Структура и свойства композиционных материалов функционального назначения на основе эпоксидной и полиамидной матриц и модифицированного пан-прекурсора - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Структура и свойства композиционных материалов функционального назначения на основе эпоксидной и полиамидной матриц и модифицированного пан-прекурсора Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. ». Официальные оппоненты - Артеменко Александр Александрович доктор технических наук, профессор, Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», заведующий кафедрой «Материаловедение»Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований: - выбор методов и параметров модификации полиакрилонитрильного прекурсора и оценка свойств модифицированного волокнистого наполнителя и окисленного полиакрилонитрильного жгутика на его основе; Научная новизна работы заключается в том, что впервые:-определены физико-химические особенности формирования структуры и свойств эпоксипластов на основе модифицированного органосиланольными аппретами АГМ-9, А-187, А-174 полиакрилонитрильного прекурсора; -доказано, что модификация технического полиакрилонитрильного жгутика исследуемыми аппретирующими составами с последующей двухступенчатой термообработкой обеспечивает их химическое взаимодействие с волокнистым наполнителем; -установлено повышение физико-химической совместимости в системе эпоксидное связующее/модифицированный волокнистый наполнитель в результате активации поверхности технического полиакрилонитрильного жгутика при введении новых реакционно-способных групп; -доказано, что введение технического полиакрилонитрильного жгутика на стадии синтеза полиамидной матрицы обеспечивает формирование более упорядоченной структуры в композите.Эффективность применения ПАН-прекурсора для армирования эпоксидного связующего может быть значительно увеличена путем его модификации аппретами, повышающими адгезионные свойства волокнистого наполнителя. В связи с этим для модификации ПАН-прекурсора использовали аппретирующие композиции на основе: АГМ-9, А-187 и А-174. Модификацию силанами проводили пропиткой как готового промышленного волокна, так и свежесформованного ПАН-ТЖ их водными растворами. Проведенный в предварительном эксперименте анализ влияния содержания модифицирующей добавки АГМ-9 в аппретирующей композиции на изменение массы образцов ПАН-ТЖ (рис.1) показал, что привес аппрета на готовом и свежесформованном волокнах определяется его концентрацией в ванне (2-10 %) и временем обработки ПАН волокна (30-90 с). Поэтому в дальнейшем модификацию органосиланами проводили на свежесформованной ПАН-нити.Модифицированные исследуемыми аппретами и окисленные модифицированные ПАН-нити использованы в качестве волокнистого наполнителя при получении эпоксидных композиционных материалов. Очевидно, модификация волокнистого наполнителя органосиланольными аппретами обеспечивает повышение активности поверхности ПАН-ТЖ за счет введения новых функциональных групп, что и проявляется в ускоряющем действии модифицированных армирующих систем на процесс формирования эпоксидной матрицы. Из приведенных данных (рис.5) видно, что введение ПАН-ТЖ в эпоксидное связующее (кривая 2) в значительной степени меняет характер процесса его отверждения (кривая 1): время гелеообразования сокращается в 2 раза, время отверждения - в 1,8 раза, максимальная температура отверждения снижается на 57 0С, с одновременным повышением степени отверждения до 98 % (табл. Аппретирование ПАН-ТЖ АГМ-9 (кривая 3) практически не изменяет характер отверждения эпоксидной матрицы, содержащей волокнистый наполнитель (кривая 2). В большей степени ускоряющее влияние на процесс отверждения эпоксидного связующего оказывает аппретирование ПАН-ТЖ органосиланами А-187 (кривая 4) и А-174 (кривая 5), что снижает технологичность композиций на их основе.Изучена возможность использования исследуемого ПАН-прекурсора и окси-ПАНА в качестве волокнистых наполнителей, вводимых на стадии синтеза термопластичных матриц, в частности, полиамидных. Степень наполнения изменялась от 10 до 40% для ПАН-ТЖ и от 10 до 20 % для окси-ПАН. Исследование физико-механических свойств синтезированных композитов проводилось на модельных образцах (табл. Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о том, что введение в полимеризующуюся систему волокнистого наполнителя приводит к повышению твердости материала, его прочности при межслоевом сдвиге и сжатии. Увеличение данных характеристик объясняется тем, что капролактам глубоко диффундирует в дефекты и поры ПАН-ТЖ и окси-ПАН, достаточно равномерно распределяется в аморфных участках волокна - наполнителя, что обеспечивает прочное адгезионное взаимодействие в композиционном материале.10 следует, что при введении в полимеризующуюся систему 10 % волокнистого наполнителя степень кристалличности композита возрастает.

Содержание волокнистого наполнителя, % Степень кристалличности, % Средний размер кристаллитов, A