Исследование связи энергетических характеристик фаз (армирующих волокон и связующего) со смачиваемостью наполнителя в гибридном полимерном композите

Исследование вопросов, связанных с разработкой научно обоснованного способа получения гибридных полимерных композитов (содержащих в себе более одного вида армирующего непрерывного волокна) с целью улучшения жесткостных характеристик материала, является актуальной задачей строительного материаловедения, позволяющей расширить область эффективного применения полимерных композитов конструкционного назначения. Смачивание армирующих волокон связующими при изготовлении композитов в значительной степени определяет возникновение адгезионной связи. В данном исследовании выявлено, что смачиваемость коррелирует с энергетическими характеристиками фаз (армирующих волокон и связующего); определены дисперсионные параметры свободной поверхностной энергии углеродных и стеклянных волокон без замасливающей композиции и аппрета, параметры свободной поверхностной энергии волокон с замасливающими композициями и аппретами; изучено смачивание волокон эпоксидными смолами с определением их поверхностных натяжений, параметров свободных поверхностных энергий на границе с воздухом; исследован вопрос разработки водных дисперсий эпоксидных смол (применяемых в качестве аппретов углеродных волокон и пленкообразователей в замасливателях для стекловолокон) с достижением меньшего избытка межфазной энергии в системе «органическая смола – вода».

А.И. ВАЛИЕВ¹, инженер, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.А. СТАРОВОЙТОВА², канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
А.М. СУЛЕЙМАНОВ¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
² ООО «НПФ «Рекон» (420095, г. Казань, ул. Васильченко, 7Б)

1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7–17.
2. Валиев А.И., Шакирзянов Ф.Р., Сулейманов А.М., Низамов Р.К. Оценка напряженно-деформированного состояния гибридных полимерных композитов, изготовленных методом вакуумной инфузии // Известия КГАСУ. 2023. № 4 (66). С. 241–254. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_241.EDN: QQUTHA
3. Хантимиров А.Г., Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К., Хозин В.Г. Древесно-полимерные композиты на основе поливинилхлорида, усиленные базальтовой фиброй // Известия КГАСУ. 2022. № 3 (61). С. 75–81. DOI: 10.52409/20731523_2022_3_75. EDN: IHYITF
4. Салахутдинов М.А., Каюмов Р.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р. Численное исследование несущей способности балки составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). С. 15–23. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15 EDN: BHRXOY
5. Каюмов Р.А., Шакирзянов Ф.Р., Гимранов Л.Р., Гимазетдинов А.Р. Определение характеристик вязкоупругой модели стеклопластика по результатам изгиба труб квадратного сечения // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). С. 37–44. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_37. EDN: BYHQBR
6. Монтичелли Ф.М., Орнаги-мл. Х.Л., Чиоффи М.О.Х., Ворвальд Х.Д.К. Влияние межповерхностной адгезии в гибридном эпоксидном композите углепластик/стеклопластик на вязкость разрушения по моде II. Механика композитных материалов. 2022. Т. 58. № 2. С. 335–352. DOI: https://doi.org/10.22364/mkm.58.2.06
7. Хозин В.Г., Гиздатуллин А.Р., Мирсаяпов И.Т., Яруллин Р.Р., Боровских И.В. Совместная работа эпоксидного композита и защитного покрытия с цементным бетоном в зоне их адгезионного контакта // Строительные материалы. 2023. № 4. С. 24–31. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-24-31. EDN: QKBKDO
8. Валиев А.И., Сулейманов А.М. Гибридные полимерные композиты конструкционного назначения // Жилищное строительство. 2023. № 12. С. 51–57. DOI: https:// doi.org/10.31659/0044-4472-2023-12-51-57. EDN: CFFVYI
9. Deng F., Lu W., Zhao H., Zhu Y., Kim B.S., Chou T.W. The properties of dry-spun carbon nanotube fibers and their interfacial shear strength in an epoxy composite // Carbon. 2011. No. 49, pp. 1752–1757. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.12.061
10. J.-K. Kim, Y.-W. Mai. Engineered interfaces in fiber reinforced composites. Elsevier. 1998. 401 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-042695-2.X5000-3
11. Nuriel S., Liu L., Barber A.H., Wagner H.D. Direct measurement of multiwall nanotube surface tension // Chemical Physics Letters. 2005. No. 404, pp. 263–266. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.01.072
12. Данилов В.Е., Королев Е.В., Айзенштадт А.М., Строкова В.В. Особенности расчета свободной энергии поверхности на основе модели межфазного взаимодействия Оунса–Вендта–Рабеля–Кьельбле // Строительные материалы. 2019. № 11. С. 66–72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-776-11-66-72
13. Старостина И.А., Стоянов О.В. Развитие методов оценки поверхностных кислотно-основных свойств полимерных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 4. С. 58–68.
14. Van Oss C.J., Chaudhury M.K., Good R.J. Monopolar surfaces. Advances in Colloid and Interface Science. 1987. Vol. 28, pp. 35–64. https://doi.org/10.1016/0001-8686(87)80008-8
15. Thomason J.L. Nagel U., Yang L., Bryce D. A study of the thermal degradation of glass fibre sizings at composite processing temperatures. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019. Vol. 121, pp. 56–63. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.03.013
16. Thomason J. A review of the analysis and characterisation of polymeric glass fibre sizings // Polymer Testing. 2020. Vol. 85. 106421. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2020.106421
17. David B., Liu Y., Thomason J. An investigation of fibre sizing on the interfacial strength of glass-fibre epoxy composites. Conference: ECCM18 – 18th European Conference on Composite Materials. At: Athens, Greece. 24 June 2018. 8 p.
18. Демина Н.М., Муханова И.Е. Водные эпоксидные дисперсии – эффективные пленкообразователи для стеклянного волокна. Обзор // Клеи. Герметики. Технологии. 2017. № 7. C. 36–41. EDN: YZGKBX
19. Старовойтова И.А., Дрогун А.В., Зыкова Е.С., Семенов А.Н., Хозин В.Г., Фирсова Е.Б. Коллоидно-химическая устойчивость водных дисперсий эпоксидных смол // Строительные материалы. 2014. № 10. С. 74–77. EDN: SVNCDR
20. Zhang Z., Fan L., Zhang J., Fei G., Xu S., Yao Y., Gao H. Glass fiber sizing agent and preparation method and application thereof. Jushi group co ltd. Patent CN 110294599 (A), 01.10.2019
21. Патент РФ 2699100. Способ получения водной эпоксидной дисперсии / Семенов А.Н., Старовойто-ва И.А. Заявл. 01.04.2019. Опубл. 03.09.2019.
22. Маркова Е.О., Демина Н.М. Современные стеклянные и углеродные волокна для армирования полимерных композитов // Ежемесячный международный научный журнал «International science project». (Turku, Финляндия). 2018. № 21. C. 1–26.