КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ПОВЫШЕННОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНО-КАУЧУКОВЫХ МАСТИК, СТРУКТУРИРОВАННЫХ НАНОПОРОШКАМИ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета і задачі дисертаційного дослідження, наведені дані про наукову новизну і практичну цінність, узагальнено результати апробації роботи.

У першому розділі наведено аналіз науково-технічної літератури та патентно-інформаційних джерел. За темою дисертації розглянуто стан застосування епоксидних матеріалів в промисловому, житловому і дорожному будівництві в якості монолітних безпилових підлог, клеїв і полімерних в′яжучих у пластбетонах з високою механічною міцністью, адгезією, та хімічною стійкістю і зносостійкістью. Описані залежністі зносостійкості епоксидних композитів від хімічної природи смол і твердників, концентрації і виду наповнювачів і пластифікаторів, консистентних і сухих мастил. Велика увага приділена аналізу розвитку нанотехнологій і наноматеріалів, на основі яких розроблені наноструктурні бетони, полімерні покриття  та фарби, адгезиви, герметики і інші будівельні матеріали з високими експлуатаційними властивостями.

У другому розділі  сформульовані теоретичні передумови досліджень. Відправними положеннями для виконання теоретичних та експериментальних досліджень послужили роботи:

– К. Бакнелла, Р. Дрейка, А. Кінлоха, С. Огіхари, А.Є. Чалих, Е.М. Готліба, П.Г. Бабаєвського, Ю.С. Кочергіна та інших вітчизняних і закордоних вчених з вивчення механізму зміцнення ЕП рідкими каучуками, що містять реакційноздатні групи (карбоксильні-COOH, гідроксильні-OH, амінні-NH, меркаптанові-SH), які можуть утворювати міцні хімічні зв'язки з ЕС;

  - Е. Кернера, Л. Брутмана, Л. Нільсена, Р. Крока, Ю.С. Ліпатова, Є.Б. Тростянської, В.Г. Хозина та ін. по дослідженню закономірностей формування структури і комплексу властивостей полімерів, посилених порошкоподібними і волокнистими наповнювачами.

–   К. Бакнелла, С. Огіхаря, А.Є. Чалих, Е.М. Готліба, П.Г. Бабаєвського та ін. в яких показано, що каучук є в епоксидній матриці у вигляді дискретної, добре диспергованої фази. При цьому ефективне розділення фаз абсолютно необхідно для успішного зміцнення епоксидного полімеру каучуком. Наявність другої (каучукової) фази ряд дослідників (Дж. Дейлі, Р. Петрик, О. Кінлох) вважають необхідною і достатньою умовою забезпечення високого ефекту модифікації. Інші ж автори (С. Огіхаря, М. Поль, Д. Річардс) накладають на цю умову додаткові вимоги хімічного зв'язування частинок каучуку з епоксидною смолою. Слід однак мати на увазі, що в цитованих роботах добавка каучуку в смолу вводилася при температурі, близькій до кімнатної, а тверднення композицій проводилося при нагріванні до температур 120-150 °С, при яких, як показано С. Огіхарєм, відбувається реакція етерифікації між епоксидними і карбоксильними групами. Системне дослідження впливу способів введення модифікуючих добавок рідких карбоксилатних олігобутадіенових каучуків на фізико-механічні, адгезійні та релаксаційні властивості ЕП, проведене Ю.С. Кочергіим і Т.А. Кулик, дозволило встановити, що при модифікації каучуком епоксидних полімерів, вони тверднуть без підведення тепла ззовні. Проведення попередньої реакції етерифікації (ПРЕ) є ефективним способом підвищення працездатності матеріалів.

Аналіз робіт Ю.С. Ліпатова, Дж. Менсона, В.Г. Хозина, Є.Б. Тростянської свідчить про те, що вплив наповнювачів на структуру і властивості сітчастих полімерів проявляється, по-перше, в кінетичному аспекті, змінюючи швидкість і глибину реакцій тверднення в граничних шарах і в обсязі, по-друге, в сформованому полімері цей вплив пов'язано з обмеженням молекулярної рухливості в результаті дії енергетичного та ентропійного факторів. Безліч процесів, що одночасно відбуваються в наповнених реакційних системах підсилюють структурну гетерогенність граничних шарів у сітчастих полімерах.  Це викликає великі складнощі у їх вивченні та можливості спрямованого управління ними. Літературні дані по наповненню епоксидних полімерів в ряді випадків досить суперечливі, і на їх основі важко скласти однозначні уявлення про структуру та властивості граничних шарів і їхній внесок у властивості всієї системи. Це значною мірою ускладнює реалізацію всіх можливостей наповнення в якості ефективного методу фізико-хімічної модифікації ЕП.

Формування граничних шарів відбувається під впливом трьох факторів: ентропійного, обумовленого обмеженням конформаційного набору полімерних ланцюгів (1), енергетичного, пов'язаного з адсорбцією і утворенням міжфазних фізичних зв'язків (2) і хімічного, який призводить до зниження ступеня тверднення полімеру в «пристінних» шарах (3 ). Через це їх структура (частота хімічної сітки, щільність упаковки, міжмолекулярна взаємодія) і молекулярна рухливість (сегментальна і групова) змінюються по товщині цих шарів немонотонно. Це викликає відповідно і нелінійну зміну властивостей ЕП при наповненні.

Відомості про вплив каучуків на триботехнічні характеристики ЕП в даний час практично відсутні. Є лише досить обмежені дані про знос ЕП, що містять тіокол, однак модифікатор в цих дослідженнях використовувався у вигляді механічної суміші з ЕС. Враховуючи високі екплуатаційні властивості, представляє безсумнівний інтерес дослідження епоксидно-каучукові композиції (ЕКК) в якості матриці для одержання зносостійких матеріалів.

У третьому розділі наведено характеристики об’єктів та методик
досліджень.

Для виконання програми експериментальних досліджень в якості об'єктів дослідження приняті промислові епоксидні діанові смоли марок ЕД-22, ЕД-20, ЕД-16, Е-40, ЕД-8 та ЕД-4К з молекулярною масою (ММ) 370, 400, 495, 610, 990 і 1830 відповідно і масовою часткою епоксидних груп 23,2; 21,4; 17,3; 14,1; 8,7 і 4,7% відповідно.