Справочник по композиционным материалам

Химический состав

Чтобы быть уверенным в высоком качестве связующих, зачас­тую необходимо определить некоторые особенности их химического состава,- Это помогает убедиться в реакционной способности свя­зующего и в отсутствии в нем посторонних примесей. Примеси могут существенно изменять физические, химические и электри­ческие свойства материала. Ниже приводятся несколько видов испытаний, проводимых для определения химических свойств связующих.

Для эпоксидных связующих определение эпоксидного экви­валента и содержания гидроксилов достаточно для определения реакционной способности связующего. Точно измеряется содержа­ние хлора и влаги: избыточное содержание этих примесей может влиять как на реакционную способность связующего, так и на его электрические и другие свойства. В случае необходимости опре­деляется и точка плавления (размягчения) связующего.

В качестве примера можно привести стандарт ASTM D1763-76 на эпоксидную смолу, применяемую как в жидком, так и в твер­дом виде для литья, покрытий, в качестве герметика, клея и, наконец, в качестве связующего в композиционном материале. Отвердитель не включен в стандарт. В зависимости от химиче­ской природы предусмотрено шесть типов связующих: I — эпи - хлоргидрин и бифенол Л; II — продукты реакции фенола и фор­мальдегида (новолачное связующее) и эпихлоргидрин; III — циклоалифатические соединения и пероксикислота; IV — гли- цидиловые эфиры; V — продукты реакции аминофенола и эпи - хлоргидрина; VI — продукты реакции глиоксальтетрафенола и эпихлоргидрина.

По этому стандарту испытания включают определение вязкости (ASTM D1544), массового эпоксидного эквивалента (ASTM D1652), цвета (ASTM D1544) и определение температуры размягчения (для твердых связующих). Последний параметр определяется следующим образом: навеска связующего массой 2 г помещается в специальный цилиндрический объем и нагрева­ется на масляной бане до плавления.

Затем, после охлаждения с термометром, погруженным в рас­плав, в цилиндр наливается 50 г ртути. Образец вновь помещается в масляную баню и нагревается со скоростью 2° С/мин. Точкой размягчения считается температура, при которой связующее ока­жется поверх ртути.

Для неотвержденных полиэфирных связующих особый инте­рес представляет определение кислотного числа. Это такое коли­чество гидрооксида калия, которое необходимо для нейтрализа­ции 1 г связующего (см., например ASTM D2849). Знание этого параметра дает уверенность в однородности реакционной способ­ности связующего. Поскольку для образования сшитой структуры добавляются мономеры: стирол, винилтолуол, диаллилфталат и т. д., технические условия на полиэфирное связующее требуют, чтобы концентрация полиэфиров устанавливалась на нужном уровне. Для растворов связующих, а также связующих, образу­ющих летучие компоненты, необходимо определение содержания нелетучего (или твердого) компонента материала. Стандарт ASTM D1259 описывает метод определения содержания нелету­чего компонента в растворах связующих, a ASTM D1644-75 регламентирует измерение содержания связующего в лаках. В различных методах время и температура экспозиции волокна различны. В стандарте ASTM D1644, метод Л, предусмотрена необходимая экспозиция при 105 ± 2 °С в течение 3 ч (в условиях вентиляции). Метод В требует экспозиции при 149 ±3,3 °С в течение 10 мин (на горячей пластине). Нелетучий остаток опре­деляется всегда взвешиванием образца до экспозиции и после нее.

Катализаторы и отвердители также должны подвергаться проверкам, позволяющим убедиться в их чистоте и составе. Так, например, для типичного органического пероксида, используе­мого в качестве катализатора отверждения в полиэфирных свя­зующих, количество активного кислорода должно быть выше оп­ределенного техническими условиями минимального уровня. Со - 448 держание железа в таком катализаторе не должно превышать некоторого заданного значения. Эти параметры определяются при помощи стандартных методов аналитической химии. Аналогич­ным образом определяются и параметры аминных и ангидридных отвердителей эпоксидных связующих. Для ангидридов опреде­ляется содержание свободной и общей кислоты, для аминных от­вердителей — содержание аминных групп и воды.

Аналитический метод инфракрасной спектрометрии исполь­зуется для целей химической идентификации связующих, отвер­дителей и модификаций ингредиентов, а также для определения чистоты этих продуктов.