Мікроструктура поверхні руйнування композитних матеріалів із частками фулерену С60

Abstract

Методом оптичної мікроскопії досліджено структуру зламу композитних матеріалів із різним вмістом нанодисперсного фулерену С60. Як основний компонент для зв’язувача при формуванні епоксидних композитів вибрано епоксидний діановий оліґомер марки ЕД-20, який характеризується поліпшеною адгезійною міцністю, незначною усадкою і технологічністю при нанесенні на довговимірні поверхні складного профілю. Для зшивання епоксидних композицій використано твердник поліетиленполіамін ПЕПА, що дозволяє затверджувати матеріали при кімнатних температурах. Для підвищення властивостей композитних матеріалів використано фулерен С60 з дисперсністю 5 нм. Композитний матеріал із нанодисперсним наповнювачем формували за технологією, яка передбачала попереднє ультразвукове диспергування композиції до введення твердника за оптимальних температурно-часових режимів. Показано, що структура зламу матриці характеризується хаотичним напрямком поширення тріщини, що свідчить про не стабільні значення властивостей у процесі експлуатації. Відповідно встановлено оптимальний вміст нанодисперсних часток фулерену С60 у епоксидному зв’язувачі, який становить q = 0,025…0,050 мас.ч. При цьому спостерігали помірну в’язкість поверхні руйнування композитного матеріалу, що нівелює багатовекторне поширення тріщин в об’ємі полімеру, а отже дозволяє експлуатувати розроблені матеріали без зміни їх властивостей впродовж тривалого часу. Методом оптической микроскопии исследована структура излома композитных материалов с различным содержанием нанодисперсного фуллерена С60. В качестве основного компонента для связующего при формировании эпоксидных композитов выбрано эпоксидный диановый олигомер марки ЭД-20, который характеризуется улучшенной адгезионной прочностью, незначительной усадкой и технологичностью при нанесении на длинномерные поверхности сложного профиля. Для сшивания эпоксидных композиций использовано отвердитель полиэтиленполиамин ПЕПА, что позволяет отверждать материалы при комнатных температурах. Для повышения свойств композитных материалов использовано фуллерен С60 с дисперсностью 5 нм. Композитный материал с нанодисперсным наполнителем формировали по технологии, которая предусматривала предварительное ультразвуковое диспергирование композиции до введения отвердителя при оптимальных температурно-временных режимах. Показано, что структура излома матрицы характеризуется хаотичным направлением распространения трещины, что свидетельствует о не стабильны значения свойств в процессе эксплуатации. Установлено оптимальное содержание нанодисперсных частиц фуллерена С60 в эпоксидном связующем, которое составляет q = 0,025...0,050 мас.ч. При этом наблюдали умеренную вязкость поверхности разрушения композитного материала, что нивелирует многовекторное распространения трещин в объеме полимера, а следовательно позволяет эксплуатировать разработанные материалы без изменения их свойств в течение длительного времени. The structure of the fracture of composite materials with different contents of nanosized fullerene C60 was investigated by optical microscopy. As the main component for the binder in the formation of epoxy composites, an epoxy dyanoic oligomer ED-20 has been selected, which is characterized by improved adhesion strength, slight shrinkage and machinability when applied on the longitudinal surfaces of the complex profile. For crosslinking of epoxy compositions, polyethylenepolyamine PEPA has been used, which allows to assert materials at room temperatures. For pidvistchenya power of composite materials in vicaristane fullerene C60, dispersity 5 nm. The composite material with nano-dispersed filler was formed according to the technology that provided the preliminary ultrasonic dispersion of the composition prior to the introduction of the hardener at optimal temperature-time regimes. During the formation of the composite materials, the dosage and heating of the epoxy resin, the dosing of the filler and its subsequent introduction into the epoxy binder, the hydrodynamic composition of the composition, the ultrasonic treatment of the composition during the time τ = (1,5±0,1) min, cooling the composition to room temperature, introduction of PEPA cement, polymerization of composite material (exposure to the composite during 12 h at a temperature T = (293±2) K, heating to a temperature T = (393 ± 2) K, material exposure for 2 h, slow cooling material). In order to stabilize the structural processes, samples were tested with KM for τ = 24 h in air at a temperature T = (293 ± 2) K. It is shown that the fracture structure of the matrix is characterized by a chaotic crack propagation direction, indicating that the non-stable values of the properties in the process of exploitation. Accordingly, an optimum content of nanoparticulate particles of fullerene C60 in an epoxy binder, which is q = 0,025...0,050 parts by weight, is established. At the same time, the moderate viscosity of the composite material fracture surface was observed, which alters the multi-vector distribution of cracks in the volume of the polymer, and thus allows the exploited of the developed materials without changing their properties for a long time.