 1695 -1716.

6. Заиков Г. Е. Почему стареют полимеры / Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6. № 12. С. 48 - 55.

7. Козлов П. В., Папков С. П. Физико-химические основы пластификации полимеров. — М.: Химия, 1982. — 224 с.

8. Каблов Е. Н., Старцев В. О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) / Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2. С. 47 - 58. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-47-58

9. Валевин Е. О., Мелехина М. И., Мараховский П. С. Исследование влагостойкости полимерных конструкционных стеклопластиков при лабораторных тепловлажностных испытаниях / Новости материаловедения. 2013. № 3. С. 1 - 10.

10. Валевин Е. О., Бухаров С. В., Мараховский П. С., Гуревич Я. М. Влияние тепловлажностного воздействия на полиизоциануратную матрицу / Научные труды (вестник) МАТИ. 2013. № 21(93). С. 19 - 24.

11. Христофоров Д. А., Клюшниченко А. Б., Старцев В. О. и др. Линейная дилатометрия полимеров и полимерных композиционных материалов / Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных конденсированных сред ЭМФ 2001. — Барнаул: АлтГУ, 2001. С. 186 - 194.

12. Николаев Е. В., Коренькова Т. Г., Шведкова А. К., Валевин Е. О. Исследование влияния температурных факторов на процесс старения новых композиционных материалов для мотогондолы двигателя / Труды ВИАМ. 2015. № 3. Ст. 1. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-3-12-12

13. Елисеев Ю. С., Крымов В. В., Колесников С. А., Васильев Ю. Н. Неметаллические композиционные материалы в элементах конструкций и производстве авиационных газотурбинных двигателей: учеб. пособ. для вузов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 386 с.

14. Углеродные конструкционные материалы: сб. науч. тр. — М.: Металлургия, 1984. — 112 с.