Research of properties of epoxy composites filled with nanoparticle diamond by IR-spectral analysis and optical microscopy

Досліджено динаміку адгезійних і когезійних властивостей композитів від вмісту часток нанодисперсного алмазу. На кривих залежності властивостей епоксидних композитів від вмісту наночасток алмазу доведено існування двох максимумів, які свідчать про різні механізми структуроутворення композитів залежно від їх наповнення. Методом ІЧ-спектрального аналізу встановлено, що при введенні часток наноалмазу (за оптимального вмісту) відбувається розкриття епоксидних циклів з наступним утворенням первинних і вторинних амінів.The dynamics of adhesive and cohesive properties of composites from the content of particles nanodispersed diamond has been investigated. On the curves of dependence of adhesive, physical, mechanical and thermal properties of epoxy nanocomposites on the diamond nanoparticles content the existence of two peaks, testifying different mechanism of structure composites depending on their content has been proved. The mechanism to improve properties of composites, which provide the appearance of the first peak due to the fact, that for most of the content the effect of ultrasonic pre-treatment of compositions is realized. It causes the activation of interfacial interactions and, consequently, improved material properties. The second maximum is due to the fact that the filler formed around the outer surface layer of considerable thickness, and with our advanced chemical interfacial interaction between the matrix formed the lattice structure with a high degree of crosslinking. The method of infrared spectral analysis explored the nature of chemical bonds that arise in the process of structure of epoxy composites containing particles nanodiamonds. It has been found that the introduction of nanodiamond particles (for optimal content) it has been the opening of epoxy cycles with the subsequent formation of primary and secondary amines occurs. It testifies the extensive interaction of the filler macromolecules with the sites on the surface of the filler. Taking advantage of the optical microscopy the cracking surface of nanocomposite materials has been investigated. In composites with the maximal content of particles the surface of globular nature with almost uniform distribution of craters of about similar size and shape was observed. The obtained results indicate on a uniform distribution of stresses in the composite volume, which makes possible to state the thermodynamic equilibrium state of the system after switching

Increasing the Service Life of Marine Transport Using Heat-Resistant Polymer Nanocomposites

This paper presents the technological aspects of increasing the thermal stability of polymers, with epoxy binder used to form the polymer materials. Polyethylene polyamine was used to crosslink the epoxy binder. To ensure the thermal stability of the polymer, nanodispersed condensed carbon with a dispersion of 10–16 nm was used. The research into nanocomposites under the influence of elevated temperatures was carried out using the “Thermoscan-2” derivatograph. Complex studies of thermophysical properties were carried out, according to the results of which the optimal content of nanofiller (0.050 pts.wt.) was determined. At the same time, this particular polymer was characterized by the following properties: temperature of the beginning of mass loss—T0 = 624.9 K; final temperature of mass loss—Tf = 718.7 K; relative mass loss—εm = 60.3%. Research into the activation energy of thermal destruction was performed to determine the resistance to the destruction of chemical bonds. It was proved that the maximum value of activation energy (170.1 kJ/mol) is characterized by nanocomposites with a content of nanodispersed condensed carbon of 0.050 pts.wt., which indicates the thermal stability of the polymer.</jats:p

Оптимізація вмісту добавок у епокси-поліефірному зв'язувачі для підвищення когезійної міцності композитів

Protective coatings of polymeric composites are proved to be effective in protecting metal surfaces from corrosion and wear. In order to create a polymeric composite material with improved cohesive properties, fillers of different nature and dispersion, modifiers and plasticizers should be introduced into the epoxy-polyester binder. For optimization of the content of components in epoxy-polyester binder, the method of orthogonal central compositional planning was used. Analysing the experimental obtained data, the regression equations for properties such as fracture stresses during the flexion and impact strength were obtained. For the statistical processing of the experimental results, testing of the reproducibility of experiments was performed on the Cochran criterion. Significance of regression coefficients was determined according to Student's criterion. The adequacy of the obtained model was confirmed by Fischer's criterion. According to the results received we have found that the introduction of two-component filler of different nature and dispersion affects the indices of fracture stresses during the flexion of composite material. It is proved that in order to create a composite with increased values of fracture stresses during the flexion, a discrete carbon fiber with particle sizes d&nbsp;=&nbsp;6…8&nbsp;μm, l&nbsp;=&nbsp;0.5…1.5&nbsp;mm&nbsp;– 0.05&nbsp;pts.&nbsp;wt. and an oxidized nanodispersed additive with a dispersion d&nbsp;=&nbsp;5…8&nbsp;nm&nbsp;– 0.05…0.075&nbsp;pts.&nbsp;wt. should be introduced per 100&nbsp;pts.&nbsp;wt. of epoxy-polyester binder. At this content, the parameters of fracture stresses during the flexion increase to σfl&nbsp;= 72.6…75.5&nbsp;MPa. Additionally, the effect of two-component filler on the impact strength of the developed epoxy-polyester composite was determined. It is analyzed that the introduction of a discrete carbon fiber at the content from 0.10&nbsp;to 0.15&nbsp;pts.&nbsp;wt. and an oxidized nano-dispersed additive at the content from 0.05&nbsp;to 0.075&nbsp;pts.&nbsp;wt. per 100&nbsp;pts.&nbsp;wt. of the epoxy-polyester matrix allows to receive the increased indexes of the impact strength of the composite material (W&nbsp;=&nbsp;9.1…9.4&nbsp;kJ/m2). The obtained results allow creating a polymeric material with the improved parameters of cohesive properties in the complex.Доведено, що для захисту елементів металевих поверхонь від корозії та зношення ефективним є використання захисних полімерних композитних покриттів. Встановлено, що для створення полімерного композитного матеріалу з поліпшеними когезійними властивостями потрібно вводити в епокси-поліефірний зв'язувач наповнювачі різної природи та дисперсності, модифікатори та пластифікатори. Експериментально встановлено, що введення двокомпонентного наповнювача різної природи та дисперсності впливає на показники руйнівних напружень під час згинання композитного матеріалу. Методом ортогонального центрального композиційного планування експерименту доведено, що для створення композиту з підвищеними показниками руйнівних напружень під час згинання потрібно вводити дискретне вуглецеве волокно з розмірами часток d&nbsp;=&nbsp;6…8&nbsp;мкм, l&nbsp;=&nbsp;0,5…1,5&nbsp;мм&nbsp;– 0,05&nbsp;мас.&nbsp;ч. та окиснену нанодисперсну добавку з дисперсністю d&nbsp;=&nbsp;5…8&nbsp;нм&nbsp;– 0,05…0,075 мас.&nbsp;ч. на 100&nbsp;мас.&nbsp;ч. епокси-поліефірного зв'язувача. При цьому показники руйнівних напружень під час згинання підвищуються до σзг&nbsp;=&nbsp;72,6…75,5&nbsp;МПа. Додатково встановлено вплив двокомпонентного наповнювача на ударну в'язкість розробленого епокси-поліефірного композиту. Проаналізовано, що введення дискретного вуглецевого волокна за вмісту 0,10…0,15&nbsp;мас.&nbsp;ч. та окисненої нанодисперсної добавки 0,05…0,075&nbsp;мас.&nbsp;ч. на 100&nbsp;мас.&nbsp;ч. епокси-поліефірної матриці дає змогу отримати підвищені показники ударної в'язкості композитного матеріалу (W&nbsp;=&nbsp;9,1…9,4&nbsp;кДж/м2). Отримані результати дають змогу створити полімерний матеріал із поліпшеними в комплексі показниками когезійних властивостей