Совершенствование рецептурно-технологических параметров изготовления намоточных композитов на основе эпоксиангидридных матриц, армированных базальтовыми и стеклянными волокнами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат наук Самойленко Вячеслав Владимирович

• Самойленко Вячеслав Владимирович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Самойленко Вячеслав Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ НАМОТОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Типы связующих

1.1.1 Полиэфирные смолы

1.1.2 Эпоксидные смолы

1.1.3 Связующие на основе полиуретанов

1.1.4 Другие виды термореактивных связующих

1.2 Анализ и выбор связующего для композитов, изготавливаемых методом мокрой намотки

1.3 Эпоксидные связующие для изготовления армированных непрерывными волокнами композитов, получаемых методом мокрой намотки

1.4 Эпоксиангидридные связующие для намоточных композитов

1.4.1 Модификация эпоксидных связующих эпоксидными соединениями

1.4.2 Модификация низкомолекулярными каучуками

1.4.3 Модификация наполнителями

1.5 Объекты исследования

1.6 Методы исследования связующего

1.6.1 Определение технологических характеристик связующего

1.6.2 Определение характеристик отвержденного связующего

1.7 Экспериментальные исследования характеристик связующего

ГЛАВА 2 СТРУКТУРА СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН

2.1 Современные представления о структуре стекла

2.2 Стеклянные волокна как основа для получения композитов

2.3 Влияние условий получения на свойства стеклянных волокон

2.4 Природа прочности стеклянных волокон

2.5 Влияние температуры на прочность волокон

2.6 Влияние внешней среды на прочность волокон

4

11

15

16

19

20

23

29

30

36

37

38

2.7 Сорбция воды волокнами

2.8 Сорбция воды базальтовыми и стеклянными ровингами

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАГИ НА СВОЙСТВА ПЛАСТИКА

3.1 Изготовление однонаправленного композита

3.2 Испытания образцов композитов

3.2.1 Испытание на продольный изгиб

3.2.2 Определение прочности при межслойном сдвиге

3.2.3 Изучение теплофизических свойств композитов

3.3 Результаты экспериментальных исследований однонаправленных композитов, изготовленных на основе ровингов с разной влажностью

3.4 Межфазный слой в композитах

3.5 Влияние влаги на свойства неотвержденного связующего

3.6 Воздействие влаги на формирование свойств композита

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАМОТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1 Краткий обзор технологии намотки и оборудования

4.2 Конструкция намоточного станка

4.3 Система программного управления намоточным станком

4.4 Изготовление модельных образцов с разными параметрами намотки и определение их влияния на характеристики пластика

4.5 Промышленная реализация результатов научных исследований

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Описание изобретения к патенту Яи

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт использования результатов научных исследований

термомеханических свойств полимерных композиционных материалов

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт внедрения установки изготовления композитных изделий ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акт использования результатов научных исследований влияния рецептурно-технологических факторов на качество стеклопластиков

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование рецептурно-технологических параметров изготовления намоточных композитов на основе эпоксиангидридных матриц, армированных базальтовыми и стеклянными волокнами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационной работы. Полимерные композиционные материалы (ПКМ), армированные волокнами, благодаря уникальному сочетанию таких свойств, как высокая прочность, малая плотность, высокие электро- и теплоизоляционные свойства, стойкость в химически агрессивных средах, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Полимерный композит - это монолитный материал, который представляет собой высокопрочные волокна, связанные полимерной матрицей. Волокна определяют прочность и жесткость материала, матрица обеспечивает полноту реализации их механических свойств, а также температурное поведение, стойкость к воздействию факторов внешней среды. Нельзя забывать и о третьем компоненте, межфазном слое - границе раздела между волокном и связующим, поскольку часто это самое слабое место композита, где начинается его разрушение. Поэтому в работе сделан акцент на изучение всех трех составляющих композита.

Одним из наиболее распространенных компонентов в производстве пластиков являются эпоксидные связующие, обладающие необходимыми для переработки технологическими характеристиками и высокими эксплуатационными свойствами в отвержденном состоянии. Однако, композиты порой изготавливаются на связующих, в которых содержание отверждающих компонентов далеко от оптимального, что не позволяет реализовать в полной мере их ресурс. Как правило, стремление к улучшению свойств композитов осуществляется либо путем введения в состав связующих дополнительных модификаторов, либо заменой смол или отвердителей на более функциональные, что приводит к незначительному улучшению некоторых качественных характеристик при резком удорожании стоимости, которое не всегда оправдано. Поэтому выбор рецептурного состава является актуальной задачей, представляющей исследовательский и практический интерес.

Степень разработанности темы. Задачи по улучшению качественных характеристик полимерных композитов с развитием техники не теряют своей важно-

сти. В этой области работают многие научные коллективы: ВИАМ, ОНПП «Технология», НПО «Стеклопластик», АО НИИграфит, академические институты, образовательные учреждения и др. Одним из путей совершенствования ПКМ является применение базальтовых армирующих волокон. Основоположниками в изучении свойств базальтовых расплавов, волокон и материалов на их основе являлись советские ученые: М.С. Асланова, Г.Д. Андреевская, М.Ф. Махова, Г.Г. Джигирис и др. Начиная с 2010-х годов начался настоящий базальтовый бум, когда в течение нескольких последующих лет вышли более 150 публикаций в зарубежных изданиях по данной тематике. Значительная часть исследований в мире посвящена проблемам создания базальтокомпозитов, изучения их свойств и областей рационального применения. Поэтому задача сравнительного анализа базальтовых волокон с наиболее близкими по структуре и свойствам, широко применяемыми и уже хорошо изученными стекловолокнами, в настоящее время остается достаточно актуальной.

Следует отметить, что влиянию влаги, которая практически всегда в том или ином количестве присутствует на поверхности волокна, на формирование межфазного слоя и свойств композита в целом, не уделяется должного внимания. В связи с этим в работе изучались процессы сорбции водяного пара на поверхности стеклянных и базальтовых волокон, а также исследовалось влияние влажности ровингов на конечные свойства отвержденных композитов.

Актуальной остается задача совершенствования технологического процесса и оборудования для изготовления намоточных композитов, с использованием современных достижений компьютерной техники и систем программного управления.

Цель работы - повышение эксплуатационных свойств намоточных композитов из эпоксиангидридных связующих и непрерывных волокон за счет выявления научно-обоснованных закономерностей воздействия рецептурно-технологических факторов и применения их для совершенствования процесса изготовления изделий.

Задачи исследований

1. Исследовать реологические и реокинетические свойства эпоксиангид-ридного связующего в диапазоне допустимого варьирования содержания компонентов, и выработать рекомендации по составу связующего для обеспечения технологических свойств в процессе намотки композитов.

2. Определить области рецептурных составов связующего, обеспечивающие наилучшие физико-механические и теплофизические свойства отвержденной матрицы.

3. Исследовать влияние внешних условий среды на процессы сорбции воды на волокнах. Сравнить сорбционную способность базальтовых и стеклянных ро-вингов.

4. Оценить влияние воды, сорбированной на волокне, на формирование свойств композитов. Изучить характеристики композитов, изготовленных из ро-вингов, имеющих различную начальную влажность.

5. Провести сравнительные испытания свойств базальтопластиков и стеклопластиков, изготовленных в одних и тех же условиях.

6. Разработать оборудование для «мокрой» намотки композитов на базе современных компьютерных систем управления процессами, обеспечивающее стабильность технологических параметров.

7. Провести промышленную апробацию рецептурно-технологических рекомендаций на примере изготовления намоточных изделий различной структуры, с целью управления механическими свойствами для обеспечения требуемых характеристик.

Объектами исследования служили эпоксиангидридные связующие горячего отверждения, базальтовые и стеклянные непрерывные волокна, на основе которых были изготовлены намоточные полимерные композиты. Предметом исследования являлись технологические, физико-механические и термомеханические свойства эпоксидных связующих и образцы стекло- и базальтопластиков, а также технология намоточных композитов. В работе использовались физико-химические методы исследования состава, структуры исходных веществ и

свойств композиционных материалов на их основе. Применялись методы математического планирования экспериментов и обработки полученных данных.

Научная новизна

1. Определены области рецептурных составов эпоксиангидридного связующего с наилучшим набором свойств. Получены факторные диаграммы, отражающие совместное влияние отвердителя и ускорителя на технологические характеристики связующего и механические показатели отвержденного полимера, а также композитов на его основе.

2. Установлено наличие двух температур стеклования в высоконаполнен-ном однонаправленном композите, обусловленное отличием структуры полимера основной матрицы смолы и межфазного слоя. Температура стеклования межфазного слоя на 15-20 °С ниже, чем матрицы.

3. Установлена зависимость упруго-прочностных свойств композитов от влагосодержания используемых для их изготовления ровингов: при снижении содержания влаги на волокне прочность стабильно повышается, а модуль упругости изменяется незначительно и заметно увеличивается лишь при удалении влаги из внутренней структуры волокна.

4. Влияния влаги, сорбированной на волокне, либо ее отсутствие на формирование межфазного слоя и матрицы в композите не установлено, поскольку в процессе намотки происходит взаимодействие воды с компонентами связующего до момента формирования пространственно-сшитого полимера.

5. Установлено, что свойства базальтопластика и стеклопластика, изготовленных из ровингов с близкими характеристиками при одних и тех же условиях, сходны.

Практическая значимость

1. Изученные технологические характеристики эпоксиангидридного связующего и свойства отвержденного полимера в области допустимого варьирования компонентного состава, представленные в виде факторных диаграмм, позволяют более корректно и обоснованно организовать технологический процесс намотки, с обеспечением наиболее высоких характеристик изготавливаемых композитов.

2. Разработанная установка «мокрой» намотки композитов с числовым программным управлением, построенным на базе персонального компьютера, используется как для отработки технологических режимов, схем армирования, конструкции, так и для опытного изготовления изделий.

3. Конструктивные и технологические решения, элементы электрических схем, совместимость их с компьютером, настройка и отладка, а также программное обеспечение примененные в установке, могут быть использованы при разработке и усовершенствовании промышленных намоточных станков, или другого оборудования, где требуется программное управление, в т.ч. для 3-0 технологий.

4. Запатентованный способ испытаний намоточных изделий применен для определения прочности и модуля упругости в продольном и поперечном направлении полых образцов трубчатой формы (Патент № 2597811).

5. Созданы образцы намоточных изделий в виде труб, баллонов и пластин и проведена промышленная апробация разработанных рекомендаций, изготовлены и испытаны макеты труб из стекло- и базальтопластиков с различными схемами армирования, даны рекомендации для промышленного производства изделий из композитных материалов с повышенным модулем упругости и теплостойкостью.

Достоверность и обоснованность результатов, научных положений и выводов подтверждается данными, полученными с применением комплекса независимых и взаимодополняющих методов исследования, сопоставимостью и соответствием с данными экспериментально-теоретического характера других авторов, анализом погрешностей экспериментов по стандартным методикам, проведением государственной экспертизы при оформлении патента, непротиворечием полученных научных положений с основами физико-химии полимеров и композитов.

Положения, выносимые на защиту

1. Результаты исследований и рациональный выбор состава эпоксиангидрид-ного полимерного связующего посредством постановки экспериментов в соответствии с расширенной матрицей планирования двухфакторного центрального компо-

зиционного ортогонального плана второго порядка, представленные в виде факторных диаграмм.

2. Результаты аналитического и экспериментального исследования количественного и качественного состояния влаги на поверхности и в структуре стеклянного и базальтового волокна.

3. Результаты экспериментальных исследований однонаправленных стекло-и базальтопластиков, изготовленных на основе эпоксиангидридного связующего и ровингов, имеющих различное влагосодержание.

4. Результаты экспериментальных исследований температуры стеклования межфазного слоя и основной матрицы в композите.

5. Конструкция установки «мокрой» намотки с числовым программным управлением, построенная на базе персонального компьютера, обеспечивающая изготовление образцов композитов и изделий с требуемым набором характеристик.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 научных работ, в том числе 14 статей в рекомендуемых ВАК изданиях, из них 1 статья в зарубежном журнале, индексируемом системами Web of Science и Scopus, 1 патент РФ на изобретение.

Личный вклад автора заключается в анализе и обобщении доступной информации, постановке задач, выборе методов исследований, организации и проведении экспериментов, анализе и систематизации полученных результатов, разработке, отладке оборудования, программного обеспечения, подготовке публикаций.

Апробация работы. Материалы работы доложены на следующих конференциях: Всероссийской конференции, посвященная памяти В.В. Бахирева «Химия, технология и применение высокоэнергетических соединений», (г. Бийск, 2011 г), Х1 Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», (г. Бийск, 2012 г), VII, IX, X Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и

оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (г. Бийск, 2014, 2016, 2017).

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований СО РАН по приоритетному направлению У.49. «Фундаментальные исследования в области химии и материаловедения в интересах обороны и безопасности страны» по проектам У.49.1.2 «Фундаментально-поисковые исследования по созданию полимерных композиционных материалов, армированных базальтовыми волокнами, для намоточных изделий специального назначения» и «Фундаментальные основы создания современных полимерных композиционных материалов и разработки инновационных технологий изготовления изделий двойного назначения на их основе», а также федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (мероприятие 1.4 Программы), по проекту «Разработка опор из композитных материалов и технических решений для ультракомпактных высоковольтных линий (УКВЛ) на различные классы напряжений (35 кВ, 110 кВ)», соглашение № 14.582.21.0001, уникальный идентификатор КЕМББ158214Х0001.

Работа выполнена при использовании оборудования Бийского регионального центра коллективного пользования СО РАН (ИПХЭТ СО РАН, г. Бийск).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных результатов работы, списка литературы из 139 наименований, 4 приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 9 таблиц.

В работе использованы результаты научных исследований, полученные совместно с Блазновым А.Н., Татаринцевой О.С., Зиминым Д.Е., Ходаковой Н.Н., Угловой Т.К., Фирсовым В.В., Атясовой Е.В.

ГЛАВА 1 СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ НАМОТОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Как известно, высокопрочные полимерные композиты представляют собой систему армирующих волокон, связанных между собой клеящей средой - полимерной матрицей. Армирующий наполнитель, как правило, воспринимает механические нагрузки, определяя основные механические свойства изделия -прочность, жесткость, а полимерная матрица, находящаяся в межволоконном пространстве, фиксирует форму материала и служит для распределения механических напряжений между волокнами, определяет физико-химические и эксплуатационные характеристики изделия.

При создании полимерных композиционных материалов одной из важных задач является выбор или разработка полимерной матрицы (связующего), которая должна обеспечивать достижение максимальных прочностных характеристик композита и удовлетворять определенным технологическим и эксплуатационным требованиям, среди которых наиболее значимыми являются:

- хорошая смачивающая способность и адгезия к волокну;

- высокая когезионная прочность связующего;

- низкая вязкость и минимальные ее изменения в процессе технологической переработки (т.е. сохранение длительной жизнеспособности);

- контролируемое отверждение, без выделения летучих продуктов;

- низкая усадка при отверждении, не вызывающая образования микротрещин и пустот;

- монолитность, термостабильность и устойчивость полимерной структуры к агрессивным воздействиям после отверждения.

В настоящее время основную массу ПКМ получают на основе термореактивных сетчатых полимеров, обладающих высокими упруго-прочностными характеристиками, хорошей технологичностью и термостойкостью. К термореактивным, то есть отверждаемым в результате осуществления химических реакций,

относятся полиэфирные, эпоксидные, фенольные, фурановые, кремнийорганиче-ские полиимидные и другие смолы [1-5].

В последние десятилетия появились термопластичные полимеры, сочетающие высокие упруго-прочностные и термические свойства с большой деформа-тивностью. Однако вследствие высокой вязкости их расплавов термопластичные связующие чрезвычайно трудно совмещаются с наполнителем, что ограничивает их использование для получения ПКМ, армированных непрерывными волокнами.

Таким образом, термореактивные матрицы, обладая определенными преимуществами, как то: сравнительно низкая стоимость, хорошие технологические свойства (низкая вязкость, невысокая температура отверждения), хорошая адгезия к волокнам, возможность модификации с целью повышения тепло- и химической стойкости; получили наибольшее распространение в технологии ПКМ.

1.1 Типы связующих

1.1.1 Полиэфирные смолы

Полиэфирные смолы - ненасыщенные олигомеры (олигоэфиры), находят широкое применение в технике благодаря способности в результате отверждения образовывать нерастворимые и неплавкие продукты, как при нагревании, так и при комнатной температуре [1-8].

Ненасыщенные полиэфиры представляют собой линейные продукты поликонденсации двухосновных ненасыщенных и насыщенных кислот с двухатомными спиртами различного строения. Обычно получают ненасыщенные полиэфиры с молекулярной массой 500-3000, что соответствует степени поликонденсации 15-25. Такой полиэфир обладает хорошей растворимостью в винильных мономерах, позволяющей получать концентрированные растворы с вязкостью не выше 3000-5000 сПз.

Вторым необходимым компонентом полиэфирной смолы является мономер - растворитель, который играет двоякую роль. С одной стороны он снижает вязкость смолы до уровня, необходимого для переработки, с другой стороны мономер - растворитель активно участвует в сополимеризации с полиэфиром, обеспечивая приемлемую скорость полимеризации и высокую глубину отверждения материала (сами по себе полиэфиры отверждаются очень медленно). Чаще всего для этой цели используется стирол, который хорошо растворим, очень эффективен и дешев, однако имеет недостатки - токсичность и горючесть. Существуют также малотоксичные растворители, например нелетучий диметакрилат триэтиленгли-коля ТГМ-3 для марки ПН-609-21М.

Компонентом, необходимым для перевода полиэфирных смол из жидкого состояния в твердое, является инициатор отверждения - перекись или гидроперекись. При взаимодействии с ускорителем инициатор распадается на свободные радикалы, которые возбуждают цепной процесс полимеризации, превращая молекулы полиэфира также в свободные радикалы. Цепная реакция протекает с большой скоростью и с выделением большого количества тепла. Инициатор вводится в состав смолы непосредственно перед формованием.

Четвертым компонентом ненасыщеных полиэфирных смол является ускоритель (катализатор) отверждения, который (как было сказано выше) нужен для реакции с инициатором, в результате которой образуются свободные радикалы, инициирующие процесс полимеризации. Ускоритель может вводиться в состав полиэфиров как на стадии изготовления, так и непосредственно при переработке перед введением инициатора. Наиболее эффективными ускорителями для отверждения полиэфиров при комнатной температуре являются соли кобальта, в частности нафтенат и октоат кобальта, выпускаемые под торговыми марками НК и ОК соответственно.

На практике при формовании изделий в полиэфирные связующие могут вводиться добавки, несущие самые разнообразные функции и модифицирующих свойства исходных смол. К таким компонентам относятся порошковые наполни-

тели, вводимые с целью удешевления, снижения усадки, повышения огнестойкости, красители, пластификаторы, стабилизаторы и другие.

Одной из разновидностей полиэфирных смол являются винилэфирные смолы, объединяющие в себе превосходные физические свойства эпоксидных и фе-нольных систем. Существует два основных вида винилэфирных смол:

- смола на основе диглицидилового эфира бисфенола А.

- смола на основе новолачного эпоксифенола.

Винилэфиры предназначены, главным образом, для высококачественных применений, таких как изготовление химических емкостей и труб, оборудования для химической промышленности. Винилэфирные смолы очень дороги, поэтому их применение приемлемо только в случаях, когда их качества незаменимы.

Конструкционные материалы из отвержденных полиэфирных смол обладают достаточно высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой химической стойкостью, экологической безопасностью в процессе эксплуатации. Технология изготовления изделий из полиэфирных смол проста и дешева, т.к. полиэфирные смолы отверждаются при комнатной температуре без приложения давления, для изготовления изделий не требуются ни сложное громоздкое дорогостоящее оборудование, ни тепловая энергия. Полиэфирные смолы имеют, как правило, более низкую стоимость, чем эпоксидные.

К недостаткам этих смол следует отнести большую степень усадки при отверждении, достигающую 4.. .8 %, а также токсичность и огнеопасность стирола, который находится в смоле в качестве мономера-растворителя. Существуют марки смол, в которых стирол заменен на нелетучий малотоксичный растворитель, однако они значительно дороже, что сводит на нет одно из основных преимуществ - низкую стоимость.

Другим недостатком является горючесть. Эта проблема может быть решена путем введения в состав связующего порошковых наполнителей или химической модификацией хлорорганическими соединениями.

1.1.2 Эпоксидные смолы

Традиционным материалом для намоточных изделий с высокой прочностью и малой массой являются эпоксидные смолы. Выбор эпоксидных смол, а не более дешевых полиэфирных, обусловлен высокими эксплуатационными свойствами образующихся продуктов: механической прочностью, тепло- и химической стойкостью, лучшей адгезией к волокну, а также возможностью широкого варьирования этих свойств путем применения различных видов модификаторов [1-5]. Эпоксидные композиции считаются одними из лучших видов связующих для большинства волокнистых композитов.

Эпоксидные смолы представляют собой вещества, содержащие в молекуле трехчленные гетероциклы с одним атомом кислорода [9,10], которые, обладая высокой реакционной активностью, способны вступать во взаимодействие со многими органическими соединениями. Превращение из жидкого (или термопластичного) состояния в твердое, с формированием трехмерной сшитой структуры, без образования побочных продуктов, происходит при добавлении химически активного соединения-отвердителя [11-13].

Наиболее широкое распространение получили эпоксидные диановые (ЭД) смолы, синтезируемые на основе бисфенола А и эпихлоргидрина, которые составляют основную часть рынка эпоксидных соединений. Диановая смола представляет собой простой полиэфир с концевыми эпоксидными и вторичными гид-роксильными группами. С увеличение степени поликонденсации эпоксидные смолы из вязких продуктов превращаются в полутвердые и хрупкие материалы.

Класс эпоксидных соединений весьма широк, в промышленности находят применение следующие группы смол [14]:

- на основе ди- и полифенолов (эпоксиноволачные, как правило, высоковязкие, либо твердые, обладающие высокой термостабильностью);

- алифатические смолы и моноглицидные соединения (низковязкие продукты, хорошо совмещающиеся с большинством эпоксидных смол, снижают вязкость композиций и пластифицируют);

- аминоэпоксидные (невязкие продукты с высоким содержанием эпоксидных групп, в смеси с другими смолами улучшают теплостойкость, механические и адгезионные свойства);

- ациклические (позволяют получать жесткие полимеры с достаточно высокой теплостойкостью);

- олигоуретанэпоксиды (применяются для изготовления эпоксидных резин, имеют высокую стоимость);

- галогенсодержащие (содержат в цепи атомы галогенов, используются для создания негорючих и самозатухающих полимерных композиций).

На основе эпоксидных смол приготавливают препреги - полуфабрикаты при производстве армированных композитов, которые представляют собой пропитанные волокнистые наполнители (жгуты, ленты, ровинги, маты, ткани и др.) частично отвержденным связующим, которые при определенных условиях хранятся, и после формирования изделия подвергаются термоотверждению. Как правило, усадка при отверждении эпоксидной смолы меньше, чем у полиэфирных смол и составляет 1-5 %.

Для отверждения эпоксидных смол применяются алифатические и ароматические амины, ангидриды карбоновых кислот, кислоты Льюиса, смолы (фе-нолформальдегидные резольные, аминоформальдегидные и др.) [9,14].

В качестве катализаторов отверждения используются третичные амины, фенольные основания Манниха и их соли, имидазолы, а также различные кислоты Льюиса.

1.1.3 Связующие на основе полиуретанов

Полиуретаны - один из перспективных видов полимерных материалов, имеющих большое промышленное значение. К полиуретанам относятся высокомолекулярные соединения, макромолекула которых содержит незамещённую и/или замещённую уретановую группу -N(R)-C(O)O-. В основе синтеза полиуре-

танов лежит реакция ступенчатой полимеризации ди- или полиизоцианатов с соединениями, содержащими две или несколько гидроксильных групп.

Структуру и свойства полиуретанов можно менять в широких пределах путем подбора соответствующих исходных веществ. Они относятся к числу тех немногих полимеров, у которых можно направленно регулировать строение полимерных молекул, число и гибкость поперечных связей. Это дает возможность получать технически ценные материалы - каучуки и резины, герметики и заливочные компаунды, синтетические волокна, жесткие и эластичные пенопласты, клеи и покрытия, пластические массы [15].

Для получения полиуретана, как правило, необходимы три основных компонента: диизоцианат, олигодиол и удлинитель цепи или сшивающий агент. В качестве изоцианатов используются толуилендиизоцианат, известный как ТДИ (2,4- и 2,6-изомеры или их смеси), 4,4'-дифенилметандиизоцианат, известный как МДИ, полиизоцианаты, и др. В качестве олигодиолов на практике в основном применяют простые и сложные олигоэфиргликоли. Для удлинения и структурирования цепей применяются гидроксилсодержащие вещества, а также катализаторы. Эти агенты определяют молекулярную массу полиуретанов, густоту вулка-низационной сетки и строение поперечных химических связей, то есть комплекс свойств полиуретанов и их назначение (пенопласты, волокна, эластомеры и т.д.).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Самойленко Вячеслав Владимирович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Любин, Дж. Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. Кн. 1. / Дж. Любин. - пер. с англ. А.Б. Геллера и др.; под ред. Б.Э. Геллера. - М.: Машиностроение, 1988. - 448 с.

2 Николаев, А.Ф. Технология полимерных материалов: учебное пособие / А.Ф. Николаев, В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов и др.; под общ. ред. В.К. Кры-жановского. - СПб. : Профессия, 2008. - 544 с.

3 Андреевская, Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики / Г.Д. Андреевская. - М.: Наука, 1966. - 368 с.

4 Киселев, Б.А. Стеклопластики / Б.А. Киселев. - М.: Госхимиздат, 1961. -240 с.

5 Михайлин, Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике / Ю.А. Михайлин. - СПб.: Научные основы и технологии, 2013. - 720 с.

6 Седов, Л.Н. Ненасыщенные полиэфиры / Л.Н. Седов, Э.В. Михайлова. -М.: Химия, 1977. - 232 с.

7 Бениг, Г. Ненасыщенные полиэфиры. Строение и свойства / Г. Бениг. - пер. с англ. З.В. Михайлова; под ред. Л.Н. Седова. - М.: Химия, 1968. - 254 с.

8 Григорьев, А.П. Лабораторный практикум по технологии пластических масс: в двух частях; ч. II. Поликонденсационные и химически модифицированные пластические массы: учеб. пособие для химико-технол. вузов / А.П. Григорьев, О.Я. Федотова. - М.: Высшая школа, 1977. - 264 с.

9 Мошинский, Л. Эпоксидные смолы и отвердители / Л. Мошинский. - Тель-Авив: Аркадия пресс Лтд, 1995. - 370 с.

10 Ли, Х. Справочное пособие по эпоксидным смолам. / Х. Ли, К. Невилл. -М.: Энергия, 1973. - 415 с.

11 Пакен, А.М. Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы / А.М. Пакен. -пер. с нем.; под ред. Л.С. Эфроса. - Л.: Госхимиздат, 1962. - 963 с.

12 Чернин, И.З. Эпоксидные полимеры и композиции / И.З. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. - М.: Химия, 1982. - 230 с.

13 Jina, F-L. Synthesis and application of epoxy resins: A review / Fan-Long Jina,

Xiang Li, Soo-Jin Park // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2015. - V. 29. - P. 1-11.

14 Эпоксидные смолы и полимерные материалы на их основе. Каталог. -Черкассы, 1989. - 26 с.

15 Липатов, Ю.С. Структура и свойства полиуретанов / Ю.С. Липатов, Ю.Ю. Керча, Л.М. Сергеева. - Киев: Наукова думка, 1970. - 279 с.

16 TSE-EcoWIND® T211 Filament Winding Polyurethane Resin for Tanks and Pressure Vessels. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.tse-industries.com/sites/default/files/data-msds-brochures/TSE-EcoWind%20T211 %20Technical%20Data%20 Sheet.pdf

17 Михайлин, Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы / Ю.А. Михайлин.- СПб.: Профессия, 2008. - 822 с.

18 Михайлин, Ю.А. Требования к матрицам полимерных композиционных материалов: учебное пособие / Ю.А. Михайлин. - Уфа: УГАТУ, 1996. - 70 с.

19 Сидоров, О.И. Исследование реокинетики отверждения эпоксидных связующих / О.И. Сидоров, Ю.М. Милехин // Пластические массы. - 2013. - № 9. -С. 14-17.

20 Сидоров, О.И Создание теплостойких связующих для полимерных композиционных материалов/ О.И. Сидоров, Ю.М. Милехин // Пластические массы. -2008. - № 9. - С. 4-14.

21 Гусев, С.А. Технологические особенности изготовления толстостенного органопластика методом намотки / С.А. Гусев, В.В. Соколов, О.И. Сидоров, Г.В. Лункина, В.Ю. Гусев // Пластические массы. - 2016. - № 9-10. - С. 57-59.

22 Наумкин, Н.С. Разработка оптических методов исследования структуры эпоксидного полимера: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 01.04.01 / Наумкин Николай Сергеевич. - Красноярск, 2013. - 22 с.

23 Пат. РФ 2078093. Эпоксидная композиция / В.А. Лапицкий; В.Н. Юткин; Е.Ю. Гриненко, приоритет от 14.02.1995 г., опубл. 27.04.1997.

24 Ауэзова, Г.А Отверждение эпоксидиановой смолы ЭД-20 диангидридами ациклических тетракарбоновых кислот / Г.А. Ауэзова, Д.А. Биримжанова // Вест-

ник КазНТУ. Химия, металлургические науки. - 2005. - №3. - С. 77-80.

25 Сырманова, К.К. Особенности отверждения эпоксидных олигомеров кси-литана ангидридами ди- и тетракарбоновых кислот: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.06 / Сырманова Кулаш Керимбаевна. - Алма-Ата, 1984. - 133 с.

26 Mauri, A.N. Kinetic Model for Gelation in the Diepoxide-Cyclic Anhydride Copolymerization Initiated by Tertiary Amines / A.N. Mauri, N. Galego, C.C. Riccardi, R.J.J. Williams // Macromolecules. - 1997. - V. 30. - Р. 1616-1620.

27 Tao, Q. Effect of functionalized kaolinite on the curing kinetics of cycloaliphat-ic epoxy/anhydride system / Qi Tao, Linna Su, Ray L. Frost, Hongping He, Benny K.G. Theng // Applied Clay Science. - 2014. - V. 95. - P. 317-322.

28 Пат. РФ № 2134259 N,n-диметиламинометилированные ароматические основания Шиффа в качестве ускорителя отверждения эпоксидных смол и способ их получения/ Тимофеев В.П., Ниязов Н.А., Джемелев У.М., Матросова Л.В., Сурков В.Д., приоритет от 13.08.1997 г., опубл. 10.08.1999.

29 Пат. РФ № 2161603. Бис-n,n-диметиламинометилированные ароматические основания Шиффа и способ их получения / Ниязов Н.А. Тимофеев В.П., приоритет от 01.10.1998 г., опубл. 10.01.2001.

30 Пат. РФ 2189997. Эпоксидная композиция / Ушаков А.Е.; Поляков Д.К.; Сорина Т.Г.; Коробко А.П.; Пенская Т.В.; Хайретдинов А.Х.; Кленин Ю.Г., приоритет от 22.01.2001 г., опубл. 27.09.2002.

31 Пат. РФ № 2252229. Эпоксидная композиция / Поляков Д.К., Коробко А.П., Ушаков А.Е., Сорина Т.Г., Пенская Т.В., Хайретдинов А.Х., Кленин Ю.Г., приоритет от 25.03.2003 г., опубл.: 20.05.2005.

32 Flores, H.A. On the cure kinetics modeling of epoxy-anhydride systems used in glass reinforced pipe production / Hugo Alejandro Flores, Laura Alejandra Fasce, Carmen Cristina Riccardi // Thermochimica Acta. - 2013. - V. 573. - P. 1-9.

33 Kim, H. Enhancement of Thermal and Physical Properties of Epoxy Composite Reinforced with Basalt Fiber / Hodong Kim // Fibers and Polymers. - 2013. - V.14. No.8. - P. 1311-1316.

34 Zhou, Z. Thermal characterizations of multifunctional epoxy/anhydride systems

used for pultruded composite ropes / Zhengwei Zhou, Aijun Li, Ruicheng Bai, Jinliang Sun // J Therm Anal Calorim. - 2013. - V. 114 - P. 147-151.

35 Fan, M. Curing behaviors and properties of an extrinsic toughened epoxy/anhydride system and an intrinsic toughened epoxy/anhydride system / Mengjin Fan, Jialin Liu, Xiangyuan Li, Jue Cheng, Junying Zhang // Thermochimica Acta. -2013. - V. 554. - P. 39-47.

36 Энциклопедия эпоксидных материалов. Активные разбавители [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://all-epoxy.ru/tablizi/akt-razbav.htm.

37 Жаворонок, Е.С. Влияние природы и функциональности эпоксидных оли-гомеров на реокинетику их отверждения / Е.С. Жаворонок, А.Е. Чалых, Е.Ф Колесникова // Пластические массы. - 2013. - №4. - С. 16-20.

38 Жорова, Ю.В. Реактопласты с регулируемой инверсией высокоэластической деформативности: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.17.06 / Жорова Юлия Викторовна. - СПб, 2013. - 20 с.

39 Буй Дык Мань. Разработка композиционных материалов на основе эпоксиуретановых олигомеров с улучшенными эксплуатационными свойствами: дисс. ... канд. техн. наук : 05.17.06 / Буй Дык Мань. - М., 2014. - 140 с.

40 Жаворонок, Е.С. Особенности отверждения смесей дианового и алифатического эпоксидных олигомеров с различной реакционной способностью/ Е.С. Жаворонок, И.Н. Сенчихин, Е.Ф. Колесникова, А.Е. Чалых, М.Р. Киселев, В.И. Ролдугин // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. - 2010. - Т. 52, № 4. - С. 706-714.

41 Зайцев, Ю.С. Эпоксидные олигомеры и клеевые композиции / Ю.С. Зайцев, Ю.С. Кочергин, М.К. Пактер, Р.В. Кучер. - Киев: Наукова думка, 1990. -200 с.

42 Амиров, Р.Р. Механические и теплофизические свойства эпоксидных полимеров, модифицированных уретановыми каучуками [Электронный ресурс] / Р.Р. Амиров, К.А. Андрианова, Л.М. Амирова, А.В. Герасимов // Бутлеровские сообщения. - 2012. - Т.31. №8. - С. 61-65. Режим доступа: https://butlerov.com/files/reports/2012/vol31/8/61/61-65.pdf.

43 Flores, M. Efficient impact resistance improvement of epoxy/anhydride thermosets by adding hyperbranched polyesters partially modified with undecenoyl chains / Marjorie Flores, Xavier Fer^ndez-Francos, Francesc Ferrando, Xavier Ramis, Аngels Serra // Polymer. - 2012. - V. 53. - P. 5232-5241.

44 Foix, D. Combined use of sepiolite and a hyperbranched polyester in the modification of epoxy/anhydride coatings: A study of the curing process and the final properties / D. Foix, M.T. Rodraguez, F. Ferrando, X. Ramis, A. Serra // Progress in Organic Coatings. - 2012. - V. 75. - P. 364-372.

45 Acebo, C. Effect of hydroxyl ended and end-capped multiarm star polymers on the curing process and mechanical characteristics of epoxy/anhydride thermosets / Cristina Acebo, Annamaria Picardi, Xavier Fernandez-Francos, Silvia De la Flor, Xavier Ramis, Аngels Serra // Progress in Organic Coatings. - 2014. - V. 77. - P. 1288-1298.

46 Rohde, B.J. Concurrent curing kinetics of an anhydride-cured epoxy resin and polydicyclopentadiene / Brian J. Rohde, Megan L. Robertson, Ramanan Krishnamoorti // Polymer. - 2015. - V. 69. - P. 204-214.

47 Рудакова, Е.В. Исследование физико-механических свойств эпоксидных покрытий, модифицированных жидкими каучуками с концевыми карбоксильными группами / Е.В. Рудакова, А.Л. Ковжина, Н.З. Евтюков, Л.Н. Машляковский, А.И. Твердов, Ж.А. Отвалко, С.Е. Фомин, Е.С. Ушакова // Журнал прикладной химии. - 2013. - Т. 86. Вып. 11. - С. 1812-1818.

48 Пат. РФ № 2228346. Полимерная композиция для защитно-декоративных покрытий / Черняков А.В., Богомолова О.В., Варыгин В.Н., Демин В.А., Сидоренко Н.А. - приоритет от 03.05.2003 г., опубл. 05.10. 2004.

49 Пат. РФ № 2381905 Стержень для армирования бетона и способ его изготовления / Проскурякова Е.Г., Шведчиков А.А., Лернер Я.Л. Бурдин И.В. - приоритет от 25.04.2008 г., опубл. 20.02.2010.

50 Пат. РФ №2355722. Эпоксидная композиция для стеклопластиков, приоритет от 10.07.2008 г., опубл. 20.05.2009 г.

51 Кац, Г.С. Наполнители для полимерных композиционных материалов: справочное пособие/ Г.С. Кац, Д.В. Милевски. - пер. с англ. - М.: Химия, 1981. -

736 с.

52 Липатов, Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров/ Ю.С. Липатов. - М.: Химия, 1991. - 356 с.

53 Винг Май. Полимерные нанокомпозиты / Май Винг. - под. Ред. Ю-Винг Май, Жонг-Жен Ю. М. - Техносфера, 2011 г.- 688 с.

54 Корохин, Р.А. Волокнистые композиционные материалы на основе эпоксидных матриц, модифицированных частицами различной природы: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 02.00.06 / Корохин Роман Андреевич. - М., 2013. - 20 с.

55 Васильева, А. А. Повышение прочностных характеристик однонаправленных базальтопластиков модификацией эпоксидного связующего силикатными наночастицами : дисс. ... канд. техн. наук : 05.17.06 / Васильева Алина Анатольевна. - Барнаул, 2013. - 137 с.

56 Mohanty, A. Effect of Alumina Nanoparticles on the Enhancement of Impact and Flexural Properties of the Short Glass/Carbon Fiber Reinforced Epoxy Based Composites / Akash Mohanty, V.K. Srivastava // Fibers and Polymers. - 2015. -Vol.16. - No.1. - P.188-195.

57 Татаринцева, О.С. Влияние модификации на технологические и механические свойства эпоксиангидридного связующего / О.С. Татаринцева, Д.Е Зимин, В.В Самойленко // Механика композиционных материалов и конструкций. -2015. - Т. 21. - № 4. - С. 489-500.

58 Зимин, Д.Е. Влагоперенос в базальтопластиках на основе модифицированного силикатными наночастицами эпоксиангидридного связующего / Д.Е. Зимин, Н.Н. Ходакова, Т.К. Углова, В.В. Самойленко, А.Н. Блазнов // Ползуновский вестник. - 2015. - № 3. - С. 8-11.

59 Сапронов, А. Исследование теплофизических свойств эпоксикомпозитов, наполненных наночастицами [Электронный ресурс] / А. Сапронов, Н. Букетова, А. Лещенко // Наноиндустрия. - 2016. - № 4. - С. 98-103. Режим доступа: http://www.nanoindustry.su/files/article_pdf/5/article_5353_506.pdf .

60 Корохин, Р.А. Физико-механические свойства дисперсно-наполненных эпоксидов / Р.А. Корохин, В.И. Солодилов, Ю.А. Горбаткина, А.В. Отегов // Пла-

стические массы. - 2013. - №4. - С. 37-41.

61 Yang, Y. Thermal aging of an anhydride-cured epoxy resin / Yongming Yang, Guijun Xian, Hui Li, Lili Sui // Polymer Degradation and Stability. - 2015. - V. 118. -P. 111-119.

62 Lu, Z. Effects of exposure to elevated temperatures and subsequent immersion in water or alkaline solution on the mechanical properties of pultruded BFRP plates / Zhongyu Lu, Guijun Xian, Hui Li // Composites Part B. - 2015. - V. 77. - P. 421-430.

63 Углова, Т.К. Вязкостные свойства и реокинетика эпоксиангидридных связующих намоточного назначения / Т.К. Углова, Н.Н. Ходакова, А.Н. Блазнов, В.В. Самойленко, В.В. Фирсов, Д.Е Зимин // Ползуновский вестник. - 2016. - № 4.- Т.1 - С. 200-203.

64 Ходакова, Н.Н. Оптимизация рецептуры эпоксидного связующего для ба-зальтопластиковых намоточных изделий / Н.Н. Ходакова, В.В. Самойленко, Д.Е. Зимин, Т.К. Углова, В.В. Фирсов, А.Н. Блазнов // Ползуновский вестник. -2016. - № 4.- Т.1 - С. 195-199.

65 Lu, Z. Effects of elevated temperatures on the mechanical properties of basalt fibers and BFRP plates / Zhongyu Lu, Guijun Xian, Hui Li // Construction and Building Materials. - 2016. - V. 127. - P. 1029-1036.

66 Eichhorn, S. Handbook of Textile Fibre Structure. Volume 2: Natural, Regenerated, inorganic and Specialist Fibres / S. Eichhorn, J.W.S. Hearle, M. Jaffe, T. Kiku-tani. - Woodhead Publishing. 2009. - 536 p.

67 Lebedev, A.A. On the Polymorphism and Annealing of Glass / A.A. Lebedev // Tr. Gos. Opt. Inst. - 1921. - V. 2. - № 10. - Р. 1-20.

68 Шишаков, Н.А. Вопросы структуры силикатных стекол / Н.А. Шишаков. -М.: Изд-во Академии наук СССР, 1954. - 192 с.

69 Zachariasen, W.H. The atomic arrangement in glass / W.H. Zachariasen // J. Am. Chem. Soc. - 1932. - V. 54. - № 10. - Р. 3841-3851.

70 Аппен, А. А. Химия стекла / А. А. Аппен. - М.: Химия, 1970. - 351 с.

71 Джигирис, Д.Д. Основы производства базальтовых волокон и изделий / Д.Д. Джигирис, М.Ф. Махова. - М.: Теплоэнергетик, 2002. - 412 с.

72 Татаринцева, О.С. Изоляционные материалы из базальтовых пород, полученных индукционным способом : дисс. ... д-ра техн. наук : 05.23.05 / Татаринцева Ольга Сергеевна. - Бийск, 2006. - 272 с.

73 Кузьмин, К.Л. Влияние химического состава и поверхностной модификации на механические свойства алюмосиликатных волокон : дисс. .канд. хим. наук : 02.00.21 / Кузьмин Константин Львович. - М., 2017. - 148 с.

74 Tatarintseva, O.S. Dependence of the viscosity of basalt melts on the chemical composition of the initial mineral material / O.S. Tatarintseva, N.N. Khodakova, T.K. Uglova // Glass and Ceramics. - 2012. - V. 68. - № 9-10. - P. 323-326.

75 Tatarintseva, O.S. Effect of iron oxides on the proneness of synthesized basaltic metals toward fiber formation / O.S. Tatarintseva, N.N. Khodakova, T.K. Uglova // Glass and Ceramics. - 2012. - V. 69. - № 1-2. - P. 71-74.

76 Дуброво, С.К. Стекло для лабораторных изделий и химической аппаратуры / С.К. Дуброво. - М., Л.: Наука, 1965. - 108 с.

77 Асланова, М.С. Стеклянные волокна / М.С. Асланова, Ю.И. Колесов, В.Е. Хазанов и др.; под ред. М.С. Аслановой. - М.: Химия, 1979. - 256 с.

78 Непрерывное стеклянное волокно, основы технологии и свойства / под ред. М.Г. Черняка. - М.: Химия, 1965. - 320 с.

79 Ходакова, Н.Н. Влияние условий получения базальтовых стекол на их структуру и свойства / Н.Н. Ходакова, О.С. Татаринцева, В.В. Самойленко // Пол-зуновский вестник. - 2014. - № 4-2. - С. 148-153.

80 Tatarintseva, O.S. Effect of production conditions of basalt glasses on their physico-chemical properties and drawing temperature range of continuous fibers/ O.S. Tatarintseva, N.N. Khodakova // Glass Physics and Chemistry. - 2012. - V. 38. -№ 1. - P. 89-95.

81 Смирнов, Л.Н. Механика формирования базальтовых непрерывных волокон при фильерном способе их получения / Л.Н. Смирнов, В.Ю Кошелев // В сб.: Базальтоволокнистые материалы. - М.: Информконверсия, 2001. - С. 5-34.

82 Стеклообразное состояние. Труды третьего всесоюзного совещания, Ленинград 16-20 ноября 1959. - Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1960. - 534 с.

83 Новиков, С.Н. Механизм эффекта Ребиндера при разрушении алюмоборо-силикатного стекловолокна в атмосфере паров воды / С.Н. Новиков // Ж.Ф.Х. -1999. - Т.73. - №8. - С.1452-1459.

84 Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость/ С. Грег, К. Синг: Пер. с англ., 2-е изд.- М.: Мир, 1984. - 306 с.

85 Айлер, Р. Химия кремнезема/ Р. Айлер: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. -Ч.2. - 712 с.

86 Barthel, A.J. Surface chemistry dependence of water adsorption on solid substrates in humid ambient and humidity effects on wear of copper and glass surfaces /

A.J. Barthel, S.H. Kim // Tribology - Materials, Surfaces & Interfaces. - 2013. - V.7 № 2. - P. 63-68.

87 Гагарин, В.Г. Сорбция водяного пара материалами теплоизоляционных плит производства ООО «УРСА Евразия» / В.Г. Гагарин, И.А. Мехнецов, Ю.Ю. Ивакина // Строительные материалы. - 2007. - № 10. - С. 50-53.

88 Самойленко, В.В. Температурная устойчивость базальтовых волокон /

B.В. Самойленко, В.В. Фирсов // Строительные материалы. - 2011. - № 2. - С. 20-22.

89 Татаринцева, О.С. Влияние термообработки на кристаллизацию волокон и свойства базальтовой ваты / О.С. Татаринцева, Т.К. Углова, В.В. Самойленко, В.В. Фирсов // Ползуновский вестник. - 2011. - № 4-1. - С. 160-164.

90 Рыбин, В.А. Физико-химическое исследование базальтового волокна с защитными щелочестойкими покрытиями: дисс. .канд. хим. наук : 02.00.21 / Рыбин Вячеслав Андреевич. - Новосибирск, 2016. - 143 с.

91 Зимин, Д.Е. Армированный базальтовыми волокнами полимерный композиционный материал с повышенной тепло- и химической стойкостью: автореф. дис. ...канд. техн. наук : 05.17.06/ Зимин Дмитрий Евгеньевич. - Бийск, 2009. - 24 с.

92 Татаринцева, О.С. Роль поверхностных явлений на границе раздела наполнитель-связующее в формировании механических характеристик пластиков/ О.С. Татаринцева, Д.Е. Зимин, Н.Н. Ходакова // Пластические массы. - 2013.

- №1. - С. 47-50.

93 Dhand, V. A short review on basalt fiber reinforced polymer composites/ V. Dhand, G. Mittal, K. Y. Rhee, S.-J. Park, D. Hui // Composites: Part B. - 2015. -V.73. - P. 166-180.

94 Fiore, V. A review on basalt fibre and its composites / V. Fiore, T. Scalici, G. Di Bella, A. Valenza // Composites: Part B. - 2015. - V. 74. - P. 74-94.

95 Lopresto, V. Mechanical characterisation of basalt fibre reinforced plastic / V. Lopresto, C. Leone, I. De Iorio // Composites: Part B. - 2011. - V. 42. - P. 717-723.

96 Wang, X. Creep strain control by pretension for basalt fiber-reinforced polymer tendon in civil applications / X. Wang, J. Shi, Z. Wua, Z. Zhu // Materials and Design.

- 2016. - V. 89. - P. 1270-1277.

97 Wei, B. Tensile behavior contrast of basalt and glass fibers after chemical treatment / B.Wei, H. Caoa, S. Song // Materials and Design - 2010. - V. 31. - P. 4244-4250.

98 Блазнов, А.Н. Методы механических испытаний композиционных стержней: монография / А.Н. Блазнов, В.Ф. Савин, Ю.П. Волков, А.Я. Рудольф, О.В. Старцев, В.Б. Тихонов; под ред. А.Н. Блазнова, В.Ф. Савина. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2011.- 314 с.

99 Арнаутов, А.К. Продольный изгиб как метод определения изгибной прочности композиционных материалов / А.К. Арнаутов, Ю.М. Тарнопольский // Механика композиционных материалов. - 2004. - Т. 40. - №1. - С. 25-42.

100 Блазнов, А.Н. Исследование механических свойств стеклопластиковых стержней методом продольного изгиба / А.Н. Блазнов, В.Ф. Савин, А.Н. Луговой, Ю.П. Волков, А.И. Хе // Механика композиционных материалов и конструкций. -2004. - Т. 10. - №4. - С. 499-516.

101 Блазнов, А.Н. Устройства и методы для изучения механических свойств анизотропных стеклопластиковых стержней: дисс. ... д-ра.техн.наук / Блазнов Алексей Николаевич. - Барнаул, 2009. - 404 с.

102 Пат. РФ № 2451281. Способ определения механических характеристик стержней из полимерных композиционных материалов и устройство для его реа-

лизации (варианты) / Рудольф А.Я., Поздеев С.П., Савин В.Ф., Луговой А.Н., Блазнов А.Н., Старцев О.В., Тихонов В.Б., Локтев М.Ю.: заявка № 2010139689/28 от 27.09.2010; опубл. 20.05.2012; бюл. №14.

103 Атясова, Е.В. Оптимизация рецептурно-технологических параметров, обеспечивающих максимальную теплостойкость полимерных композитов, определяемую усовершенствованными методами термомеханических испытаний: дисс. ...канд. техн. наук: 05.17.06 / Атясова Евгения Владимировна. - Бийск, 2016. - 120 с.

104 Самойленко, В.В. Исследование теплостойкости полимерных композитов на основе эпоксидных матриц / В.В. Самойленко, Е.В. Атясова, А.Н. Блазнов, Д.Е. Зимин, О.С. Татаринцева, Н.Н. Ходакова // Ползуновский вестник. - 2015. -№ 4. - Т. 1. - С. 131-135.

105 Blaznov, A.N. Thermomechanical characterization of BFRP and GFRP with different degree of conversion / A.N. Blaznov, E.V. Atyasova, I.K. Shundrina, V.V. Samoilenko, V.V. Firsov, A.S. Zubkov // Polymer Testing. - 2017. - Т. 60. - P. 49-57.

106 Пенкина, Е.В. Исследование влияния рецептуры связующего на теплостойкость / Е.В. Пенкина, Е.В. Атясова, В.В. Самойленко, А.Н. Блазнов, И.В. Ро-гальский // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы 7-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с Международным участием (21-23 мая 2014 г., г. Бийск). Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2014. - С. 183-187.

107 Атясова, Е.В. Исследование теплостойкости полимерных композиций / Е.В. Атясова, А.Н. Блазнов, Е.А. Пенкина, В.В. Самойленко, А.Н. Атясов // IV Всероссийская научно-практическая конференция молодых учёных и специалистов: Материалы и технологии XXI века (9-11 сентября 2015 г., г. Бийск). -Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2015. - С. 46-49.

108 Блазнов, А.Н. Влияние степени отверждения связующего на температуру стеклования композитных материалов [Электронный ресурс] / А.Н. Блазнов, Е.В. Атясова, Н.В. Бычин, И.К. Шундрина, Н.Н. Ходакова, В.В. Самойленко/

Южно-сибирский научный вестник. - 2016. - № 1(13). - С. 13-20.

109 Берлин, А.А. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) / А.А. Берлин // Соросовский образовательный журнал. - 1995. - №1. -С. 57-65

110 Берлин, А.А. Основы адгезии полимеров / А.А. Берлин, В.Е. Басин. - М.: Химия, 1973. - 302 с.

111 Кулезнев, В.Н. Химия и физика полимеров: Учеб. для хим.-технол. вузов / В.Н. Кулезнев, В.А. Шершенев. - М.: Высш. шк., 1998. - 312 с.

112 Karger-Kocsis, J. Recent advances in fiber/matrix interphase engineering for polymer composites / Jуzsef Karger-Kocsis, Haroon Mahmood, Alessandro Pegoretti // Progress in Materials Science.- 2015 - V. 73. - P. 1-43.

113 Горбаткина, Ю.А. Адгезионная прочность в системах полимер-волокно/ Ю.А. Горбаткина. - М.: Химия, 1987. - 192 с.

114 Армированные пластики - современные конструкционные материалы / Э.С. Зеленский, А.М. Куперман, Ю.А. Горбаткина, В.Г. Иванова-Мумжиева, А.А. Берлин // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева).- 2001. -Т. XLV. - № 2. - С. 56-74.

115 Кобец, Л П. Кинетика пропитывания углеродных и арамидных волокон жидкостями / Л.П. Кобец // Пластические массы. - 2007. - № 9. - С.18-24.

116 Воробей, В.В. Основы проектирования и технология свехлегких композитных баллонов высокого давления / В.В. Воробей, В. Б Маркин. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2014. - 227 с.

117 Баженов, С.Л. Полимерные композиционные материалы. Прочность и технология / С.Л. Баженов, А.А. Берлин, А.А. Кульков, В.Г. Ошмян. - Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2010. - 352 с.

118 Перепелкин, К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты / К.Е. Перепелкин. - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. -380 с.

119 Батаев, А.А. Композиционные материалы Строение, получение, применение: Учебник/ А.А. Батаев, В.А. Батаев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. -

384 с.

120 Русских, Г.И. Технология непрерывного формования стеклопластиков: монография / Г.И. Русских, В.А. Башара, А.Н. Блазнов. - Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2016. - 178 с.

121 Композитный мир ОБОРУДОВАНИЕ 2010 Оборудование для намотки [Электронный ресурс] Режим доступа:

http://uncm.ru/files/uploaded/Pressa_o_nas/Composite_World_EQUIPMENT.pdf

122 Савин, А.Г. Математическое и программное обеспечение моделирования кинематики оборудования и процесса формирования изделий методом намотки и выкладки в автоматизированной системе технологической подготовки производства: дис. .канд. техн. наук : 05.13.06 / Савин Александр Геннадьевич. - Новочеркасск, 2017. - 234 с.

123 Сосонкин, В.Л. Программирование систем числового программного управления: учеб. пособие / В.Л. Сосонкин, Г.М. Мартинов. - М.: Логос, Университетская книга, 2008. - 344 с.

124 Официальный сайт ArtSoft Mach3: CNC Software Home of Mach3. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.machsupport.com/software/mach3/

125 ГОСТ 20999-83 Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 26 с.

126 Самойленко, В.В. Разработка системы программного управления изготовлением намоточных изделий из полимерных композиционных материалов / В.В. Самойленко // Ползуновский вестник. - 2016. - № 4.- Т.1 - С. 225-228.

127 Образцов, И.Ф. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов / И.Ф. Образцов, В.В. Васильев, В.А. Бунаков. - М.: Машиностроение, 1977. - 144 с.

128 Цыплаков, О.Г. Основы формования стеклопластиковых оболочек / О.Г. Цыплаков. - Л.: Машиностроение, 1968. - 176 с.

129 Любин, Дж. Справочник по композиционным материалам: в 2 т. Т. 2. / Дж. Любин. - пер. с англ. А.Б. Геллера и др.; под ред. Б.Э. Геллера. - М.: Маши-

ностроение, 1988. - 584 с.

130 Игуменов, М.С. Разработка технологии изготовления гибридного сосуда высокого давления методом ротационного формования из линейного полиэтилена с применением армирования: дис. ...канд.техн.наук : 05.17.06 / Игуменов Максим Сергеевич. - СПб., 2015. - 145 с.

131 Пименов, И.В. Расчет баллона высокого давления из ПВХ-лейнера и ба-зальтопластиковой силовой оболочки [Электронный ресурс] / И.В. Пименов, Г.И. Шайдурова. - Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. - 2014. - № 36. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-ballona-vysokogo-davleniya-iz-pvh-leynera-i-bazaltoplastikovoy-silovoy-obolochki

132 Васильев, В.В. Анизогридные композитные сетчатые конструкции - разработка и приложение к космической технике / В.В. Васильев, В.А. Барынин, С.А. Петроковский, В.И. Халиманович. - Композиты и наноструктуры COMPOSITES and NANOSTRUCTURES.- 2009. - № 3. [Электронный ресурс] Режим доступа: www.issp.ac.ru/journal/composites/2009/2009_3/vasiliev.pdf

133 Комков, М.А. Влияние вязкости связующего в пропиточной ванне на пористость композита при мокром способе намотке / М.А. Комков, В.А. Тарасов. -Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. - 2014. - № 12. - С. 192-199. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/file/755479.html?_s=1

134 Komkov, M.A. Rheological properties of polymer binders used in the winding of products made of composite materials / M.A Komkov // Polymer Science Series D. -2013. - Vol. 6. - is. 1. - P. 26-30.

135 Рогинский, С.Л. Высокопрочные стеклопластики / С.Л. Рогинский, М.З. Канович, М.А. Колтунов. - М.: Химия, 1979. - 144 с.

136 Патент № 2597811 Российская Федерация, МПК G01 N3/20. Способ определения механических характеристик полых трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов / Самойленко В.В., Блазнов А.Н., Фирсов В.В., Зимин Д.Е., Ходакова Н.Н., Углова Т.К., заявитель и патентообладатель ИПХЭТ СО РАН - № 2015128703, заявл. 14.07.2015, опубл. 20.09.2016, - Бюл. № 26.

137 Блазнов, А.Н. Исследование различных схем намотки изделий на основе базальтового и стеклянного ровингов [Электронный ресурс] / А.Н. Блазнов, Н.Н. Ходакова, В.В. Самойленко, С.С. Гребнев, И.А. Родионов, А.А. Краснов // Южно-Сибирский научный вестник - 2016. - № 4(16). - 10-16.

138 Ходакова, Н.Н. Влияние схемы намотки на формирование механических свойств изделий из композитов в продольном и поперечном направлении [Электронный ресурс] / Н.Н. Ходакова, А.Н. Блазнов, В.В. Самойленко, А.С. Краснова, С.С. Гребнев, И.А. Родионов // Южно-Сибирский научный вестник -

2016. - № 4(16). - С. 17-25.

139 Блазнов, А.Н. Математическое моделирование модуля упругости слоистых композитных материалов [Электронный ресурс] / А.Н. Блазнов, А.С. Зубков, А.С. Кротов, В.В. Самойленко // Южно-Сибирский научный вестник. -

2017. - № 4 (20). - С. 171-177.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

О

со N. О 1Л 14

a* RUnh

2 597 811С1

(51} МПК

OOIN JZ2S (20й6Л1)

goin ш) сгаэ&си}

ФЕ Д Е: F AJ1LH АЯ CJ] УЖ LA ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ОШМШЮСТН

<|2> ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(2 IK22h Заявки. 20U12S703/2S, l4.0T.20li

(14) Дата шчвлв отсчета сроки действия патента: 14.07.2013

Прндрпот(ы):

(22) Длщ подачи заявки; L4.07 .2015

(■15) Опубликована 20.09.2016 ББОЛ. № 26

(36) Слисок дагуивнтри, цитированных л отчете о поиске. мт 1733321 Al. 07.05.1«:. RU 245I2E1 Cl. 30052012 SU I&21572 AJ. J5.07.19K.R 141664 В1.01.07.1996.

Адрк дчя пиришвдн:

659322, Алтайский крал, г. БиЛек.ул. Сопкалиетичteкаа. 1, Федеральное государственное бюджетное уч ijjii науки Инстктуг проблей шшс-звертшшжп технология Сибирского отделенич РАН (ИПХЭТ СО РАН)

(34) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЫХ ТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат.

(72) Амчор(ы):

СшЙНВВ) BH'LiL.Lnh- Владимирович (RU), &.ja.niûb Алексей Николаевич (RU), Фиреоъ Вячеслав Викторович UilJj. Зимин Дмитрия Евгеньевич iRLJj, Ходакова Ната.ть-й Николаевна iJi.U;■. Углом. Татьлла Константиновна (RU)

(73) OfiTCнггообладатядь{н) : Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем ШШЮЗЕЦНПЕЖШ технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО PAHj (НО)

ИиЕртрнс относится к способам определения шашпдюк трвкприепк наигрналоа, щнкрпне - к способу о пределе ни ■ надули упругости. предела прочЕюстн н прелсльлоЛ дЦюрц^ Сущность, осуществляют формование пшюпр трубчатого и:цслин на олравхе, вшре-аку из него ойразцпд. ЕШТруЖСЕПК 0б]ЩЩ0В ДО рВЯруПКИНЯ С измерен! 1СЫ силы н перемеикнпя и послсдуюшиЛ расчет значений механически к характеристик. Ойращы щздуча&эт" путем разреши полого ниитвиржщенжцго изделия на оправке вдоль н поперек оси с поспедувдщеА развергкоЯ и дявирядомкы листа на плоской оправке, нырезкой из него ойразцпл заданных размеров с

толщиноЛ листа вдоль и поперек первев&чальнрй леи надели« и опрвдрпения ысчннчсскксвойсте [ммуш упругости. прфяностн и предельной да|я)рмн[(ит ji в осевом п окр ужЕшм нал равпеннп и газетными методами испытаний на рщтянсни^ сжатие, ичгиб, преимушествсЕшо лктодпы продольно го нзенйа. Технический результат, разработка универсального ci locofia о пределу ня механических ¡црхирн^ш (прочности, гтредншюй ДВфорМВД 1И И ИОДУ'ЛН yjgjJTOCTH) в

pçeври и окружном: направлениях, полыч

труйчалти ПТДС.1И Г: ИЗ IDUHWPOHHIU

материалов, повышение точности (достоверности) результатов нсныганнй и снижение ил трудоемкости. -J ил.

Л

M СЛ

ч3 ч оа

О

АК1

использования результатов научных исследований тсрмомеханических свойств полимерных композиционных материалов

Результаты научных исследований сотрудников ИПХЭТ СО РАЯ использовались в период 2014-2016 гг. при выполнении ПНИЭР в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (мероприятие 1.4 Программы), заявка 2014-14-582-0002-025, по проекту «Разработка опор из композитных материалов и технических решений для ультракомпактных высоковольтных линий (УКВЛ) на различные классы напряжений (35 кВ, 110 кВ)», соглашение № 14.582.21.0001, уникальный идентификатор RFMEFI58214X0001.

В рамках ПНИЭР выполнены следующие виды работ:

- разработаны устройства и методы термомсханических испытаний;

- разработана Программа и методики исследовательских испытаний образцов материалов стойки опор, содержащих базальтовые нити ДМВА.565511.000 ПМ-01, Программа и методики исследовательских испытаний макетов стойки опор из композитных материалов, содержащих базальтовые нити ДМВА.56551 1.000 Г1М-07;

- проведены рецептурно-технологические исследования влияния состава связующего и степени его отверждения на теплостойкость;

- изготовлены образцы материалов на основе базальтового и стеклянного ровинга на эпоксидном связующем;

- изготовлены образцы макетов стойки опор методом «мокрой» намотки на основе стеклянных и базальтовых ровингов на эпоксидном связующем;

- проведены исследования образцов материалов и макетов стойки опор с помощью разработанных авторами методов и устройств термомеханических испытаний и способа обработки результатов, получены значения температуры стеклования образцов в зависимости от рецептуры связующего и времени отверждения;

- проведены сравнительные испытания изготовленных образцов методами ДСК по ISO 1 1357-2:1999, и ДМА по ASTM D4065, которые подтвердили результаты, полученные авторским методом.

Установлено, что температура стеклования композитов определяется рецептурой связующего, не зависит от вида волокнистого наполнителя и в среднем на 15-20 °С превышает теплостойкость связующего по Мартенсу. По полученным результатам даны рекомендации по оптимальной рецептуре и режиму отверждения изделий из композитов для их полной полимеризации, с целью обеспечения максимальной для эпоксикомпозитов теплостойкости.

Авторы и исполнители разработки от ИПХЭТ СО РАН - А.Н. Блазнов, В.В. Самойленко, В.В. Фирсов, Е.В. Атясова.

Настоящий акт подтверждает практическую значимость результатов исследований и в иных целях использован быть не может.

Технический директор ООО «ЭЛЕКТРОМАШ», к.т.н.

А.С.Зубков

Дирек-

МО

Г' лР V \ » О; а ■Ь 4

ИПХЭТ СО РАН, профессор

АКТ

внедрения Установки изготовления композитных изделий

Настоящий акт составлен в подтверждение того, что Установка изготовления композитных изделий спроектирована, разработана, изготовлена и поставлена на балансовый учет в ИПХЭТ СО РАН (инв.№ 20301548).

Установка представляет собой двухкоординатный станок, где одной осью координат является привод вращения оправки, а второй - привод возвратно-поступательного движения каретки. На каретке установлена ванна для связующего с водяной рубашкой и система направляющих роликов. Приводы станка выполнены на двух отдельных шаговых двигателях.

Установка оснащена электронным блоком управления шаговыми двигателями, построенным на базе персонального компьютера.

Установка позволяет методом «мокрой» намотки изготавливать плоские и полые трубчатые изделия, с вариацией основных параметров намотки: шаг, угол укладки армирующего материала, его натяжение, скорость намотки, количество слоев, схема армирования и др. В лаборатории материаловедения минерального сырья изготовлены образцы материалов с улучшенными свойствами, макеты и малогабаритные изделия в виде пластин, труб и баллонов с различной схемой армирования на основе стеклянного, базальтового, углеродного ровингов, органоволокон и эпоксидных связующих.

По результатам проведенных с применением установки намотки работ был получен патент РФ № 2597811 на способ изготовления листовых изделий и образцов для испытаний полых трубчатых изделий. Установка используется как для проведения научных исследований, отработки рецептуры и технологии, гак и для опытного изготовления малогабаритных изделий.

Авторы и разработчики установки для изготовления намоточных изделий из композиционных материалов: В.В. Самойленко, В.В. Фирсов, Д.Е. Зимин.

Настоящий акт подтверждает практическую значимость результатов исследований и в иных целях использован быть не может.

Заведующий лабораторией материаловедения минерального сырья, д.т.н.

А.Н. Блазнов

ПЙС ООО "Бийский завод стеклопластиков"

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

БИЙСКИЙ ЗАВОД СТЕКЛОПЛАСТИКОВ

659316, Россия, Алтайский край, г.Бийск, ул.Ленинградская 60/1 тел./факс:[phone] тел.:[phone] www.bzs.ru

«Утверждаю» Директор ООО «Бийский завод

тиков»

Павлова О.Р. 20

АКТ

использования результатов научных исследований влияния рецептурно-технологических факторов на качество стеклопластиков

В период 20П-2012 гг. проводились научные исследования сотрудниками ИПХЭТ СО РАН в рамках договора на проведение НИР № 277 от 15.11.2011 г.

В рамках договора выполнены следующие работы:

- исследование сорбционного увлажнения стеклянного ровинга;

- исследование пропитки ровинга связующим ЭДИ;

- исследование изменения свойств связующего на разных стадиях технологического процесса изготовления стеклопластиковых стержней;

- исследование структуры образцов стеклопластиков;

- изучение свойств связующего ЭДИ и оптимизация его рецептуры;

- исследование влияния влаги на свойства связующего;

- отработка режимов отверждения с выбором оптимальных параметров с привязкой к существующему техпроцессу.

В результате исследований выявлена сорбционная способность ровинга, которая может ухудшать свойства композитов за счет привнесения влаги воздуха в пропиточную ванну и контакта влаги со связующим. Доказано, что введение в связующее большого количества воды повышает его вязкость и ухудшает пропитку волокон, влага в малых количествах взаимодействует с ангидридом, переводя его в кислоту и уменьшая функциональность отвердителя. Для уменьшения отрицательного влияния влаги, вносимой ровингом в связующее, а также с целью повышения механических свойств и теплостойкости связующего и композитов на его основе, рекомендована оптимальная рецептура с содержанием отвердителя 85 массовых частей. Даны рекомендации по совершенствованию технологического процесса пропитки и отверждения с целью уменьшения пористости, термоусадочных трещин и других дефектов в изделиях.

Авторы и исполнители разработки от ИПХЭТ СО РАН: H.H. Ходакова,

В.В. Самойленко, Т.К. Углова, Д.Е. Зимин, В.В. Фирсов.

Настоящий акт подтверждает практическую значимость результатов исследований и в иных целях использован быть не может.

Главный специалист по технологии композитов, к.т.н.

Начальник конструкторско-технологического отдела

B.А. Башара

C.В. Куклина