Full Text

Эпоксидные полимеры по целому ряду свойств выделяются среди прочих полимерных материалов, играя важную роль в аэрокосмической, автомобильной, судостроительной и других отраслях промышленности. Широкое их применение в технике связано, во-первых, с высокой технологичностью эпоксидных смол, во-вторых, с уникальным сочетанием эксплуатационных характеристик продуктов их отверждения [1]. Особое место занимают композиционные материалы, созданные на их основе, которые состоят из двух или более компонентов с границей раздела между ними. Каждый из компонентов вносит вклад в структуру и свойства композиционного материала. В связи с этим такие материалы становятся все более и более востребованными в современной промышленности, поскольку им можно придавать новые или улучшенные свойства. В литературе достаточно широко представлены исследования физико-химических, теплофизических и электрических характеристик ряда полимерных материалов, допированных различными наномодификаторами: углеродными нанотрубками, нановолокнами, фуллеренами и графенами (см. например, [2-4.]). Влияние нанодобавок на механические свойства композита обычно невелико (не более 30%) [5]. Вместе с тем находят широкое применение и композиционные материалы с макроскопическими наполнителями, такими, например, как кварцевый песок, лузга, опилки, полимерные порошки, шламы, стружки – прикладное, но крайне востребованное направление материаловедения [6-9]. Это объясняется доступностью данных добавок (карьеры, отходы производства и др.). Такие композиты используются при разработке новых составов асфальтобетонов, способных выдерживать возрастающие нагрузки [10, 11], для изделий строительного и декоративного назначения [12], для восстановления деталей отвалов [13], для устранения дефектов в виде износов и сквозных протираний поверхности деталей со сложнопрофильной поверхностью [14]. Влияние наполнителя на механические характеристики эпоксидополимерных композиционных материалов рассмотрены в работах [15-19]. Показано, что наполнители играют большую роль при формировании структуры и свойств полимерных композиций. Числовые результаты исследований значительно различаются, но общая тенденция одинакова: при незначительном снижении прочности при сжатии и растяжении они обладают высокими показателями демпфирующих характеристик, способствуют росту стойкости к истиранию и к набуханию в агрессивных средах. В приведенных выше исследованиях, как правило, не характеризуется структура песчаной смеси, за исключением среднего размера частиц, в то время как свойства полимерных композиционных материалов определяются структурой матрицы, типом, свойствами и характером распределения частиц по объёму и, наконец, величиной и природой межфазного слоя. Первоочередной задачей является оптимизация структуры и свойств композиционных материалов, достижение которой позволяет одновременно повысить их экономичность, надежность и долговечность. Песок различной дисперсности и чистоты можно считать основным наполнителем макроскопических композитов, особенно если учесть его объёмы потребления в строительстве. Фактически песок, представляющий собой кварцевые искажённые микро- и мезосферы, является типичной пористой средой различной дисперсности и чистоты. Важнейшими характеристиками структуры пористых и дисперсных веществ и материалов являются: полидисперсность, удельная поверхность, размер пор, открытая пористость и коэффициент проницаемости. Каждая из этих взаимосвязанных характеристик может быть предварительно измерена или рассчитана для конкретной дисперсной среды, используемой при производстве композита и служить критерием эффективности и пригодности данного материала как к заданным условиям эксплуатации, так и параметров технологического процесса его получения. Оценка влияния содержания кварцевого песка на прочность мелкозернистых композиционных материалов рассмотрено в работе [20]. В статье представлена сравнительная оценка кинетики набора прочности при изгибе и сжатии мелкозернистых бетонов при различном содержании песчаного заполнителя. Установлено, что для получения мелкозернистых композитов оптимальной прочности необходимо равное соотношение таких компонентов смеси, как вяжущее вещество и кварцевый песок. Влияние дисперсности песка на абразивную износостойкость композита с эпоксидной основой рассмотрено в работе [21]. Показано, что увеличение эффективного диаметра частиц песка в композите на основе эпоксидной смолы способствует росту износостойкости независимо от соотношения компонентов. Наибольшую стойкость к абразивному изнашиванию имеет состав при содержании 60 мас. ч. песка с дисперсностью 1 мм. Исследование влияния размеров частиц дисперсного наполнителя на пористость эпоксидного композита выполнено в работе [22]. Установлено, что применение в качестве наполнителя кварцевого песка с размером частиц 0.063 мм позволяет методом смешения получить материалы, экспериментальное значение пористости которых не превышает расчетное значение. В приведенных выше исследованиях, как правило, не проводится сопоставление механических свойств тех или иных композитных материалов с характеристиками песчаной смеси, таких как полидисперсность, открытая пористость, проницаемость. С точки зрения промышленного производства, когда используется наполнитель с одного карьера, это оказывается оправданным, т.к. эмпирическим путем можно подобрать необходимое соотношение компонентов, обеспечивающее нужные механические свойства композита. Эту задачу можно минимизировать, если исследовать зависимость механических свойств композитных материалов от числовых характеристик наполнителя. В настоящей работе сделана попытка анализа влияния таких характеристик, как полидисперсность, открытая пористость, проницаемость песчаной смеси, на прочность на растяжение и сжатия получаемых композиционных материалов. В рамках работы проведено исследование распределения частиц по размеру кварцевого песка и его влияние на пористость и проницаемость полидисперсной смеси, а также выполнены измерения механических свойств композита в зависимости от дисперсного состава наполнителя.

About the authors

M. M Buzmakova

Perm State University, Perm, Russian Federation

V. G Gilev

Perm State University, Perm, Russian Federation

A. F Merzlyakov

Perm State University, Perm, Russian Federation

S. V Rusakov

Perm State University, Perm, Russian Federation

References

Statistics

Views

Abstract - 4

PDF (Russian) - 6