Определение степени отверждения термореактивных связующих методами ИК-спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии

На примере полимерных связующих трех классов (цианэфирного, эпоксидного и дифталонитрильного) проведено сравнение показателей степени отверждения, определенных с помощью ИК-спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), на различных стадиях отверждения. Показано, что значения степени отверждения, полученные методом ДСК, выше аналогичных ИК-показателей (разница в некоторых случаях превышает 25 %). При этом погрешность определения для связующих различной природы существенно зависит от применяемого метода. Так для дифталонитрильного связующего невозможно использовать метод ДСК для определения степени отверждения. Если ИК-спектроскопия (и другие спектроскопические методы) позволяет определять степень превращения компонентов, ничего не говоря о возможности протекания дальнейшей реакции, то метод ДСК характеризует сам процесс отверждения. Однако он не дает прямой возможности оценить конверсию компонентов. При анализе состояния полимерного связующего исследуемые показатели дополняют друг друга, поэтому в исследованиях необходимо использовать значения степени отверждения, полученные различными методами.

степень отверждения, инфракрасная спектроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, degree of cure, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry

1. Advanced fibre-reinforced polymer (FRP) composites for structural applications - Suite: Woodhead Publishing, 2013. - 906 p.

2. Каблов Е. H. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 - 33.

3. Каблов Е. Н. Контроль качества материалов - гарантия безопасности эксплуатации авиационной техники / Авиационные материалы и технологии. 2001. № 1. С. 3 - 8.

4. Хасков М. А. Сорбция воды нанокомпозитами на основе эпоксидной смолы и углеродные нанотрубок выше и ниже температуры стеклования полимерной матрицы / Труды ВИАМ. 2016. №6(42). Ст. 07.

5. Мурашов В. В. Определение физико-механических характеристик и состава полимерных композиционные материалов акустическими методами / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 465 - 475.

6. Tonogai S., Sakaguchi Y., Seto S. Curing behavior of two-step phenolics by solvent extraction / J. Appl. Polym. Sci. 1978. Vol. 22. P. 3225 - 3234.

7. Hirschl Ch., Biebl-Rydlo M., DeBiasio M., Mühleisen W., Neu-maier L., Scherf W., Oreski G., Eder G., Chernev B., Schwab W., Kraft M. Determining the degree of crosslinking of ethylenevinylacetate photovoltaic module encapsulants - a comparative study / Solar Energy Materials Solar Cells. 2013. Vol. 116. P. 203 - 218.

8. Durner J., Obermaier J., Draenert M., Ilie N. Correlation of the degree of conversion with the amount of elutable substances in nano-hybrid dental composites / Dental materials. 2012. Vol. 28. P. 1146 - 1153.

9. Dannenberg H., Harp W. Jr. Determination of cure and analysis of cured epoxy resins / Anal. Chem. 1956. Vol. 28. N 1. P. 86 - 90.

10. Moraes L., Rocha R., Menegazzo L., de Araujo E., Yukimitu K., Moraes J. Infrared spectroscopy: a tool for determination of the degree of conversion in dental composites / J. Appl. Oral. Sci. 2008. Vol. 16. N 2. P. 145 - 149.

11. Barton J., Buist G., Hamerton I., Howlin B., Jones J., Liu S. High temperature 1H NMR studies of epoxy cure: a neglected technique / Polym. Bull. 1994. Vol. 33. P. 215 - 219.

12. Neiss T. G., Vanderheiden E. J. Solution and solid-state NMR analysis of phenolic resin cure kinetics / Macromol. Symp. 1994. Vol. 86. P. 117-129.

13. Murphy P. D., Di Pietro R. A., Lund C. J., Weber W. D. Nitrogen-15 solid state NMR studies on the cure and degradation of polyimide films under temperature and humidity stress / Macromol. 1994. Vol. 27. N 1. P. 279 - 286.

14. Pianelli C., Devaux J., Bebelman S., Leloup G. The micro-Raman spectroscopy, a useful tool to determine the degree of conversion of light-activated composite resins / J. Biomed. Mater. Res. (Appl. Biomat.). 1999. Vol. 48. P. 675 - 681.

15. Pandita S., Wang L., Mahendran R., Machavaram V., Irfan M., Harris D., Fernando G. Simultaneous DSC-FTIR spectroscopy: Comparison of cross-linking kinetics of an epoxy/amine resin system / Thermochim. Acta. 2012. Vol. 543. P. 9 - 17.

16. Mousa A., Karger-Kocsis J. Cure characteristics of a vinyl ester resin as assessed by FTIR and DSC Techniques / Polym. Polym. Compos. 2000. Vol. 8. N 7. P. 455 - 460.

17. Антюфеева H. В., Алексашин В. М., Столянков Ю. В. Определение степени отверждения ПКМ методами термического анализа / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 3(36). С. 79 - 83.

18. Menczel J., Judovits L., Prime R., Bair H., Reading M., Swier S. Differential scanning calorimetry (DSC) / Thermal analysis of polymers: fundamentals and applications. - Hoboken: Wiley, 2009. P. 7 -239.

19. Prime R., Bair H., Vyazovkin S., Gallagher P., Riga A. Thermogravimetric analysis (TGA) / Thermal Analysis of Polymers: Fundamentals and Applications. - Hoboken: Wiley, 2009. P. 240 - 317.

20. Urbaniak M. A relationship between the glass transition temperature and the conversion degree in the curing reaction of the EPY epoxy system / Polimery. 2011. Vol. 56. N 3. P. 240 - 243.

21. Zaimova D., Bayraktar E., Dishovsky N. State of cure evaluation by different experimental methods in thick rubber parts / J. Achiev. Mater. Manufact. Eng. 2011. Vol. 44. N 2. P. 161 - 167.

22. Lionetto F., Maffezzoli A. Monitoring the cure state of thermosetting resins by ultrasound / Materials. 2013. Vol. 6. P. 3783 - 3804.

23. Lee H. L. The handbook of dielectric analysis and cure monitoring. - Boston: Lambient Technologies, 2014. P. 61 - 69.

24. Imazato S., McCabe J., Tarumi H., Ehara A., Ebisu S. Degree of conversion of composites measured by DTA and FTIR / Dental Materials. 2001. Vol. 17. P. 178- 183.

25. Антюфеева H. В., Комарова О. А., Павловский К. А., Алексашин В. М. Опыт применения калориметрического контроля реакционной способности препрега КМУ-11тр / Труды ВИАМ. 2014. № 2. Ст. 06.

26. Шимкин А. А., Пономаренко С. А., Мухаметов Р. Р. Исследование процесса отверждения дифталонитрильного связующего / Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89. № 2. С. 256 - 264.

27. Wang Q., Storm B., Houmeller L. Study of the isothermal curing of an epoxy prepreg by near-infrared spectroscopy / J. Appl. Polym. Sci. 2003. Vol. 87. P. 2295 - 2305.