Состав и физико-механические свойства термореактивных стеклопластиков

Цель. Разработка методики анализа состава сырья стеклопластика с помощью наноаналитического оборудования, исследование его компонент и их сопоставление с физико-механическими свойствами готовых (полимеризованных) изделий для прогнозирования качества продукции. Определение атомного и частично молекулярного состава образцов. Установление процентного соотношения полимерной матрицы и наполнителей. Определение среднего диаметра и длины фибры стекловолокна в различных образцах.

Методы. Измерение среднего диаметра стекловолокна в различных образцах производилось на сканирующем электронном микроскопе JEOL 6610LV Регионального центра нанотехнологий ЮЗГУ. Атомный состав премиксов определен на ЭДС-приставке Oxford для электронного микроскопа. Для изучения молекулярного состава был выбран ИК-Фурье-спектрометр. Процентное соотношение полимерной матрицы и наполнителей установлено с помощью термогравиметрического анализа. Измерение средней длины фибры стекловолокна проводилось посредством обработки изображений в программной среде Gwyddion.

Результаты. С помощью наноаналитического оборудования получены параметры композитных материалов ВМС: состав и процентное содержание полимерной матрицы, а также ее наполнителей, форма и размеры наполнителей, исследовано влияние отношения длины к диаметру фибры армирующего волокна на прочность на изгиб пластмассового изделия.

Заключение. Создана методика определения состава премикса стеклопластика, определено влияние процентного соотношения компонент, размера и формы наполнителей на прочностные свойства для проверки качества входного сырья и прогнозирования свойств изделий из него. 

1. Rosato D. V. Plastics engineered product design. Oxford; New York: Elsevier Advanced Technology, 2003. 598 p.

2. Strong A. B. Fundamentals of composites manufacturing: materials, methods and applications. Second ed. Dearborn, Micigan, Society of Manufacturing Engineers, 2008. 620 p.

3. Баженов С. Л. Механика и технология композиционных материалов. М.: Интеллект, 2014. 328 с.

4. Gombos Z. J., McCutchion P., Savage L. Thermo-mechanical behaviour of composite moulding compounds at elevated temperatures // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 173. P. 106921.

5. Physical properties of novel kenaf short fiber reinforced bulk molding compounds (BMC) for compression moulding / S. Sreenivasan, S. Sulaiman, M. K. A. M. Ariffin, B. T. H. T. Baharudin, K. Abdan // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5, no. 1. P. 1226– 1232.

6. Faudree M. C., Nishi Y., Salvia M. Increasing impact strength of a short glass fiber compression molded BMC by shortening fibers without change in equipment // Materials. 2022. Vol. 15(3). P. 1145.

7. A nanostructured ablative bulk molding compound: Development and characterization / M. Natali, M. Monti, J. M. Kenny, L. Torre // Composites: Part A. 2011. Vol. 42. P. 1197– 1204/

8. Lee T., Jeong K., Kim D. Development of a lightweight BMC material using fly ash // Advanced Composite Materials. 2016. Vol. 26(1). P. 1–10.

9. A direct process to reuse dry fiber production waste for recycled carbon fiber bulk molding compounds / O. Saburow, J. Huether, R. Maertens, A. Trauth, Y. Kechaou, F. Henning, K. A. Weidenmann // Procedia CIRP. 2017. Vol. 66. P. 265–270.

10. Faudree M. C., Nishi Y., Gruskiewicz M. A novel “fiber-spacing” model of tensile modulus enhancement by shortening fibers to sub-millimeter in an injection-molded glass fiber reinforced polymer bulk molding compound (GFRP-BMC) // Materials Transactions. 2014. Vol. 55, no. 8. P. 1292–1298.

11. Comparison of filler-dependent mechanical properties of jute fiber reinforced sheet and bulk molding compound / M. I. Lautenschlägera, L. Mayerb, J. Gebauera, K. A. Weidenmannab, F. Henninga, P. Elsnerab // Composite Structures. 2018. Vol. 203. P. 960–967.

12. Effects of defects in hybrid sheet moulding compound-Evaluation of defects and the impact on mechanical properties / M. Schäferling, B. Häfner, G. Lanza, A. Trauth, K. Weidenmann, M. Thompson // Materials Science & Engineering Technology. 2019. Vol. 50, no. 11. P. 1317–1325.

13. Trauth A., Weidenmann K. A. Continuous-discontinuous sheet moulding compounds– effect of hybridisation on mechanical material properties // Composite Structures. 2018. Vol. 202. P. 1087–1098.

14. Microstructural analysis and multi-response optimization of mechanical properties of bulk molding compound / P. Rajaee, F. A. Ghasemi, M. Fasihi, N. Amini // Polymer Composites. 2022. Vol. 43, no. 1. P. 593–607.

15. Effect of graphite sizes and carbon nanotubes content on flowability of bulk-molding compound and formability of the composite bipolar plate for fuel cell / M.-C. Hsiao, S.-H. Liao, M.-Y. Yen, A. Su, I-T. Wu, M.-H. Hsiao, S.-Jen. Lee, C.-C. Teng, C.-C. M. Ma // Journal of Power Sources. 2010. Vol. 195, no. 17. P. 5645–5650.

16. Experimental analysis and optimization of mechanical and physical properties of lightweight bulk molding compound by design of experiment / P. Rajaee, F. A. Ghasemi, M. Fasihi, M. Saberian // Journal of Macromolecular Scienceю Part B Physics. 2021. Vol. 60, no. 4. P. 237–256.

17. Spectrometric identification of organic compounds / R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, D. L. Bryce. New York: Wiley, 2014. 550 p.

18. Günzler H., Gremlich H.-U. IR Spectroscopy: an introduction. Weinheim: WileyVCH, 2002. 374 p.

19. Купцов А. Х., Жижин Г. Н. Фурье-КР и Фурье-ИК спектры полимеров. М.: Техносфера, 2013. 696 с.

20. Near-infrared spectroscopy. Principles, instruments, applications / H. W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H. M. Heise. Weinheim: Wiley-VCH, 2002. 348 p.