Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЖИДКИХ СРЕД НА ИЗНОС ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

В.В. Золотарёва, старший преподаватель

Донецький национальный университет экономики и торговли

имени Михаила Туган-Барановского, г. Донецк

Эксплуатация эпоксидных полимеров (ЭП), используемых, в частности, в качестве покрытий, в том числе полов промышленных помещений сопряжена, как правило, с воздействием механических нагрузок, агрессивных сред, а так же повышенных температур. В результате чего возможно как нарушение целостности покрытий (вследствие интенсивного износа), так и ухудшения санитарно-гигиенического состояния окружающей среды из-за увеличения выделения пыли и продуктов деструкции.

В настоящей работе в качестве объекта исследования использован полимер на основе промышленной эпоксидной смолы ЭД-20, отвержденной диэтилентриамином (ДЭТА) по двум режимам: I (22 ⁰С / 240 ч) и II (22 ⁰С / 24 ч + 120 ⁰С / 3 ч).

В качестве наполнителя использована смесь омиакарба с микробаритом. Общее содержание наполнителей составляло 50 мас.ч. на 100 мас.ч. эпоксидной матрицы.

Таблица 1 - Влияние температуры и жидких сред на свойства ЭП

^*) числитель – отверждение по режиму I, знаменатель – по режиму II

Как следует из данных таблицы, для образцов, отвержденных по режиму I (без подвода тепла извне), после термостарения при 60 и 100 ⁰С в течение 10 суток показатель истирания I´ уменьшается. Величины параметров прочности при растяжении (σ_р) и модуля упругости (Е) несколько уменьшается, т.е. увеличение износостойкости сопровождается повышением прочности полимера и его жесткости. Воздействие повышенной температуры приводит к уменьшению молекулярной массы участка цепи между узлами сшивки (М_с), что свидетельствует об увеличении плотности поперечного сшивания

n_c = ρ / М_с, (1)

где ρ – плотность ЭП.

Как видно из таблицы при времени экспозиции (t_э) 10 сут. при повышенных температурах М_с уменьшается почти в 2 раза, а следовательно, во столько же раз увеличивается плотность сшивки ЭП. С увеличением времени термостарения до 30 сут. для образцов отвержденных по режиму I, при более низкой температуре старения 60 ⁰С М_с продолжает убывать (но с существенно меньшей скоростью 3 кг/кмоль за сутки, против 98 кг/кмоль в первые 10 суток старения), σ_р и Е практически не изменяются, а ε_р и I´ начинают возрастать. Такой характер изменения вышеперечисленных параметров можно объяснить одновременным протеканием процессов доотверждения, способствующих повышению комплекса свойств, и начинающимися процессами термодеструкции, приводящим к снижению параметров прочности и жесткости. При более высокой температуре старения (100 ⁰С) эти деструктивные процессы выражены более отчетливо и превалируют над процессами доотверждения, что находит свое отражение в значительном росте М_с (по сравнению с минимальным значением М_с при времени старения 10 сут.) и довольно ощутимом уменьшении σ_р и Е. В то же время параметры ε_р и I´ при этом почти не меняются. Во многом подобный характер изменения комплекса исследованных свойств наблюдается и для образцов, отвержденных по режиму II. Только для них процессы термодеструкции начинают превалировать над процессами доотверждения уже при температуре старения 60 ⁰С, что нетрудно объяснить меньшим количеством свободных (непрореагировавших) реакционноспособных групп в образцах, отвержденных по режиму II, т.е. подвергнутых термообработке при 120 ⁰С уже в процессе их получения.

В случае экспозиции образцов в воде также наблюдается сложный характер изменения свойств. Для образцов, отвержденных по режиму I, при выдержке в воде комнатной температуры, σ_р и Е возрастают при t_э = 10 сут., а при дальнейшей экспозиции несколько убывают, ε_р остается во всем исследованном интервале t_э без изменения, а I´ снижается с увеличением t_э. В случае выдержки в воде при температуре 22 ⁰С образцов, отвержденных по режиму II, σ_р и Е, наоборот, при t_э = 10 сут. убывает, а ε_р растет. С увеличением t_э до 30 сут. σ_р и Е возрастают очень существенно, превосходя величины параметров не только при t_э = 10 сут., но и исходного образца.

При выдержке в воде при 60 ⁰С образцов, отвержденных как по режиму I, так и по режиму II, показатели прочности и модуля упругости, а также ε_р растут по сравнению с исходными образцами. Интересно, что при этом для образца, отвержденного по режиму I, достигается значение σ_р (40,9 МПа), большее, чем при воздействии такой же (60 ⁰С) или даже большей (100 ⁰С) температуры в воздушной среде (35,3 и 37,9 МПа соответственно). Во многом аналогичная картина наблюдается при выдержке образцов и в спирте. Отметим также, что величина I´ при огромных амплитудах колебаний значений σ_р и Е меняется в довольно узком диапазоне.

Сложный характер влияния воды и спирта может быть объяснен на основе предложенного ранее [1, 2] механизма влияния жидких сред на свойства ЭП, который состоит в наложении эффектов пластификации и резкого ускорения процесса доотверждения полимера. Сорбированная полимером жидкость ослабляет физические связи, что приводит к увеличению интенсивности молекулярного движения. Вследствие этого повышается вероятность контакта непрореагировавших реакционноспособных (эпоксидных и аминных) групп, и следовательно, образования дополнительных химических сшивок.

При выдержке образцов в инертном топливном масле, по мере роста t_э, монотонно увеличиваются значения σ_р и Е, и снижаются I´ и ε_р. Для последних двух параметров исключение составляют образцы, отвержденные по режиму II, для которых при t_э = 10 сут., ε_р и I´ слегка возрастают, а затем снижаются.

При выдержке образцов в химически активной жидкой среде (50 % - раствор серной кислоты) параметры прочности и модуля упругости весьма ощутимо снижаются, а значения ε_р и I´ за исследованный период экспозиции остаются примерно такими же, как и при выдержке в физически активных средах.

Литература:

1. Воздействие жидких сред на свойства эпоксидно-каучуковых полимеров/ Т.А. Кулик, А.Ф. Прядко, Ю.С. Кочергин и др.// Пласт. массы. – 1986, № 12. – с. 19-20.

2. Ускорение процесса отверждения эпоксидных полимеров в воде на глубоких стадиях превращения / Ю.С. Кочергин, Т.А. Кулик, Ю.С. Зайцев, А.А. Аскадский // Кинетика и механизм макромолекулярных реакций. – Черноголовка: ИХФ АН СССР, 1984. – с. 25.