автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Повышение прочностных характеристик однонаправленных базальтопластиков модификацией эпоксидного связующего силикатными наночастицами

На правах рукописи

м*

Васильева Алина Анатольевна

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ БАЗАЛЬТОПЛАСТИКОВ МОДИФИКАЦИЕЙ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО СИЛИКАТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ

05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК гт

Барнаул - 2013 005542655

005542655

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (ФГБОУ ВПО АлтГТУ)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ананьева Елена Сергеевна кандидат технических наук, доцент

Блазнов Алексей Николаевич доктор технических наук, доцент, Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО АлтГТУ, профессор кафедры машин и аппаратов химических и пищевых производств

Башара Владимир Алексеевич кандидат технических наук, ООО «Бийский завод стеклопластиков», главный технолог

Ведущая организация:

ОАО «НПО Стеклопластик»

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 14- часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.08 в Бийском технологическом институте (филиале) Федерального государственного высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 659305, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бийского технологического института (филиала) Федерального государственного высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 659305, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, 27.

Автореферат разослан «25» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Шалунов A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. Одним из современных, перспективных и инновационных направлений развития Якутии и Севера России является развитие технологии, связанной с производством базальтового непрерывного волокна (БНВ) и композиционных материалов на его основе. Это обусловлено наличием в Республике сырьевой базы для их производства и экономической целесообразностью замены традиционных материалов в виде металлов и сплавов, а также армированных органическими и неорганическими волокнами пластиков на базальтопластики.

Известно, что реализационная прочность волокон, свойства композита в трансверсальном направлении, его трещиностойкость и долговечность существенным образом зависят от свойств матрицы, от их соответствия условиям монолитности композита. Сегодня самыми распространенными в производстве пластиков являются эпоксидные связующие, обладающие необходимыми для переработки технологическими характеристиками и высокими в отвержденном состоянии прочностными свойствами. Однако развитие науки и техники требует для создания перспективных изделий применения новых композиционных материалов с улучшенными техническими параметрами. В определенной мере достичь более высоких показателей по прочности композитов можно модификацией полимерной матрицы, которая может быть физической либо физико-химической. Решение задачи осложняется тем, что часто эффекты, достигнутые на самом связующем, нивелируются при введении непрерывного наполнителя, что, безусловно, следует учитывать при разработке армированных композитов. В последние годы активно ведутся работы по изучению влияния наноразмерных частиц различной природы на структурообразующие процессы и, следовательно, на свойства полимерных связующих и композитов на их основе. Особый интерес представляет комбинация наноразмерных частиц и непрерывных волокон, имеющих идентичные функциональные группы на поверхности. В связи с этим сочетание в объеме эпоксидного связующего наночастиц силикатного типа и непрерывных базальтовых волокон, на 50 % состоящих из кремнезема, с целью повышения прочностных и вязкоупругих свойств композита, разработка технологических решений совмещения компонентов материала, получение стабильного эффекта от комбинированного наполнения является актуальной задачей, представляющей исследовательский и практический интерес.

Диссертационные исследования выполнены в рамках: междисциплинарного интеграционного проекта «Научные основы создания наномодифицированных базальтовых композиционных материалов с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами» по программе РАН У.37 «Современные проблемы химии материалов, включая наноматериалы» (регистрационный № 01201260725); проекта «Научно-исследовательские работы с опытно-промышленными испытаниями по получению долговечных цемент об етонных покрытий автомобильных дорог с базальтопластиковым армированием и базальтовым фиброармированием» по заказу Министерства науки Республики Саха (Якутия) и Министерства транспорта РС(Я) (госконтракт РС(Я) № 1106 от 02.06.2011 г.); проекта «Разработка новых наномодифицированных композиционных материалов на основе базальтового непрерывного волокна для использо-

з

ванием метода ИК-спектроскопии выявлено наличие химического взаимодействия силикатных наночастиц с функциональными группами эпоксидного связующего.

3. Впервые выявлены закономерности влияния силикатных наночастиц Тар-косил Т80, Т110 и Т150 на технологические и физико-механические свойства эпоксидных матриц и базальтопластиков на их основе, оптимизировано их содержание в композициях. Показано, что модификация наночастицами Таркосил Т150 в количестве 0,50 % масс, повышает физико-механические свойства эпоксидной матрицы (прочность при растяжении, изгибе, ударная вязкость, трещино-стойкость ) на 10-50 %.

4. Разработана рецептура наномодифицированного связующего и получены на его основе однонаправленные базальтопластиковые стержни с повышенными прочностными свойствами за счет возникновения синергетического эффекта от комбинированного наполнения.

Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы:

1. Сформулированы принципы модификации эпоксидных связующих силикатными наночастицами, позволяющие получать эпоксидное связующее с улучшенным комплексом упруго-прочностных свойств. Установлен механизм струк-турообразования эпоксидного связующего в присутствии нанонаполнителя Таркосил, заключающийся в том, что за счет физико-механического взаимодействия функциональных полярных групп и развитой поверхности наночастицы регулируют структуру эпоксидного связующего, меняют соотношение гетерогенных фаз, увеличивают устойчивость системы, влияют на пространственную ориентацию макромолекул в процессе полимеризации. Это способствует формированию более упорядоченной надмолекулярной структуры с меньшим количеством дефектов.

2. Разработана и апробирована в условиях производства ООО «Бийский завод стеклопластиков» (г. Бийск) и ООО «ТБМ» (г. Якутск) технология приготовления эпоксидного связующего, модифицированного наночастицами Таркосил Т150. Выпущены опытные партии однонаправленных базальто пластиковых стрежней и проведены опытно-промышленные испытания свойств разработанных материалов на лабораторной базе указанных предприятий, а также в испытательном центре ООО «Метрологический центр РОСНАНО». Результаты проведенных испытаний подтвердили положительный эффект от применения наномодифицированного связующего: базальтопластики на его основе обладают повышенными физико-механическими свойствами.

3. Выпущен технологический регламент на приготовление наномодифицированного связующего для производства базальтопластиковых стержней. Технология приготовления наномодифицированного связующего внедрена в производство на инновационном предприятии ООО «ТБМ», что подтверждено соответствующим актом.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты аналитического исследования факторов, оказывающих существенное влияние на процесс разрушения однонаправленных композитов, возможный механизм усиления полимерного связующего силикатными наночастицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, показаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследований.

Первая глава содержит обзор научно-технических источников, в которых изложены сведения о направлениях работ и достигнутых результатах в области создания полимерных композиционных материалов (ПКМ) со специальными свойствами. Проанализированы требования, предъявляемые к композитным стержням конструкционного назначения, по прочности, химической стойкости и технологичности. Показано, что недостатком однонаправленных композиционных материалов, эксплуатирующихся под действием различных нагрузок, является низкая стойкость к трещинообразованию. Возникающие в этом случае повреждения всегда предшествуют расслаиванию полимерных композитов и их разрушению вследствие разрыва армирующих непрерывных волокон. Поэтому необходимо искать технические решения, направленные на повышение уровня пластической деформации эпоксидной матрицы перед фронтом наступающей ударной или усталостной трещины, увеличение адгезионной прочности на границе раздела волокно-полимер, удельной энергии и вязкости разрушения ПКМ. Установлено, что повышения вязкости разрушения можно добиться путем модификации полимерного связующего введением наночастиц различной природы. Поэтому далее представлен обзор работ по различным методам модификации, методам получения нанокомпозитов на основе полимеров и нанонаполнителей силикатного и углеродного типа. Обоснован выбор для модификации связующего силикатных наночастиц марки Таркосил. Несмотря на наличие работ по модификации связующих силикатными наночастицами, практически отсутствуют работы, описывающие технологию введения наночастиц в полимерную матрицу и их влияние на технологические и физико-механические свойства эпоксиангид-ридного связующего; в публикациях отсутствуют сведения об использовании наночастиц Таркосил в качестве модификатора эпоксидиановых связующих для получения ПКМ.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. В работе изучалось влияние силикатных наночастиц с различной удельной поверхностью: Таркосил Т80 (S=70-90 м2/г), Таркосил Т110 (S=100-120 м2/г) и Таркосил Т150 (S= 140-160 м2/г) на технологические и физико-механические свойства эпоксидного связующего ЭДИ. Образцы микропластика изготавливали с использованием базальтового ровинга НБ-13-60 производства ООО «ТБМ» (г. Якутск).

Для оценки возможности химического взаимодействия между поверхностными группами силикатных наночастиц и функциональными группами связующего применяли метод ИК-спектроскопии (Shimadzu 8300 с приставкой диффузного отражения DRS 8000). Температуру стеклования определяли методом динамического механического анализа на приборе DMA 242 С NETZSCH. Исследование морфологии поверхности разрушения образцов и распределение наночастиц в композициях проводили на растровом электронном микроскопе с рентгенос-пектральным анализом JSM-6460 (Япония) и на оптическом микроскопе Axio Vert Al (Carl Zeiss, Германия).

В третьей главе приведены результаты исследования по определению параметров равномерного распределения наночастиц в связующем ЭДИ, свойств и

Стабильность вязкоупругих свойств сохраняется для всех систем в интервале температур 20-120 °С. При этом фактически постоянной остается скорость изменения Е', что отчетливо видно из температурных зависимостей модуля упругости: угол наклона кривых почти идентичен.

Таблица 2 - Влияние концентрации силикатных наночастиц на изменение вязко-упругих характеристик эпоксидного связующего___

Образец Концентрация, % масс. Е'„ач, МПа Е'кон, МПа tan dmax Т °с

эди 0 2439 40 0,72 133

ЭДИ+ Таркосил Т150 0,25 2660 35 0,73 134

0,50 2805 42 0,62 136

1,00 2781 37 0,61 135

5,00 3099 48 0,51 134

Е'нач и Е'ко„ - начальное и конечное значение динамического модуля; tan dmax - тангенс угла механических потерь при максимуме пика; Тс,. - температура стеклования

Из кривых, приведенных на рисунке 12, следует, что при повышении концентрации наночастиц значения модуля упругости практически не изменяются. Исключением является микропластик на основе наномодифицированного связующего с содержанием 1 % масс, наночастиц Таркосил Т150, у которого происходит увеличение модуля упругости на 10 % от исходного.

Е' /МРа tan d

Temperature Г С

ш 0 %; шш 0,25 % масс.; ш 0,50 % масс.; I г 1,00 % масс.; ■■ 5,00 % масс.

Рисунок 12 - Зависимость динамических механических характеристик от температуры для микропластиков на основе связующих, модифицированных наночастицами Т150

Если при введении наночастиц до оптимальной степени наполнения (0,50 % масс.) происходит положительное изменение всех структурных показателей, то с ростом массового содержания наномодификаторов наблюдается понижение Т^ микропластиков на основе связующего, модифицированного 5 % масс. Таркосил Т150 на 5-9 °С по сравнению с Тст микропластика на основе исходного связующего, что может быть связано с существованием молекулярной, топологической и структурной неоднородностями. Отсюда следует высокая вероятность образования новой трещины в таком материале, также проявление мультиплетности пиков тангенса угла механических потерь в интервале температур от 160 до

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

На правах рукописи

д/^чС1? ~ ¡?- ■ - '

Васильева Алина Анатольевна

Повышение прочностных характеристик однонаправленных базальтопластиков модификацией эпоксидного связующего силикатными наночастицами

05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ананьева Е.С.

Барнаул - 2013

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................5

1 ПРОЧНОСТЬ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ: ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ФОРМИРОВАНИЯ.................................................................................................................11

1.1 Влияние технологических факторов на формирование прочности однонаправленных полимерных композиционных материалов...............................11

1.2 Физико-химические основы формирования прочности однонаправленных полимерных композиционных материалов................................................................13

1.3 Механические аспекты формирования прочности однонаправленных полимерных композиционных материалов.................................................................16

1.4 Полимерные композиционные материалы на основе стеклянных и базальтовых волокон...........................................................................................................................19

1.5 Развитие структурной поврежденности в однонаправленных композитах в процессе эксплуатации.................................................................................................27

1.6 Способы и методы регулирования структуры эпоксидных матриц с целью повышения вязкости разрушения................................................................................31

1.6.1 Модификация эпоксидных связующих наночастицами...................................37

1.6.2 Модифицирующие наночастицы.......................................................................43

1.7 Вывод по главе 1...................................................................................49

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...................................................50

2.1 Описание объектов исследования.........................................................50

2.1.1 Эпоксидное связующее ЭДИ.............................................................................50

2.1.2 Армирующий наполнитель.................................................................................53

2.1.3.1 Базальтовый ровингРБН 14-2400С................................................................53

2.1.4 Наномодификаторы.............................................................................................55

2.2 Методы исследования связующего.......................................................................56

2.2.1 Оптическая и электронная микроскопия...........................................................56

2.2.2 Определение седиментационной устойчивости наночастиц в объеме связующего.....................................................................................................................57

2.2.3 Определение технологических характеристик..................................................59

2.2.4 ИК-спектроскопия................................................................................................61

2.2.5 Определение физико-механических свойств отвержденного связующего.....................................................................................................................61

2.2.5.1 Определение ударной вязкости по Шарпи......................................................62

2.2.5.2 Испытание на статистический изгиб...............................................................63

2.2.5.3 Испытание на сжатие........................................................................................64

2.2.5.4 Испытание на растяжение................................................................................65

2.2.5.5 Испытание на трещиностойкость....................................................................66

2.2.6 Динамический механический анализ................................................................67

2.3 Методы исследования микропластиков и базальтопластиков.........................69

2.3.1 Метод изготовления микропластиков................................................................69

2.3.2 Испытание на межслоевой сдвиг........................................................................70

2.3.3 Определение прочности на растяжение микропластиков................................71

2.3.4 Испытание на продольный изгиб.......................................................................72

2.3.5 Испытание на поперечный изгиб.......................................................................73

2.3.6 Испытание на прочность при срезе поперек волокон.....................................74

2.4 Статистическая обработка экспериментальных данных...................................75

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИЛИКАТНЫХ НАНОЧАСТИЦ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО И МИКРОПЛАСТИКОВ ИЗ БАЗАЛЬТОВОГО РОВИНГА НА ЕГО ОСНОВЕ.....................................................77

3.1 Исследование совмещения силикатных наночастиц Таркосил с компонентами эпоксидного связующего.............................................................................................77

3.2 Исследование влияния силикатных наночастиц Таркосил на технологические свойства эпоксидного связующего..............................................................................81

3.3 Спектроскопическое исследование взаимодействия наночастиц с эпоксидным связующим.....................................................................................................................84

3.4 Исследование физико-механических свойств наполненной силикатными наноча-стицами эпоксидной матрицы....................................................................................88

3.5 Влияние наномодификации эпоксидного связующего на прочностные

характеристики микропластика...................................................................................93

3.6 Исследование влияния наночастиц на вязко-упругие свойства связующего методом ДМА................................................................................................................95

3.7 Выводы по главе 3.................................................................................................101

4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО В ПРОИЗВОДСТВЕ

БАЗАЛЬТОПЛАСТИКОВЫХ СТЕРЖНЕЙ............................................................102

4.1 Технология производства базальтопластиковых стержней на основе модифицированного эпоксидного связующего..............................................................103

4.2 Исследование физико-механических свойств базальтопластика на

основе наномодифицированного эпоксидного связующего.................................110

4.3 Сравнение физико-механических свойств изготовленных стержней

на основе исходного и модифицированного связующего................................120

4.4 Выводы по главе 4.................................................................................................123

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ...................................................................124

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................................126

Приложения..................................................................................................................141

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационной работы. Одним из современных, перспективных и инновационных направлений развития Якутии и Севера России является развитие технологии, связанной с производством базальтового непрерывного волокна (БНВ) и композиционных материалов на его основе. Это обусловлено наличием в Республике сырьевой базы для их производства и экономической целесообразностью замены традиционных материалов в виде металлов и сплавов, а также армированных органическими и неорганическими волокнами пластиков на базаль-топластики.

Известно, что реализационная прочность волокон, свойства композита в транс-версальном направлении, его трещиностойкость и долговечность существенным образом зависят от свойств матрицы, от их соответствия условиям монолитности композита. Сегодня самыми распространенными в производстве пластиков являются эпоксидные связующие, обладающие необходимыми для переработки технологическими характеристиками и высокими в отвержденном состоянии прочностными свойствами. Однако развитие науки и техники требует для создания перспективных изделий применения новых композиционных материалов с улучшенными техническими параметрами. В определенной мере достичь более высоких показателей по прочности композитов можно модификацией полимерной матрицы, которая может быть физической либо физико-химической. Решение задачи осложняется тем, что часто эффекты, достигнутые на самом связующем, нивелируются при введении непрерывного наполнителя, что, безусловно, следует учитывать при разработке армированных композитов. В последние годы активно ведутся работы по изучению влияния наноразмерных частиц различной природы на структурообразующие процессы и, следовательно, на свойства полимерных связующих и композитов на их основе. Особый интерес представляет комбинация наноразмерных частиц и непрерывных волокон, имеющих идентичные функциональные группы на поверхности. В связи с этим сочетание в объеме эпоксидного связующего наноча-стиц силикатного типа и непрерывных базальтовых волокон, на 50 % состоящих из кремнезема, с целью повышения прочностных и вязкоупругих свойств композита, разработка технологических решений совмещения компонентов материала, полу-

чение стабильного эффекта от комбинированного наполнения является актуальной задачей, представляющей исследовательский и практический интерес.

Диссертационные исследования выполнены в рамках: междисциплинарного интеграционного проекта «Научные основы создания наномодифицированных базальтовых композиционных материалов с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами» по программе РАН У.37 «Современные проблемы химии материалов, включая наноматериалы» (регистрационный № 01201260725); проекта «Научно-исследовательские работы с опытно-промышленными испытаниями по получению долговечных цементобетонных покрытий автомобильных дорог с базальтопластиковым армированием и базальтовым фиброармированием» по заказу Министерства науки Республики Саха (Якутия) и Министерства транспорта РС(Я) (госконтракт РС(Я) № 1106 от 02.06.2011 г.); проекта «Разработка новых наномодифицированных композиционных материалов на основе базальтового непрерывного волокна для использования их в различных отраслях промышленности» (госконтракт № 9824р /9184 от 11 января 2012 г.).

Цель работы - разработка метода структурной модификации эпоксидного связующего силикатными наночастицами и получение однонаправленных базальто-пластиков на его основе с повышенными прочностными характеристиками.

Задачи исследований:

1. Провести аналитическое исследование процесса развития структурной поврежденное™ однонаправленных композиционных материалов на основе непрерывных базальтовых волокон; обосновать выбор метода модификации и требований к модифицирующей добавке.

2. Разработать способ совмещения эпоксидного связующего с силикатными наночастицами с целью достижения равномерного распределения наночастиц в объеме связующего и получения седиментационно устойчивой композиции.

3. Оценить возможность химического взаимодействия силикатных наночастиц с функциональными группами полимерного связующего методом ИК-спектрометрии.

4. Исследовать влияния наночастиц Таркосил марок Т80, Т110 и Т150 на технологические, физико-механические и вязкоупругие свойства эпоксидной матрицы и микропластиков на ее основе. Обосновать выбор марки наномодификатора Таркосил по эффективности влияния на свойства эпоксидных композиций и определить оптимальную степень наполнения.

5. Разработать технологию приготовления эпоксидного связующего, модифицированного силикатными наночастицами Таркосил, обеспечивающую достижение воспроизводимого стабильного эффекта от модификации базальтопластиков.

6. Экспериментально исследовать влияние наномодифицированного связующего на прочностные характеристики однонаправленных базальтопластиков, полученных на его основе.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования служили эпоксидные матрицы, модифицированные силикатными наночастицами, и базальтопла-стики на их основе. Предметом исследования являлись технологические, физико-механические и термомеханические свойства наномодифицированных эпоксидных матриц и базальтопластиков на их основе. В работе использованы динамический механический анализ (ДМА), термический механический анализ (ТМА), фотометрический метод, ИК-спектроскопия, электронная сканирующая микроскопия. Технологические и механические характеристики образцов определяли стандартными методами.

Научная новизна работы:

1. Обоснована и экспериментально подтверждена высокая эффективность применения ультразвуковой обработки для достижения равномерного распределения наночастиц в объеме связующего и получения седиментационно устойчивой композиции.

2. Впервые установлен механизм упрочнения эпоксидного связующего силикатными наночастицами Таркосил. Определено, что агломераты наночастиц образуют пространственный каркас в объеме полимера и выступают в роли энергетических барьеров при зарождении и росте свободных поверхностей (повреждений), т. е. взаимодействуют со связующим на физическом уровне. С использованием мето-

да ИК-спектроскопии выявлено наличие химического взаимодействия силикатных наночастиц с функциональными группами эпоксидного связующего.

3. Впервые выявлены закономерности влияния силикатных наночастиц Тарко-сил Т80, Т110 и Т150 на технологические и физико-механические свойства эпоксидных матриц и базальтопластиков на их основе, оптимизировано их содержание в композициях. Показано, что модификация наночастицами Таркосил Т150 в количестве 0,50 % масс, повышает физико-механические свойства эпоксидной матрицы (прочность при растяжении, изгибе, ударная вязкость, трещиностойкость ) на 10-50%.

4. Разработана рецептура наномодифицированного связующего и получены на его основе однонаправленные базальтопластиковые стержни с повышенными прочностными свойствами за счет возникновения синергетического эффекта от комбинированного наполнения.

Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы:

1. Сформулированы принципы модификации эпоксидных связующих силикатными наночастицами, позволяющие получать эпоксидное связующее с улучшенным комплексом упруго-прочностных свойств. Установлен механизм структурооб-разования эпоксидного связующего в присутствии нанонаполнителя Таркосил, заключающийся в том, что за счет физико-механического взаимодействия функциональных полярных групп и развитой поверхности наночастицы регулируют структуру эпоксидного связующего, меняют соотношение гетерогенных фаз, увеличивают устойчивость системы, влияют на пространственную ориентацию макромолекул в процессе полимеризации. Это способствует формированию более упорядоченной надмолекулярной структуры с меньшим количеством дефектов.

2. Разработана и апробирована в условиях производства ООО «Бийский завод стеклопластиков» (г. Бийск) и ООО «ТБМ» (г. Якутск) технология приготовления эпоксидного связующего, модифицированного наночастицами Таркосил Т150. Выпущены опытные партии однонаправленных базальтопластиковых стрежней и проведены опытно-промышленные испытания свойств разработанных материалов на лабораторной базе указанных предприятий, а также в испытательном центре ООО «Метрологический центр РОСНАНО». Результаты проведенных испытаний под-

твердили положительный эффект от применения наномодифицированного связующего: базальтопластики на его основе обладают повышенными физико-механическими свойствами.

3. Выпущен технологический регламент на приготовление наномодифицированного связующего для производства базальтопластиковых стержней. Технология приготовления наномодифицированного связующего внедрена в производство на инновационном предприятии ООО «ТБМ», что подтверждено соответствующим актом.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты аналитического исследования факторов, оказывающих существенное влияние на процесс разрушения однонаправленных композитов, возможный механизм усиления полимерного связующего силикатными наночастицами.

2. Разработанный способ совмещения эпоксидного связующего с наночастицами с целью достижения равномерного распределения наночастиц в объеме связующего и получения седиментационно устойчивой композиции.

3. ИК-спектры модифицированного связующего силикатными наночастицами и их анализ.

4. Результаты экспериментальных исследований по изучению влияния силикатных наночастиц на технологические, физико-механические и вязкоупругие свойства эпоксидного связующего; выбор оптимальной концентрации и марки наночастиц Тар коси л.

5. Технология приготовления эпоксидного связующего, модифицированного силикатными наночастицами Таркосил Т150.

6. Результаты экспериментальных исследований прочностных характеристик однонаправленных базальтопластиков на основе наномодифицированного связующего.

Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных, отработке методов измерений, выборе теоретических и экспериментальных методов решения поставленных задач, в проведении лабораторных и опытно-промышленных исследований, анализе и интерпретации полученных данных, подготовке к публикации докладов и статей.

Достоверность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью и взаимной дополняемостью статистически обработан�