Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита
Вивчено вплив концентрації компонентів реакційноздатних композицій та умов одержання і затвердження фенолоформальдегідних смол епоксидною смолою в присутності полівінілпіролідону (ПВП) на фізико-механічні, теплофізичні, адгезійні, електроізоляційні та антикорозійні властивості композитів. Позитивний...
Saved in:
| Published in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137206 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита /О.В. Суберляк, В.В. Красінський, Й.М. Шаповал, О.М. Гриценко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 89-96. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-137206 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Суберляк, О.В. Красінський, В.В. Шаповал, Й.М. Гриценко, О.М. 2018-06-17T08:41:02Z 2018-06-17T08:41:02Z 2010 Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита /О.В. Суберляк, В.В. Красінський, Й.М. Шаповал, О.М. Гриценко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 89-96. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137206 668.395.6+678.029.5:669:666 Вивчено вплив концентрації компонентів реакційноздатних композицій та умов одержання і затвердження фенолоформальдегідних смол епоксидною смолою в присутності полівінілпіролідону (ПВП) на фізико-механічні, теплофізичні, адгезійні, електроізоляційні та антикорозійні властивості композитів. Позитивний ефект модифікації ПВП та епоксидною смолою проявляється в області концентрацій 0,5...1 mass.% ПВП, 25...30 mass.% ЕД-20 у присутності 1 mass.% N,N-диметиланіліну, зокрема адгезійна міцність клею на основі розробленої композиції зростає в 4 рази і становить 5...6 МPа, ударна міцність, міцність за статичного згину, поверхнева твердість та питомий об’ємний електричний опір, затверджених зразків при 150...160°С впродовж 25...30 min, зростають в 1,5–2,5 рази і відповідно становлять 5...6 J/m², 15...17 МРа, 350...420 МРа та 5,5...6,5⋅10¹⁰ Ω·m. Зміна властивостей суттєво залежить від умов затвердження. Оптимізовано рецептуру модифікованих фенолоформальдегідних композицій, що передбачає одержання матеріалу з прогнозованими властивостями. Изучено влияние концентрации реакционноспособных компонентов композиций и условий получения и отверждения фенолоформальдегидных смол эпоксидной смолой в присутствии поливинилпирролидона (ПВП) на физико-механические, теплофизические, адгезионные, электроизоляционные и антикоррозионные свойства композитов. Позитивный эффект модификации ПВП и эпоксидной смолой проявляется в области концентраций ПВП 0,5...1 mass.%, ЭД-20 – 25...30 mass.%. в присутствии 1 mass.%. N,N-диметиланилина, в частности адгезионная прочность клея на основе разработанной композиции возрастает в 4 раза и составляет 5...6 МPа, ударная прочность, прочность при статическом изгибе, поверхностная твердость и удельное объемное электрическое сопротивление, отвержденных образцов при 150...160°С на протяжении 25...30 min, возрастают в 1,5–2,5 раза и соответственно составляют 5...6 kJ/m², 15...17 МPа, 350...420 МPа и 5,5... 6,5⋅10¹⁰ Ω·m. Изменение свойств в значительной степени зависит от условий отверждения. Оптимизировано рецептура феноло-формальдегидных композиций модифицированных ПВП и эпоксидной смолой, которая предусматривает получение материала с прогнозируемыми свойствами. The effect of composition components concentration and conditions of phenolformaldehyde resins preparation and hardening by epoxy resin with polyvinylpyrrolidone (PVP) presence on physico-mechanical, thermophysical, adhesive, insulating and anticorrosive characteristics of composites is investigated. The positive effect of modification by PVP and epoxy resin is revealed in PVP concentrations range 0.5...1 mass.%, EД-20 – 25...30 mass.% in 1 mass.% N,N-dimethylaniline. The adhesion strength of glue on the base of developed composition increases in four times, being 5...6 MPa, impact strength, static bending strength, surface hardness and specific volume electrical resistance of hardened samples at 150...160°C for 25...30 min increase in 1.5...2.5 times and are accordingly 5...6 kJ/m², 15...17 MPa, 350...420 MPa and 5.5…6.5⋅10¹⁰ Ω·m. The change of characteristics significantly depends on hardening conditions. The formula of phenol-formaldehyde compositions modified by PVP and epoxy resin, suggesting the obtaining of material with predicted properties, is optimized. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита Влияние механизма и параметров отверждения модифицированных новолаковых феноло- формальдегидных смол на физико-механические свойства композита The influence of mechanism and parameters of hardening of modified new laquer phenolformaldehyde resins on composite physicomechanical properties Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита |
| spellingShingle |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита Суберляк, О.В. Красінський, В.В. Шаповал, Й.М. Гриценко, О.М. |
| title_short |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита |
| title_full |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита |
| title_fullStr |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита |
| title_full_unstemmed |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита |
| title_sort |
вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита |
| author |
Суберляк, О.В. Красінський, В.В. Шаповал, Й.М. Гриценко, О.М. |
| author_facet |
Суберляк, О.В. Красінський, В.В. Шаповал, Й.М. Гриценко, О.М. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Влияние механизма и параметров отверждения модифицированных новолаковых феноло- формальдегидных смол на физико-механические свойства композита The influence of mechanism and parameters of hardening of modified new laquer phenolformaldehyde resins on composite physicomechanical properties |
| description |
Вивчено вплив концентрації компонентів реакційноздатних композицій та умов одержання і затвердження фенолоформальдегідних смол епоксидною смолою в присутності полівінілпіролідону (ПВП) на фізико-механічні, теплофізичні, адгезійні, електроізоляційні та антикорозійні властивості композитів. Позитивний ефект модифікації ПВП та епоксидною смолою проявляється в області концентрацій 0,5...1 mass.% ПВП, 25...30 mass.% ЕД-20 у присутності 1 mass.% N,N-диметиланіліну, зокрема адгезійна міцність клею на основі розробленої композиції зростає в 4 рази і становить 5...6 МPа, ударна міцність, міцність за статичного згину, поверхнева твердість та питомий об’ємний електричний опір, затверджених зразків при 150...160°С впродовж 25...30 min, зростають в 1,5–2,5 рази і відповідно становлять 5...6 J/m², 15...17 МРа, 350...420 МРа та 5,5...6,5⋅10¹⁰ Ω·m. Зміна властивостей суттєво залежить від умов затвердження. Оптимізовано рецептуру модифікованих фенолоформальдегідних композицій, що передбачає одержання матеріалу з прогнозованими властивостями.
Изучено влияние концентрации реакционноспособных компонентов композиций и условий получения и отверждения фенолоформальдегидных смол эпоксидной смолой в присутствии поливинилпирролидона (ПВП) на физико-механические, теплофизические, адгезионные, электроизоляционные и антикоррозионные свойства композитов. Позитивный эффект модификации ПВП и эпоксидной смолой проявляется в области концентраций ПВП 0,5...1 mass.%, ЭД-20 – 25...30 mass.%. в присутствии 1 mass.%. N,N-диметиланилина, в частности адгезионная прочность клея на основе разработанной композиции возрастает в 4 раза и составляет 5...6 МPа, ударная прочность, прочность при статическом изгибе, поверхностная твердость и удельное объемное электрическое сопротивление, отвержденных образцов при 150...160°С на протяжении 25...30 min, возрастают в 1,5–2,5 раза и соответственно составляют 5...6 kJ/m², 15...17 МPа, 350...420 МPа и 5,5... 6,5⋅10¹⁰ Ω·m. Изменение свойств в значительной степени зависит от условий отверждения. Оптимизировано рецептура феноло-формальдегидных композиций модифицированных ПВП и эпоксидной смолой, которая предусматривает получение материала с прогнозируемыми свойствами.
The effect of composition components concentration and conditions of phenolformaldehyde resins preparation and hardening by epoxy resin with polyvinylpyrrolidone (PVP) presence on physico-mechanical, thermophysical, adhesive, insulating and anticorrosive characteristics of composites is investigated. The positive effect of modification by PVP and epoxy resin is revealed in PVP concentrations range 0.5...1 mass.%, EД-20 – 25...30 mass.% in 1 mass.% N,N-dimethylaniline. The adhesion strength of glue on the base of developed composition increases in four times, being 5...6 MPa, impact strength, static bending strength, surface hardness and specific volume electrical resistance of hardened samples at 150...160°C for 25...30 min increase in 1.5...2.5 times and are accordingly 5...6 kJ/m², 15...17 MPa, 350...420 MPa and 5.5…6.5⋅10¹⁰ Ω·m. The change of characteristics significantly depends on hardening conditions. The formula of phenol-formaldehyde compositions modified by PVP and epoxy resin, suggesting the obtaining of material with predicted properties, is optimized.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137206 |
| citation_txt |
Вплив механізму та параметрів затвердження модифікованих новолакових фенолоформальдегідних смол на фізико-механічні властивості композита /О.В. Суберляк, В.В. Красінський, Й.М. Шаповал, О.М. Гриценко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 89-96. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT suberlâkov vplivmehanízmutaparametrívzatverdžennâmodifíkovanihnovolakovihfenoloformalʹdegídnihsmolnafízikomehaníčnívlastivostíkompozita AT krasínsʹkiivv vplivmehanízmutaparametrívzatverdžennâmodifíkovanihnovolakovihfenoloformalʹdegídnihsmolnafízikomehaníčnívlastivostíkompozita AT šapovalim vplivmehanízmutaparametrívzatverdžennâmodifíkovanihnovolakovihfenoloformalʹdegídnihsmolnafízikomehaníčnívlastivostíkompozita AT gricenkoom vplivmehanízmutaparametrívzatverdžennâmodifíkovanihnovolakovihfenoloformalʹdegídnihsmolnafízikomehaníčnívlastivostíkompozita AT suberlâkov vliâniemehanizmaiparametrovotverždeniâmodificirovannyhnovolakovyhfenoloformalʹdegidnyhsmolnafizikomehaničeskiesvoistvakompozita AT krasínsʹkiivv vliâniemehanizmaiparametrovotverždeniâmodificirovannyhnovolakovyhfenoloformalʹdegidnyhsmolnafizikomehaničeskiesvoistvakompozita AT šapovalim vliâniemehanizmaiparametrovotverždeniâmodificirovannyhnovolakovyhfenoloformalʹdegidnyhsmolnafizikomehaničeskiesvoistvakompozita AT gricenkoom vliâniemehanizmaiparametrovotverždeniâmodificirovannyhnovolakovyhfenoloformalʹdegidnyhsmolnafizikomehaničeskiesvoistvakompozita AT suberlâkov theinfluenceofmechanismandparametersofhardeningofmodifiednewlaquerphenolformaldehyderesinsoncompositephysicomechanicalproperties AT krasínsʹkiivv theinfluenceofmechanismandparametersofhardeningofmodifiednewlaquerphenolformaldehyderesinsoncompositephysicomechanicalproperties AT šapovalim theinfluenceofmechanismandparametersofhardeningofmodifiednewlaquerphenolformaldehyderesinsoncompositephysicomechanicalproperties AT gricenkoom theinfluenceofmechanismandparametersofhardeningofmodifiednewlaquerphenolformaldehyderesinsoncompositephysicomechanicalproperties |
| first_indexed |
2025-11-24T16:26:14Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:26:14Z |
| _version_ |
1850482639564177408 |
| fulltext |
89
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2010. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 668.395.6+678.029.5:669:666
ВПЛИВ МЕХАНІЗМУ ТА ПАРАМЕТРІВ ЗАТВЕРДЖЕННЯ МОДИФІ-
КОВАНИХ НОВОЛАКОВИХ ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГІДНИХ СМОЛ
НА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТА
О. В. СУБЕРЛЯК, В. В. КРАСІНСЬКИЙ, Й. М. ШАПОВАЛ, О. М. ГРИЦЕНКО
Національний університет “Львівська політехніка”
Вивчено вплив концентрації компонентів реакційноздатних композицій та умов одер-
жання і затвердження фенолоформальдегідних смол епоксидною смолою в присут-
ності полівінілпіролідону (ПВП) на фізико-механічні, теплофізичні, адгезійні, елект-
роізоляційні та антикорозійні властивості композитів. Позитивний ефект модифіка-
ції ПВП та епоксидною смолою проявляється в області концентрацій 0,5...1 mass.%
ПВП, 25...30 mass.% ЕД-20 у присутності 1 mass.% N,N-диметиланіліну, зокрема ад-
гезійна міцність клею на основі розробленої композиції зростає в 4 рази і становить
5...6 МPа, ударна міцність, міцність за статичного згину, поверхнева твердість та пи-
томий об’ємний електричний опір, затверджених зразків при 150...160°С впродовж
25...30 min, зростають в 1,5–2,5 рази і відповідно становлять 5...6 J/m2, 15...17 МРа,
350...420 МРа та 5,5...6,5⋅1010 Ω·m. Зміна властивостей суттєво залежить від умов за-
твердження. Оптимізовано рецептуру модифікованих фенолоформальдегідних ком-
позицій, що передбачає одержання матеріалу з прогнозованими властивостями.
Ключові слова: композиційні матеріали, механізм структурування, адгезійні влас-
тивості, клейові матеріали, антикорозійні покриви, фенолоформальдегідна смола,
епоксидна смола, полівінілпіролідон, фізико-механічні властивості, математичне
планування, рівняння регресії.
Під час розробки реакційноздатних композиційних матеріалів з прогнозова-
ними властивостями необхідно встановити вплив співвідношення компонентів та
умов формування на швидкість і ступінь структурування композицій. Щоб пе-
редбачити властивості композитів, важливо також знати хімізми реакцій, які мо-
жуть відбуватися в системі залежно від природи компонентів та умов затвер-
дження композицій олігомерного типу під час формування композита на основі
мінеральних наповнювачів, який володів би специфічними характеристиками –
високими адгезійною міцністю, пластичністю тощо.
У зв’язку з широким застосуванням фенолоформальдегідних смол (ФФС) у
промисловості і в побуті сьогодні виникла необхідність одержати нові види фе-
нопластів, які мають високі фізико-механічні показники і універсальний комп-
лекс властивостей, для експлуатації в різних умовах. Універсальність застосуван-
ня таких матеріалів зумовлена широким температурним інтервалом їх затвер-
дження і можливістю одержати різноманітні експлуатаційні характеристики за-
лежно від призначення.
Фенолоформальдегідні полімери застосовують як клейові матеріали, анти-
корозійні покриви і як зв’язні для виготовлення прес-порошків. Розвиток галузі
полімерних клеїв та захисних покривів вимагає створення нових полімерних ма-
теріалів із заданим поєднанням властивостей, в першу чергу, з підвищеною адге-
зійною міцністю, водо-, хім- та термотривкістю.
Контактна особа: В. В. КРАСІНСЬКИЙ, e-mail: vkrasinsky@polynet.lviv.ua
90
ФФС широко застосовують під час склеювання скла і металу. Зокрема, для
виготовлення електричних ламп розжарювання як зв’язне у клейовій мастиці,
якою з’єднують металевий цоколь зі скляною колбою, вживають новолакову
ФФС. Клейові композиції на її основі поряд із значними перевагами (доступність
сировини, дешевизна, легкість виготовлення лаку, хороші діелектричні власти-
вості, добра хімічна тривкість) мають і суттєві недоліки: висока крихкість напов-
нених ФФС через пористість, недостатня адгезія до металу і скла. Тому проблема
одержання нових і модифікації існуючих полімерних клейових композицій для
склеювання металів і скла завжди актуальна.
Одним із напрямків оптимізації властивостей полімерних матеріалів є їх мо-
дифікація, яка полягає у керованій зміні хімічної будови і фізичної структури.
Цього досягають як структурним різноманіттям затверджувачів для них, так і
легкістю їх хімічної модифікації завдяки реакційноздатним групам.
Модифікація фенолоформальдегідних композицій з використанням епокси-
діанової смоли та полімерів N-вінільного ряду забезпечує комплексне поліпшен-
ня властивостей “зшитих” фенопластів через утворення додаткових просторових
сіток у резиті, а також завдяки полярним функційним групам у макроланцюзі.
Підтверджена [1–4] перспективність використання ПВП та епоксидної смоли та
їх позитивний вплив на властивості фенолоформальдегідних композицій. Клеї на
основі такої композиції мають поліпшені фізико-механічні [2] та адгезійні влас-
тивості [3, 4]. Також встановлено механізм хімічної взаємодії між макромолеку-
лами ФФС та ПВП [5], який забезпечує формування матеріалу нової будови.
На цьому етапі головне завдання – вивчити вплив механізму та параметрів
затвердження композицій на фізико-механічні та електроізоляційні властивості
ФФС, зокрема адгезійну міцність, питомий об'ємний електричний опір, механіч-
ну міцність за статичного згинання та поверхневу твердість з композиційним
складом вихідної суміші ФФС з епоксидною смолою ЕД-20 та ПВП з молекуляр-
ною масою 12600.
Методи досліджень. Для вивчення структурування зразки композицій у виг-
ляді плівок одержували у формах з порожниною діаметром 55 mm з політетра-
фторетилену марки фторопласт-4 (ГОСТ 10007-80). Плівку від підкладки відділя-
ли за незначного нагріву. Вміст гель-фракції визначали методом екстракції зазда-
легідь подрібнених плівок етанолом в апараті Сокслета. Для зняття фізико-меха-
нічних характеристик (поверхневої твердості, міцності за статичного згину та
ударної в’язкості) зразки стандартних розмірів 50×6×4 mm у вигляді брусків пря-
мокутного перерізу одержували у фторопластових формах. Їх питомий об’ємний
електричний опір вимірювали згідно з ГОСТ 6433.2–71. Зразки у вигляді дисків
діаметром 55 mm і товщиною 2 mm досліджували на тераометрі марки Е6–13А
ГОСТ 22261–76 за допомогою прямокутних мідних електродів.
Міцність за статичного згину зразків композицій визначали згідно з
ГОСТ 4648-63, адгезійну міцність клейових з’єднань метал–метал і метал–скло
на зсув – за ГОСТ 14759-69 та на відрив – за ГОСТ 14760-69. Використовували
розривну машину марки 050/RT–601U японської фірми “KIMURA MACHINERY”.
Поверхневу твердість полімерного матеріалу визначали на консистометрі Хепле-
ра втискуванням у зразок сталевого конуса з кутом 53°08' під навантаженням 50 N
впродовж 60 s. Ударну в’язкість визначали за ГОСТ 4647-80 на маятниковому коп-
рі марки 2083КМ-0.4. Теплотривкість – за методом Віка згідно з ГОСТ 15065-69.
Стадії приготування полімерних композицій такі: одержання ідітолового ла-
ку розчиненням при 40...50°С необхідної наважки новолакової ФФС в ізопропі-
ловому спирті; відповідну наважку ПВП (ПВП підсушували впродовж 4 h при
60°С в повітряному термостаті) розчиняли в ізопропіловому спирті і ретельно
змішували з ідітоловим лаком та епоксидною смолою; суміш нагрівали при 75...
91
80°С впродовж 1 h, постійно перемішуючи. Після цього додавали каталізатор за-
твердження N,N-диметиланілін (ДМА).
Результати досліджень та їх обговорення. Прогнозованої зміни фізико-ме-
ханічних властивостей, зокрема адгезійної активності ФФС, очікували не стільки
від фізичних ефектів, викликаних унікальними властивостями ПВП і ЕД-20,
скільки від керованої хімічної взаємодії ПВП з ФФС і ЕД-20 та ФФС з ЕД-20.
Оскільки смола твердне при високих температурах (150...180°С) з урахуванням
екзоефекту, можна сподіватись реакції між вільними гідроксильними групами
ФФС та лактамними циклами ПВП. Це передбачення підтверджує низка фізич-
них і хімічних методів досліджень – ДТА аналізу, ІЧ-спектроскопії, хімічного ти-
трування тощо [5].
Формування тривимірної структури в композиціях під час взаємодії новола-
кової ФФС з епоксидіановою смолою ЕД-20 у присутності ДМА та вплив на цю
взаємодію ПВП досліджували методом екстрагування під час визначення вмісту
нерозчинної зшитої гель-фракції в плівках [7]. Попередньо на модельних двоком-
понентних системах вивчали можливість взаємодії фенолоформальдегідного та
епоксидного олігомерів у присутності ПВП. Після введення від 1 до 50 mass.%
ПВП до новолакової фенолоформальдегідної і епоксидної смол за нагріву до
150...160°С впродовж 0,5...1 h сітчаста будова не утворюється.
Далі вивчали вплив концентрації компонентів та режимів затвердження на
структурування епоксиноволакових композицій (ЕНК) у присутності ДМА. Вста-
новлено, що ступінь затвердження залежить як від вмісту смоли ЕД-20, так і від
концентрації каталізатора, і тому вже за вмісту смоли 25 mass.% він становить
99,4% за кількості 1 mass.% ДМА. Якщо у композиції 50 mass.% ЕД-20, ступінь за-
твердження 99,9%. Однак найраціональніше співвідношення ФФС:ЕС = 3:1, коли
спостерігається високий ступінь затвердження композицій за вмісту 1 mass.% ДМА.
Закономірно, що з підвищенням температури затвердження вихід гель-фрак-
ції, незалежно від компонентного складу композицій, зростає і оптимальною є
температура затвердження 140...160°С. За наявності в композиції 1 mass.% ПВП
ступінь затвердження також зростає, хоча з подальшим збільшенням його кон-
центрації вихід гель-фракції дещо зменшується. Це пояснюють вимиванням з ре-
зиту розчиненої частки ПВП, що не вступила в хімічну взаємодію з ФФС. Отже,
ПВП відіграє важливу роль в утворенні розгалуженої просторової структури під
час затвердження одержаних ЕНК за його невеликих кількостей у композиції.
Описані чинники суттєво впливають на фізико-механічні властивості компо-
зита. Зі збільшенням кількості епоксидної смоли та ДМА зростають його міц-
ність за статичного згину (σ) (рис. 1a) і теплотривкість (табл. 1), а ударна в’яз-
кість a та поверхнева твердість H підвищуються лише за концентрації ЕД-20 (ω1)
до 25...30 mass.% (рис. 1b) та 0,5...1 mass.% ДМА. Це можна пояснити утворен-
ням щільнішої тривимірної сітки під час їх затвердження, причому значення фі-
зико-механічних показників зростають з підвищенням температури затвердження
композицій.
Залежність фізико-механічних властивостей досліджуваних композицій від
кількості ПВП має екстремальний характер з максимумом за вмісту ПВП (ω2)
1 mass.%. З його перевищенням теплотривкість (табл. 1), міцність за статичного
згину, ударна в’язкість та поверхнева твердість (рис. 2 і 3) знижуються незалеж-
но від режимів затвердження. Це пояснюють тим, що введення ПВП у малих
кількостях супроводжується формуванням хімічних вузлів зшивки під час затвер-
дження смоли, а з подальшим збільшенням вмісту ПВП впорядкованість у паку-
ванні ланцюгів руйнується, що веде до більшої дефектності структури з фізични-
ми зв’язками, а отже, зменшується значення перелічених величин. Тому раціо-
нальний вміст 0,5...1,0 mass.% ПВП.
92
Рис. 1. Вплив вмісту ЕД-20 (ω1) на міцність за статичного згину (а) та поверхневу
твердість (b) зразків композиції (0,5 mass.% ПВП і 1 mass.% ДМА) залежно
від режиму затвердження: 1 – 150...160°С; 2 – 70...90°С; 3 – 18...20°С.
Fig. 1. The effect of ЕД-20 resin (ω1) content on strength under static bending (а) (0.5 mass.%
polyvinylpyrrolidone (PVP) and 1 mass.% dimethylaniline (DMA)
and surface hardness (b) of specimens in dependence on hardening conditions:
1 – at 150...160°C; 2 – at 70...90°C; 3 – 18...20°С.
Таблиця 1. Залежність теплотривкості за Віка затверджених
композицій від їх складу
Склад композицій, mass.%
ФФС ЕД-20 ПВП ДМА
Теплотривкість
за Віка, ТV, °С
Температура
розм’якшення, ТR, °С
74,25 25 0,5 0,25 80 –
74 25 0,5 0,5 88 –
73,5 25 0,5 1 120 –
72 25 0,5 2,5 130 –
74 25 0 1 115 –
73,5 25 0,5 1 120 –
73,0 25 1,0 1 125 –
71,5 25 2,5 1 110 130
69,0 25 5,0 1 100 125
97,5 1 0,5 1 86 120
93,5 5 0,5 1 82 120
88,5 10 0,5 1 100 –
73,5 25 0,5 1 120 –
48,5 50 0,5 1 130 –
Аналогічні зміни виявлено під час дослідження впливу кількісного складу
композиції на адгезійну міцність клейового шва на її основі (табл. 2). Встановле-
но раціональний за адгезійною активністю склад композиції: 70...80 mass.% ФФС,
20...30 ЕД-20, 0,5...1,0 ПВП, 1 mass.% ДМА. Така композиція має також високі
фізико-механічні характеристики.
Встановлено, що макромолекули ПВП відіграють важливу роль в утворенні
просторової сітки під час затвердження композиції [6–9]. Вони можуть виступати
хімічними містками між окремими структурними фрагментами в затвердженому
матеріалі. Очевидно, внаслідок утворення структури “змійка в сітці” [10] підви-
щуються тепло- та термотривкість композицій. Додаткове зв’язування виникає за
93
Рис. 2. Fig. 2. Рис. 3. Fig. 3.
Рис. 2. Вплив вмісту ПВП (ω2) на міцність за статичного згину (σ) зразків композиції
(1 mass.% ДМА і 25 mass.% ЕД-20) залежно від режиму затвердження:
1 – 150...160°С; 2 – 70...90°С.
Fig. 2. The effect of PVP (ω2) content on strength (1 mass.% DMA) and 25 mass.% ЕД-20)
of specimen under static bending strength (σ) independent on hardening conditions:
1 – at 150...160°C; 2 – at 70...90°C.
Рис. 3. Вплив вмісту ПВП (ω2) на ударну в’язкість (a) фенолоформальдегідних
композицій, затверджених при 90...100°С: 1 – без ЕД-20, 4 mass.% уротропіну;
2 – 25 mass.% ЕД-20, 1 mass.% ДМА.
Fig. 3. The effect of PVP (ω2) content on phenol-formaldehyde compositions impact
toughness (a), hardened at 90...100°C: 1 – without ED-20, urotropin content 4 mass.%;
2 – 25 mass.% EД-20, 1 mass.% DMA.
Таблиця 2. Адгезійна міцність клейових з’єднань метал–скло на основі
модифікованих композицій залежно від їх складу*
Склад композицій, mass.% Адгезійна міцність
ФФС ЕД-20 ПВП ДМА за зсуву, МPа за відриву, МPа
74,25 25 0,5 0,25 1,962 0,844
74 25 0,5 0,5 3,825 1,356
73,5 25 0,5 1,0 5,756 1,960
72 25 0,5 2,5 6,613 3,252
74 25 0 1 4,878 1,329
73,5 25 0,5 1 5,756 1,960
73 25 1,0 1 6,428 2,385
71,5 25 2,5 1 4,839 1,425
69 25 5,0 1 3,116 1,087
97,5 1 0,5 1 0,933 0,428
93,5 5 0,5 1 1,612 0,684
88,5 10 0,5 1 2,823 0,952
73,5 25 0,5 1 5,756 1,960
48,5 50 0,5 1 7,532 2,114
* Зразки затверджували при 150...160°С впродовж 25...30 min.
94
відповідного співвідношення компонентів та режиму затвердження композиції
(під час нагрівання до 150...160°С). Окрім того, така структура передбачає підви-
щену механічну міцність та зменшення крихкості затвердженого матеріалу: адге-
зійна міцність зростає в 4 рази, ударна міцність, міцність за статичного згину, по-
верхнева твердість та питомий об’ємний електричний опір – в 1,5–2,5 рази. Але
максимально кожен параметр змінюється за інших чинників впливу. Тому для
полегшення пошуку композиційних складів термотривких клейових матеріалів
на основі ФФС з наперед заданими властивостями здійснене математичне плану-
вання за методом симплекс-решіткових планів Шеффе.
Вивчали вплив співвідношення компонентів полімерної суміші (ФФС, ЕД-20,
ПВП – фактори Х1, Х2, Х3) на такі властивості композицій, як адгезійна міцність
за зсуву, теплотривкість за Віка та вихід гель-фракції. Співвідношення інших
компонентів системи вважали сталими. Встановлено, що факторний простір су-
міші, властивості якої залежать тільки від трьох компонентів, є правильний дво-
вимірний симплекс – рівносторонній трикутник (рис. 4). Для системи виконуєть-
ся співвідношення
1 2 3 1X X X+ + = , (1)
де Х і ≥ 0 – концентрація і-го компонента в суміші.
Рис. 4. Fig. 4. Рис. 5. Fig. 5.
Рис. 4. Область дослідження властивостей композиції.
Fig. 4. The field of composition characteristics investigation.
Рис. 5. Лінії рівних значень характеристик композиції: суцільна лінія – адгезійна
міцність за зсуву, y1, МРа; штрихова лінія – теплотривкість за Віка, y2, °С;
штрих-пунктирна лінія – вміст гель-фракції, y3, %.
Fig. 5. The lines of composition characteristics equal values: solid line – adhesion strength
under shear, y1, МPa; dashed line – Vik’s heat resistance, y2, °С;
dashed-dotted line – content of gel-fraction, y3, %.
Вершини трикутника відповідають чистим речовинам, сторони – подвійним
системам. Оптимізували для найважливіших властивостей композицій – адгезій-
ної міцності за зсуву, σa (МPа), теплотривкості за Віка, ТV (°С), гель-фракції, G (%).
Досліджували не весь концентраційний трикутник, а тільки його локальну
частину, що представляє собою симплекс з вершинами А1 (100% ФФС; 0% ЕД-20;
0% ПВП); А2 (50% ФФС; 50% ЕД-20; 0% ПВП); А3 (95% ФФС; 0% ЕД-20; 5% ПВП)
(рис. 4). Верхня межа вмісту ПВП (5%) викликана технологічними ускладнення-
ми – за більшого вмісту ПВП зростає тривалість приготування та вартість компо-
95
зиції, підвищується її в’язкість, погіршуються експлуатаційні властивості. За
вмісту ЕД-20 понад 50% різко збільшується вартість композиції порівняно з не-
значним поліпшенням властивостей. Умови і результати дослідів подано в табл. 3.
Таблиця 3. Умови і результати дослідів у вигляді псевдокомпонент
і в натуральному масштабі
Псевдокомпоненти Натуральні змінні №
з/п Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3
y′1exp y′2 еxp y′3 еxp
1 1 0 0 1 0 0 0,69 75 1,65
2 0 1 0 0,5 0,5 0 7,53 130 99,9
3 0 0 1 0,95 0 0,05 0,78 80 1,80
4 1/2 1/2 0 0,75 0,25 0 4,88 115 98,4
5 1/2 0 1/2 0,975 0 0,025 0,93 85 2,05
6 0 1/2 1/2 0,725 0,25 0,025 4,84 110 98,5
7 2/3 0 1/3 0,983 0 0,017 0,97 83 2,28
8 2/3 1/3 0 0,833 0,167 0 3,18 105 78,2
9 0 2/3 1/3 0,8 0,167 0,033 2,95 100 75,6
З допомогою симплекс-решіткового методу Шеффе [11] розраховані коефі-
цієнти регресії та виведені рівняння залежності властивостей композиції від ком-
позиційного складу:
2 2
1 2 3 2 3 2 30,69 19,84 17,4 44,8 12,32 312 ;y X X X X X X= + + − − − (2)
2 2
2 2 3 2 3 2 375 210 700 2400 200 12000 ;y X X X X X X= + + − − − (3)
2 2
3 2 3 2 3 2 31,65 577,5 29 48 762 520y X X X X X X= + + − − − , (4)
де X1, X2, X3 – відповідно концентрації ФФС, ЕД-20, ПВП (1 mass.% ДМА); y1, y2, y3
– відповідно дослідні значення адгезійної міцності за зсуву, теплотривкості за Віка,
вмісту гель-фракції. Ці рівняння дають можливість визначити такі властивості ком-
позиції, як адгезійна міцність за зсуву, теплотривкість за Віка, вихід гель-фракції за
будь-якого складу вихідної композиції. За результатами розрахунків побудовані
лінії рівних значень характеристик (рис. 5), що передбачає розроблення процесу з
одержанням матеріалу з прогнозованими властивостями (дані для отримання ліній
рівних значень характеристик знаходили за програмою MathCad 14.0).
ВИСНОВКИ
Показано, що модифікація новолакових ФФС полівінілпіролідоном та епо-
ксидною смолою створює умови затвердження композиції без уротропіну, що
сприяє підвищенню адгезійних, міцнісних та електроізоляційних характеристик.
Позитивний ефект такої модифікації проявляється за 0,5...1 mass.% ПВП, 25...
30 mass.% ЕД-20 в присутності 1 mass.%. ДМА, зокрема адгезійна міцність зрос-
тає в 4 рази, ударна міцність, міцність за статичного згину, поверхнева твердість
та питомий об’ємний електричний опір – в 1,5–2,5 рази. Зміна властивостей сут-
тєво залежить від умов затвердження. Методом математичного планування виве-
дені лінії рівних значень характеристик залежно від композиційного складу та
визначені коефіцієнти регресії, що передбачає одержання матеріалу з прогнозо-
ваними властивостями.
96
РЕЗЮМЕ. Изучено влияние концентрации реакционноспособных компонентов ком-
позиций и условий получения и отверждения фенолоформальдегидных смол эпоксидной
смолой в присутствии поливинилпирролидона (ПВП) на физико-механические, теплофи-
зические, адгезионные, электроизоляционные и антикоррозионные свойства композитов.
Позитивный эффект модификации ПВП и эпоксидной смолой проявляется в области кон-
центраций ПВП 0,5...1 mass.%, ЭД-20 – 25...30 mass.%. в присутствии 1 mass.%. N,N-ди-
метиланилина, в частности адгезионная прочность клея на основе разработанной компо-
зиции возрастает в 4 раза и составляет 5...6 МPа, ударная прочность, прочность при стати-
ческом изгибе, поверхностная твердость и удельное объемное электрическое сопротив-
ление, отвержденных образцов при 150...160°С на протяжении 25...30 min, возрастают в
1,5–2,5 раза и соответственно составляют 5...6 kJ/m2, 15...17 МPа, 350...420 МPа и 5,5...
6,5⋅1010 Ω·m. Изменение свойств в значительной степени зависит от условий отверждения.
Оптимизировано рецептура феноло-формальдегидных композиций модифицированных
ПВП и эпоксидной смолой, которая предусматривает получение материала с прогнозиру-
емыми свойствами.
SUMMARY. The effect of composition components concentration and conditions of phenol-
formaldehyde resins preparation and hardening by epoxy resin with polyvinylpyrrolidone (PVP)
presence on physico-mechanical, thermophysical, adhesive, insulating and anticorrosive charac-
teristics of composites is investigated. The positive effect of modification by PVP and epoxy
resin is revealed in PVP concentrations range 0.5...1 mass.%, EД-20 – 25...30 mass.% in 1 mass.%
N,N-dimethylaniline. The adhesion strength of glue on the base of developed composition in-
creases in four times, being 5...6 MPa, impact strength, static bending strength, surface hardness
and specific volume electrical resistance of hardened samples at 150...160°C for 25...30 min
increase in 1.5...2.5 times and are accordingly 5...6 kJ/m2, 15...17 MPa, 350...420 MPa and
5.5…6.5⋅1010 Ω·m. The change of characteristics significantly depends on hardening conditions.
The formula of phenol-formaldehyde compositions modified by PVP and epoxy resin, sugges-
ting the obtaining of material with predicted properties, is optimized.
1. Пат. 82171 Україна, МПК С 08 К 5/09, С 08 L 61/00. Полімерна композиція для склею-
вання сталі зі склом / О. В. Суберляк, Й. М. Шаповал, В. В Красінський. – Опубл.
11.03.2008; Бюл. № 5.
2. Суберляк О. В., Шаповал Й. М., Красінський В. В. Особливості одержання модифікова-
них фенолоформальдегідних смол. Фізико-хімічні властивості // Хім. пром-сть Украї-
ни. – 2007. – № 2. – С. 45–48.
3. Суберляк О. В., Шаповал Й. М., Красінський В. В. Клейові композиції на основі фено-
лоформальдегідних смол. Адгезійні властивості // Там же. – 2007. – № 6. – С. 36–38.
4. Красінський В. В., Шаповал Й. М. Дослідження механічних властивостей клеєвого шва на
основі модифікованої полімерної складової // Вісник НУ “Львівська політехніка”. Хімія,
технологія речовин та їх застосування. Теорія і практика. – 2006. – № 553. – С. 311–314.
5. Вплив хімічної модифікації полівінілпіролідоном на фізико-механічні властивості феноло-
формальдегідної смоли / О. В. Суберляк, В. В. Красінський, В. В. Кочубей, Й. М. Шаповал
// Доп. НАН України. – 2009. – № 2. – С. 148–153.
6. Сидельковская Ф. П. Химия N-винилпирролидона и его полимеров. – М.: Наука, 1970. – 150 с.
7. Вплив полівінілпіролідону на структурування епоксиамінних композицій / Т. В. Гуменець-
кий, О. І. Лавренюк, О. В. Молчан, О. В. Суберляк // Вісник НУ “Львівська політехніка”.
– 2002. – № 447. – С. 71–73.
8. Цейтлин Г. М., Зеленская М. В. Особенности синтеза эпоксиноволачных олигомеров
// Лакокрасочные материалы. – 1993. – № 5. – С. 8–10.
9. Лавренюк О. І. Модифіковані полівінілпіролідоном епоксидні композиції для захисних
покрить: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Львів, 2006. – 20 с.
10. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий на основе эпокси-
фенольных композиций / З. А. Кочнова, С. Ю. Тузова, А. О. Баранов, Э. В. Прут // Плас-
тические массы. – 2002. – № 8. – С. 11–12.
11. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической
технологии. – М.: Высш. шк., 1978. – 319 с.
Одержано 06.04.2010
|