ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГЛЕПЛАСТИКА НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

Препрег, представляющий собой комбинацию армирующих волокон и матричных смол, является исходным материалом для многих композитных деталей, используемых в авиации, ракетостроении, судостроении.  Главная задача пропитки – достижение равномерного распределения в наполнителе связующего [1, 2]. После пропитки наполнитель поступает в сушильную камеру, где одновременно протекают два процесса: физический – испарение растворителя и химический – углубление степени конденсации и структурирование олигомера. Полнота удаления растворителя в основном зависит от продолжительности сушки, а также температуры и количества воздуха, проходящего через сушильную камеру. Поскольку отверждение происходит в результате реакции конденсации, которая сопровождается выделением летучих продуктов, эти летучие компоненты, будучи в дальнейшем запрессованы в материале, ухудшают его физико-механические, электроизоляционные и декоративные свойства, обуславливают большую усадку, приводят к растрескиванию и появлению вздутий. Поэтому необходимо обеспечить в процессе сушки достаточно полное удаление летучих и отверждение связующего, но в то же время сохранить текучесть на требуемом уровне. Наилучшее соотношение между содержанием летучих и текучестью достигается в результате длительной сушки при низких температурах.

Из всего сказанного выше следует, что пропитанный наполнитель характеризуется тремя основными показателями – содержанием связующего, содержанием летучих веществ и текучестью (или содержанием растворимой части). Эти показатели связанны между собой и могут изменяться в широких пределах в зависимости от исходных компонентов и принятого технологического режима.

В качестве связующего была использована модифицированная поливинилформальэтилалем эпоксидная смола ЭД-20, в качестве отвердителя – смесь ароматических и линейных аминов (торговая марка «Арамин»), наполнитель – углеродная лента производства «Umatex Group»

На рисунке 1 показана принципиальная схема вертикальной пропиточной установки, в которой используется радиационно-конвективный метод сушки наполнителя.

Рисунок 1. Схема пропиточной установки

Сухой наполнитель разматывается с рулона, установленного на заправочном валике 1, проходит между роликами механизма натяжения ткани и соединяется с заправочным полотном при помощи сварочного пресса 3. Соединение происходит с помощью полиэтиленовой пленки, закладываемой между концами пропитываемого наполнителя и заправочного полотна.

После механизма соединения ткань поступает в накопитель 4, который обеспечивает непрерывность процесса пропитки и сушки наполнителя во время соединения концов ткани. Далее наполнитель проходит камеру подсушки 12, где из него удаляется влага, и поступает в пропиточную ванну 5. Пропитанный наполнитель проходит отжимные валки 6, с помощью которых удаляется излишек связующего, и направляется в сушильную камеру 11.

Температурный режим в сушильной камере должен быть таким, чтобы на входе пропитанного наполнителя в сушильный канал температура была несколько ниже температуры кипения применяемого растворителя, поскольку интенсивное кипение растворителя, сопровождающееся быстрым продвижением его из толщи наполнителя к поверхности, может вызвать образование раковин и пленки смолы на поверхности наполнителя. Затем по мере продвижения наполнителя в сушильном канале температура в нем повышается, и в то время, как испаряются остатки растворителя, начинается частичное отверждение связующего. В конструкции сушильной камеры имеется три отделенные друг от друга зоны сушки наполнителя для наиболее мягкого и эффективного удаления растворителя и предварительного отверждения связующего.

На выходе из камеры наполнитель проходит тянущие ролики 7 и поступает на приемный ролик 9, на который также подается разделительная полиэтиленовая пленка с ролика 10.

Из полученных препрегов методом прямого прессования изготовлены плиты, из них вырезаны образцы полимерных композитов и исследованы эксплуатационные характеристики образцов углепластика. В таблице 1 приведены физико-механические характеристики углепластика при укладке 0⁰.

Таблица 1.

Физико-механические характеристики углепластика

Для повышения ударной вязкости эпоксидной смолы были использованы поливинилацетали, которые приводили к значительному повышению вязкости связующего [3]. В случае недостаточной пропитки отдельных волокон этот дефект может быть исправлен при прессовании действием давления и температуры. В то же время, недостаточная и неравномерная пропитка наполнителя в целом не может быть исправлена и в дальнейшем приводит к получению некачественного материала. В связи с этим, в случае использования поливинилацеталей в качестве модификатора, требуется отработка технологии пропитки и снижение вязкости связующего.

Список литературы:

1. Шерышев М.А., Кербер М.Л., Сирота А.Г., Вольфсон С.И., Буканов А.М., Кандырин Л.Б., Горбунова И.Ю. Технология переработки полимеров. физические и химические процессы. – М.: Юрайт, 2019. – 316 с.
2. Кравченко Т.П., Горбунова И.Ю., Осипчик В.С., Костягина В.А. Технология получения композиционных материалов на основе армированных полимеров. – М.: РХТУ, 2013. – 96 с.
3. Елбакиева А.В., Хлаинг З.У., Трегубенко М.В., Костромина Н.В., Ивашкина В.Н. Свойства эпоксидных связующих, модифицированных поливинилформальэтилалем // Успехи в химии и химической технологии. – 2018. – Т. 32. – № 6 (202). – С. 32-34.