Оптимизация состава дисперсной фазы для создания термостойких и высокопрочных композитов на основе полиметилсилоксановой смолы

Размещено на http://www.allbest.ru//

Оптимизация состава дисперсной фазы для создания термостойких и высокопрочных композитов на основе полиметилсилоксановой смолы

С. А. Клюшников

Исследовано влияние различных дисперсных наполнителей на кремнийорганическое связующее с целью получения высокопрочного и термостойкого композиционного материала.

Ключевые слова: кремнийорганические смолы, полиметилсилоксановая смола, композиционные материалы, наполнители, модификация.

Область применения кремнийорганических соединений весьма обширна и регулярно обновляется и, соответственно, обладая широким спектром ценных свойств, данные соединения представляют большой интерес при получении полимерных композиционных материалов. В связи с непрерывным развитием технологий в различных отраслях промышленности, создание материалов с повышенными прочностными характеристиками и термостойкостью весьма актуально.

Основным объектом исследования была выбрана полиметилсилоксановая смола марки КМ9-К (ПМС), массовая доля нелетучих веществ не менее 95%, растворимость в этиловом спирте-полная, время желатинизации в пределах 1-8 минут. Она обладает достаточно высокой термостойкостью, имеет хорошую химическую стойкость и характеризуется повышенными электроизоляционными свойствами, однако, обладает недостаточно высокими прочностными характеристиками. В качестве наполнителей для приготовления композиций на основе ПМС были взяты следующие вещества: слюда, карбид кремния, корунд, фарфоровый порошок, карбид бора.

Оценка эффективности и концентрации наполнителей на свойства ПМС рассматривалась по их влиянию:

на физико-механические свойства: прочность при сжатии, твердость;

на способность выдерживать высокие температуры без потери свойств.

Варьируя концентрацию добавок при смешении композиций можно проследить, как изменяются свойства в наполненных системах. Полученные образцы были испытаны на прочность при сжатии и была определена их твердость. Прочность при сжатии определялась стандартной методикой, соответствующей ГОСТ-4651-82, а твердость определялась с помощью твердомера TH-200 по шкале «А» Шора. Данные о составах композиционных материалов и их свойствах содержатся в таблице 1, а зависимость прочности при сжатии от вида и содержания наполнителя приведена на рисунке 1.

Таблица 1. Составы и свойства композиционных материалов на основе ПМС

Из графика на рисунке 1 видно, что при повышении содержания слюды и корунда наибольшая прочность получаемых образцов обеспечивается при введении наполнителей в количестве 25-50% .

Прочность образцов, наполненных карбидом кремния, практически не изменяется независимо от его содержания в составе композиции. Наибольшая прочность образцов с фарфоровым порошком обеспечиватся при 50%-м содержании, при меньших и больших концентрациях наполнителя улучшения прочностных характеристик не наблюдается. Данные мелкодисперсные наполнители оказывают хорошее армирующее действие на связующее и повышение прочностных характеристик обусловлено сродством природы наполнителей и связующего, а также возможной физической адсорбцией или хемосорбцией смолы на поверхности наполнителя.

Рис.1. Зависимость прочности при сжатии от содержания наполнителя

Для повышения прочностных характеристик композиционных материалов было предложено использовать смеси наполнителей, взятых в различных соотношениях. Критериями оценки служили прочность при сжатии, твердость и потеря массы при нагревании образцов.

На основании данных о прочности и твердости образцов были отобраны составы (таблица 2) для проведения дальнейших исследований.

Таблица 2. Составы и свойства композиционных материалов

Наиболее высокий показатель прочности был получен у образцов, наполненных смесью карбидов бора и кремния, однако показатель твердости у этих образцов заметно ниже, чем у всех остальных. Это можно объяснить недостаточной степенью наполнения в виду практической невозможности получения высоконаполненных образцов на основе ПМС без использования разбавителей или растворителей.

Термостойкость образцов определяли путем их нагревания в муфельной печи до 700-800 оС со скоростью 25 оС в минуту. Каждый раз при повышении температуры в печи на 100 оС производили выемку образцов и определяли потерю массы. При достижении 800 оС образцы подверглись выдержке при данной температуре в течение 2 часов, однако существенных изменений массы образцов не наблюдалось. Полученные данные представлены на рисунке 2.

Из рисунка 2 видно, что, независимо от вида наполнителей, их введение в виде смесей в состав композиционных материалов привело к значительному повышению термостойкости. Это обусловлено тем, что в работе применялись термостойкие наполнители. К тому же использование в качестве связующего реакционноспособной полиметилсилоксановой смолы, вероятно, привело к ее физической адсорбции или хемосорбции на поверхности наполнителей, что способствовало повышению как прочностных свойств, так и термостойкости композиционных материалов.

Рис. 2. Термогравиметрические кривые композиций

Таким образом, проведенные исследования позволили установить положительное влияние термостойких дисперсных наполнителей на свойства ПМС и определить наиболее перспективные составы наполнителей для получения термостойких композиционных материалов с высокими прочностными характеристиками. В ходе дальнейшей работы планируется более детальное изучение механизма взаимодействия ПМС с выбранными наполнителями, а также подбор эффективных модифицирующих добавок для создания высокопрочного термостойкого связующего и композиционных материалов на основе полиметилсилоксановой смолы.

дисперсный наполнитель композиционный

Литература

1. Андрианов К.А. Кремнийорганические соединения. - М.: ГНТИХЛ, 1955. - 520 с.

2. Берлин А. А. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) //Сталь. - 1995. - Т. 35. - С. 2.

3. Воробьев А. Кремнийорганические смолы //Компоненты и технологии. - 2004. - №. 37. - С. 174-175.

4. Солнцев С. С., Гращенков Д. В., Исаева Н. В. Высокотемпературные композиционные материалы для перспективных изделий авиа-и машиностроения //Конверсия в машиностроении. - 2004. - №. 4. - С. 60-64.

Размещено на Allbest.ru