Модификация эпоксидных клеев

Свойства полимерных композиционных материалов сильно зависят от размеров частиц дисперсной фазы. В 1989 г. фирма «Тойота», применив диспергирование монтмориллонита в нейлон, разработала полимерно-глиняные композиты, которые представляют собой новый класс композиционных материалов. При содержании около 5% наночастиц глины, такие композиты позволяют улучшать механические и термические свойства при минимальном снижении ударных характеристик и почти той же плотности композита, что и у базового полимера. В случае нейлона предел прочности увеличивается на 100 - 500% и в два - три раза возрастает модуль упругости. Исходя из заявленных свойств, специалисты «Тойоты» считают, что применение таких нанокомпозиционных материалов будет перспективно в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Можно предположить, что введение наночастиц в полимерную матрицу позволит получать новые нанокомпозиты с улучшенными характеристиками.


Рис. 1. Зависимость сопротивления отслаивания F1 (а) и зависимость прочности на сдвиг F2 (б) от условий приготовления образца:
1 - контрольный образец, эпоксидный клей без наполнителя;
2 - эпоксидный клей + 5 % масс. нановолокон,
3 - эпоксидный клей + 10 % нановолокон

На рис. 1 представлены результаты исследований Eric N. Gilbert и др. из Лаборатории полимерных композитов (Университет Вашингтона, США) механических характеристик пленочных эпоксидных клеев, полученных смешиванием технических эпоксидных смол: Epon 828, Epon 836 и D.E.R. 661 и модифицированных наноструктурными частицами (нанолистами) оксигидроксида алюминия

Для отверждения системы использовался отвердитель Amicure CG 1400. К эпоксидным смолам добавлялись нановолокна и отвердитель, затем система перемешивалась в течение 15 минут при температуре 52 ºС. Испытания проводились при склеивании двух алюминиевых пластин (марка алюминия 2024-Т3, производства США), предварительно обезжиренных и загрунтованных грунтовкой для алюминия BR 6747-1. Клей помещался между пластинами, пластины зажимались при давлении 310 кПа. Отвердение клея происходило при температуре 177 ºС в течение 2 часов в печи. Скорость нагрева и охлаждения составляла 5 ºС/мин. Для каждого эксперимента использовали по пять образцов. Испытания прочности на сдвиг проводились на стенде Sintech в соответствии со стандартом Boeing 7202 при приложении нагрузки с постоянной поперечной скоростью 0,254 мм/мин. Испытания сопротивления отслаиванию также проводились на стенде Sintech в соответствии со стандартом 7206 тип I.

Сила отслаивания обоих образцов модифицированных нановолокнами была выше, чем у контрольного образца приблизительно на 30%, и практически не зависела от количества нановолокон (рис. 1, а).

Результаты исследований сопротивления сдвигу (рис. 1, б) показывают, что при добавлении в клей 5 % нановолокон испытуемый образец ведет себя идентично контрольному образцу. При увеличении массы нановолокон до 10% сопротивление сдвигу возросло приблизительно на 12%.

Результаты другого эксперимента по упрочнению эпоксидного клея наноструктурными частицами представлены на рис. 2 (данные получены группой д. х. н. В. Н. Лисецкого), на рисунке ЭП - эпоксидный клей, ОР - органический растворитель.

Рис. 2. Разрывные характеристики эпоксидной смолы:
0 -ЭП+ОР;
1-ЭП+ ОР+ нановолокна (агломерированные);
2 -ЭП+ ОР+нановолокна частично деагломерированные обработкой ПАВ

Из представленных результатов следует, что существенный эффект увеличения разрывной прочности наблюдается только при деагломерации нановолокон. Вероятно, это связано с плохим смачиванием клеем поверхности отдельных волокон в агломерате. По мнению исследователей одной из главных задач при создании полимеров, упрочненных нановолокнами, является их эффективная деагломерация.