В последние годы эпоксидные смолы перестали быть остро дефицитными продуктами. Объяснить это можно тем, что в них уменьшилась потребность военных производств в результате конверсии, а с другой стороны, производственные мощности по выпуску синтетических смол еще не совсем изношены, и предприятия способны выпускать эти продукты в больших масштабах. Появилась возможность и тенденция более широкого использования эпоксидных связующих и композитов на их основе в гражданских технологиях, и в частности, в строительстве. Масштабы применения эпоксидов растут, не смотря на то, что относительно высокая стоимость эпоксидных смол несколько сдерживает развитие материалов и технологий с их использованием.
В «чистом» виде эпоксидные смолы почти не применяются. Поскольку эти материалы позволяют широко регулировать их характеристики в широком диапазоне свойств, за многие годы применения и эксплуатации эпоксидных соединений и композитов в военных технологиях и изделиях авиационно-космического назначения накоплен большой опыт по их модификации. В общем виде, методы модификации можно разделить на физические, основанные на адсорбционной модификации поверхности, и химические.
В основе физической модификации заложены представления о том, что физико-технические свойства макрокомпозитов можно регулировать путем изменения фильности поверхности заполнителей и устройства эластичных слоев по их поверхности. Принято считать, что различная удаленность точек, лежащих на поверхностях раздела фаз у матрицы и заполнителей, ведет к возникновению градиентов усадочных напряжений и деформаций по величине и направлению. Границы раздела матрицы и заполнителей образуют внутри макроструктуры композита своеобразные «усадочные ячейки». Объем и форма ячеек зависят от соотношения когезионной и адгезионной прочностей матрицы, числа фракций, количества и упаковки заполнителей. Образовавшиеся ячейки расчленяют структуру полимерного композита на отдельные блоки близких размеров, взаимодействующие через поверхности раздела и группирующиеся в более крупные блоки следующего масштабного уровня. Усадочные деформации структурных блоков вызывают деформации и напряжения на поверхностях раздела. Это приводит к нарушению сплошности матрицы и появлению зародышевых трещин. Такие трещины опасны для структур более низкого масштабного уровня. Зарождение трещин происходит по межкластерным поверхностям, т.к. разрыв сплошности энергетически выгоден и более вероятен по ослабленным местам структуры. К методам структурно-физической модификации можно отнести метод легирования малыми добавками химически не связанных с основным веществом соединений (жидких мономеров и олигомеров), локализующимися в дефектах структуры и заполняющими микропоровое пространство термореактивной сетки [1-2].
Сущность химической модификации заключается в обработке поверхностей наполнителей веществами, способными к химическому взаимодействию реакционноспособными группами, расположенными на поверхности наполнителей [3].
В настоящее время актуально получение одноупаковочных эпоксидных композиций с использованием латентных отвердителей. Авторами [4] для этих целей успешно применен дициандиамид. Композиции с использованием данного отвердителя обладают хорошими физико-механическими (прочностными) характеристиками. Преимущество состоит в том, что они могут отверждаться при пониженных температурах за минимальное время.
Для повышения химической стойкости эпоксидной смолы ЭД-20 в щелочных средах предложено модифицировать данный эпоксидный олигомер введением бифункционального фурансодержащего модификатора без сушественного увеличения условной вязкости [5].
В качестве модификаторов эпоксидных олигомеров авторы [6] использовали жидкие каучуки, представляющие собой карбоксилированные сополимеры олигобутадиена с акрилонитрилом. Отличительной особенностью модифицированных каучуками эпоксидных полимеров является меньшая, чем у исходных материалов, чувствительность к содержанию отвердителя, высокая стойкость к действию динамических нагрузок и температурных перепадов, повышенная стойкость к абразивному износу. Введение каучуков в эпоксидный олигомер также приводит к ощутимому росту показателя ударного сдвига.
Авторами [7] проведена модификация эпоксидной смолы ЭД-20 диимидами ароматических кислот. Полученные эпоксисульфоимидные олигомеры обладают более высокой термической устойчивостью и могут быть применены в качестве термостойких материалов, связующих, адгезивов и защитных покрытий с улучшенными техническими свойствами при сохранении высокой стойкости.
Для получения связующего с повышенной термостойкостью на основе смеси эпоксидных олигомеров [8] была использована модифицирующая добавка полиметилсилоксан ПМС - 5000. При этом в связующем при отверждении созданы условия для формирования более регулярной сетчатой структуры, снижения уровня остаточных напряжений, что в итоге привело к улучшению комплекса механических свойств как связующего, так и конструкционного стеклопластика на его основе.
С целью усиления эпоксидных полимеров [9] разработан метод антипластификации эпоксидных соединений, заключающийся в том, что в исходный олигомер вводят вещества, способные хорошо совмещаться с эпоксидным олигомером, иметь полярные атомы (хлор, кислород, азот, серу и др.), содержать не менее двух циклов и обладать некоторыми критическими размерами молекул. Это повышает прочность и модуль упругости в 1,3-1,5 раза.
Таким образом, высокие эксплуатационные характеристики, например, химическая стойкость, и уникальность сочетания различных полезных и зачастую необходимых свойств, во многих случаях делают применение эпоксидных соединений и композитов рентабельным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Соломатов В.И. Кластеры в структуре и технологии композиционных строительных материалов / В.И.Соломатов, А.Н. Бобрышев, А.П. Прошин // Изв. Вузов. Сер. Стр-во и архитектура. - 1983. - № 4. C. 56-61.
- Карнаухова А.В. Исследование термостойкости конструкционных стеклопластиков на эпоксидных связующих. / А.В. Карнаухова, Л.Ю. Огрель // Успехи в химии и химической технологии: Том XVI: №3, РХТУ им. Д.И. Менделеева. - Москва, 2002. - С. 35-36.
- Христофорова И.А. Влияние модифицирующих добавок на свойства высоконаполненного поливинилхлорида / И.А. Христофорова, П.П. Гуюмджян, А.И. Христофоров и др. // Изв. вузов. Строительство. 2004. № 12. С. 23-26.
- Колышкин В.А. Изучение влияния содержания ускорителя на свойства клеевой композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-22 и дициандиамида / В.А. Колышкин, М.Л. Кербер, И.Ю. Горбунова // Пластические массы. 2005. № 7. С. 18-20.
- Петько И.П. Эпоксидные связующие для малоэнергоемких технологий получения композиционных материалов / И.П. Петько, О.И. Петько, Е.В. Петько и др. // Пластические массы. 2004. № 8. С. 32-34.
- Кочергин Ю.С. Клеевые композиции на основе модифицированных эпоксидных смол / Ю.С. Кочергин, Т.А. Кулик, Т.И. Григоренко // Пластические массы. 2005. № 10. С. 9-15.
- Асланов Т.А. Эпоксиимидные олигомеры и термостойкие покрытия на их основе / Т.А. Асланов, У.М. Мамедли, Н.Я. Ищенко и др. // Пластические массы. 2005. № 6. С. 25-27.
- Огрель Л.Ю. Модификация эпоксидного связующего полиметилсилоксаном для изготовления стеклопластиковых труб и газоотводящих стволов /Л.Ю. Огрель, А.В. Ястребинская, И.Ю. Горбунова // Строительные материалы. 2006. № 5. С. 57-59.
- Хозин В.Г. Усиление эпоксидных полимеров. - Казань: Изд-во ПИК «Дом печати», 2004. - 446 с.