Где используются полимерные смолы
Полимерные смолы являются базой для композитных материалов, используемых при производстве узлов и конструкций в авиации, судостроении, автомобилестроении, ветроэнергетике и химической промышленности. Из них изготавливают корпусные элементы самолетов и катеров, фюзеляжи, крылья, лопасти ветрогенераторов, трубы и другие изделия.
В этих отраслях традиционно применяют эпоксидные смолы с высокой прочностью и долговечностью, стойкие к влаге и химическим воздействиям. Но производство таких составов дорогое и сложное.
Более массовые полиэфирные смолы, а также виниловые и эпокси-виниловые эфиры широко используются в гражданском строительстве, сантехнике, мебели и электротехнике благодаря простоте литья и низкой стоимости. Однако композиты на их основе хуже переносят ударные нагрузки и легко поглощают воду. Это сокращает срок службы изделий и ограничивает их применение в конструкциях, подвергающихся высоких нагрузокам, отмечают в Минобрнауки.
Как можно улучшить характеристики недорогих полимерных смол
Повысить характеристики дешевых смол можно с помощью гибридных модификаторов – добавок, корректирующих структуру материала на молекулярном уровне. Каждая из них нацелена на определенный параметр (прочность, влагопоглощение, ударная вязкость и так далее). Но совместное использование нескольких добавок осложнено риском их нежелательных взаимодействий и неравномерного распределения. Системных исследований принципов их сочетания ранее не проводилось. В результате в ряде отраслей по-прежнему продолжают применять более дорогие эпоксидные составы
Что предлагают пермские ученые
Специалисты ПНИПУ детально изучили совместное влияние существующих модификаторов на свойства недорогих смол. В качестве основы были выбраны полиэфирные смолы, а также виниловый и эпокси-виниловый эфиры. Для усовершенствования были отобраны пять добавок, каждая из которых отвечает за один из ключевых параметров: прочность, влагопоглощение, устойчивость к удару, сохранение формы при отверждении и износостойкость.
После этого ученые приступили к разработке рецептуры и технологии смешения.
"Готовые образцы мы проверяли на разные нагрузки: растягивали, сгибали, били маятником. Также замеряли, насколько деталь меняет размер после затвердевания, сколько воды впитывает и как быстро стирается при трении", – рассказал один из авторов исследования, аспирант кафедры "Механика композиционных материалов и конструкций" ПНИПУ Алексей Полин.
Он отметил, что во время экспериментов моделировались реальные условия эксплуатации. Для каждого варианта рецептуры специалисты делали несколько образцов, чтобы результаты были достоверными.
Что показали испытания
Как показали испытания, добавление всех пяти модификаторов улучшает свойства смол. Наилучшие показатели продемонстрировали эпокси-винилэфирные составы. Прочность материалов возросла почти на треть, сопротивление удару – в два раза, износ уменьшился примерно в пять раз, влагопоглощение снизилось в 1,2–1,8 раза.
"По совокупности свойств полученный материал становится прямым конкурентом среднетемпературным эпоксидным смолам, которые традиционно задействуют в авиации и других ответственных отраслях промышленности. При этом технология переработки остается простой", – отметила профессор кафедры "Механика композиционных материалов и конструкций" ПНИПУ, доктор технических наук Галина Шайдурова.
В чем важность разработки пермских ученых
Как поясняет Шайдурова, модифицированные составы становятся пригодны для тех областей, где раньше их нельзя было использовать из-за низкой надежности и долговечности.
По итогам работы исследователи определили точные концентрации и порядок введения пяти модификаторов, благодаря которым недорогие смолы достигают свойств, сопоставимых с эпоксидными. Это открывает возможность их использования там, где раньше требовались более дорогие материалы. В том числе для корпусов катеров, кузовных элементов автомобилей, лопастей ветрогенераторов, а также для емкостей и трубопроводов в химической промышленности.
