УДК 678.686 +661.728.7)
1, к. х.н, 2, к. х.н, 2 д. х.н., член-корр. НАНУ
1 Институт Химии Поверхности им. НАН Украины
2 Институт Общей и Неорганической Химии им. НАН Украины
ВЛИЯНИЕ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПОКСИКОМПОЗИТОВ.
Повідомляються результати досліджень по впливу мікрокристалічної целюлози на властивості епоксикомпозитів. Обговорюються питання залежності деформації наповнених зразків та їх міцності при механічному впливі від концентрації та складу наповнювача.
Рассмотрены результаты исследований влияния микрокристаллической целлюлозы на свойства эпоксикомпозитов. Обсуждены вопросы зависимости деформации наполненых образцов и их прочности от концентрации и вида наполнителя.
The effect of аdditive microcrystalline cellulose on physical and mechanical properties of epoxy-composites was investigated. The dependence of the deformation of samples and their tensile strength from the concentrations and type of fillers was discussed.
Ключові слова: мікрокристалічна целюлоза, поліепоксид, епоксикомпозит, наповнювач.
Микро и нано-размерные наполнители в эпоксикомпозитах позволяют в широком диапазоне менять свойства конечного материала. Такие добавки влияют на прочность, износостойкость, химическую и термическую устойчивость изделий и покрытий1-5. Нами исследован новый перспективный наполнитель для полиэпоксидных композитов. Показано, что добавки микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) и химически модифицированной МКЦ способствуют уменьшению хрупкости эпоксиполимерного композита при испытаниях на сжатие, повышению прочности на разрыв, а также снижению усадки.
Поскольку продукт полимеризации ЭД-20 содержит значительное количество гидроксильных групп1 (как и поверхность целлюлозы) и мостиковых атомов кислорода - взаимодействие в системе «эпоксидный полимер / МКЦ» имеет как нековалентную составляющую - кроме присутствующих в такой системе, водородных связей, в случае применения модифицированной целлюлозы связь полимер/наполнитель упрочняется за счет стекинга и других слабых взаимодействий (рис.1), также существует возможность прямой сшивки полимера через мостиковые группы5.
Рис 1. Схема возможных взаимодействий в системе полиэпоксид - целлюлоза
Исследования показали, что ненаполненные образцы сравнения отличаются хрупким разрушением с образованием осколков стеклообразного типа. В образцах с микроцеллюлозой характер разрушения другой - типичный для композитного материала с малыми сколами. Ещё более цельным оказывается композит, наполненный гидрофобизированной целлюлозой.
Значительные изменения физико-механических свойств проявляются при повышении наполнения до 30 мас% (табл.1). В этом случае существенно растет адгезионная прочность на отрыв, при этом композитный материал приобретает высокую сопротивляемость к раздиру и прочно удерживается на поверхности подложки (с трудом отделяется от металлической пресс-формы).
№ | Наполнитель, (мас% содержания) | Разрушающая нагрузка О, кгс/см2 | Осреднее (кгс) | ∆ O (%) |
1 | Образец сравнения (0%наполнителя). | 460 – – – 880 | 700 | 0 |
2 | «МКЦ-150», 5% | 475 – 620 – 665 – | 688 | -1 |
3 | «МКЦ-20-Г» 30% | – 865 | 780 | +13 |
Таблица 1. Значения разрушающей нагрузки (при площади склейки стальных грибков 4.9 см2) на отрыв.
Данные испытаний (табл 1.) приведены для образцов МКЦ со средним размером зерна 150 мкм (МКЦ-150) и гидрофобизированной целлюлозой со средним размером зерна 20 мкм («МКЦ-20-Г»), курсивом указывается отбрасываемое при усреднениях значение нагрузки.
Таким образом, наполненные целлюлозой композиты не разрушаются хрупким образом (отсутствует разлет осколков), обладают порогом текучести; происходит пластификация и, под нагрузкой, пластическая деформация материала. Методом оптической микроскопии исследована поверхность сколов эпоксикомпозитов после их разрушения, показана зависимость деформации исследуемых материалов при механических нагрузках от процентного содержания и вида наполнителя.
Литература:
1. О влиянии содержания не модифицированного нано-дисперсного кремнезёма различной удельной поверхности на физико-механические свойства эпокси-полимерных композитов. // Журнал Прикладной Химии. 2008. - №12. – С..
2. , , . К механизму действия допинговых наноразмерных модификаторов в полимерной матрице. // Пластические массы. – 2007. – №8. –С.36-39.
3. , , и др. Новые подходы к созданию гибридных полимерных нанокомпозитов: от конструкционных материалов к высокотехнологичным применениям. //Успехи Химии. – Т.82. - №С.289-392
4. N. Greef, L. Gorbatikh, A. Godara, L. Mezzo, S. V.Lomov, I. Verpoest. The effect of carbon nanotubes on the damage development in carbon/fiber epoxy composites // Carbon4664.
5. Pei-Yu Kuo, N. Yan, M. Sain. Influence of cellulose nanofibers on the curing behavior of epoxy/amine systems.// European Polymer Journal3787.
