Способ определения общей пористости эпоксидных композиционных материалов

Изобретение относится к области исследования строительных материалов. Сущность изобретения: определяют среднюю плотность образцов, затем определяют истинную плотность материала на основе эпоксидного связующего путем одновременного прокаливания образцов - испытуемого и контрольного, представляющего собой ненаполненное отвержденное эпоксидное связующее, при температуре, обеспечивающей термическую деструкцию связующего. Расчет пористости осуществляют с учетом потери массы связующего. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения общей пористости эпоксидных композиционных материалов.

 

Изобретение относится к области исследования строительных материалов, а именно к определению их общей пористости, и может быть использовано при изучении свойств эпоксидных композиционных материалов, к которым предъявляются повышенные требования по стойкости к агрессивным средам, морозостойкости и непроницаемости.

Известен способ определения общей пористости серных композиционных материалов (патент №2151394, G 01 N 33/38, Способ определения общей пористости серобетонов), заключающийся в определении истинной плотности (ρ_и) и средней плотности (ρ_с) и последующем расчете пористости (П) по формуле:

По этому методу среднюю плотность ρ_с находят по любой методике, описанной в нормативной литературе.

Истинную плотность ρ_и определяют следующим образом. Определяют массу (m) и объем (v) образца композиционного материала. Затем образец помещают в тигель и сжигают на газовой горелке, спиртовке или муфельной печи при температуре 400-450°С. Связующее сгорает с образованием газообразных продуктов. Остаток после сгорания представляет собой наполнитель. Нагревание остатка продолжают до достижения им постоянной массы. Находят массу остатка (m₁) и по разнице масс (m-m₁) определяют массу связующего

Зная истинные плотности наполнителя (ρ₁) и связующего (ρ₂), производят расчет общей пористости композиционного материала.

Недостатком известного метода определения истинной плотности в применении к эпоксидным композиционным материалам является следующее: термическая деструкция продуктов отверждения эпоксидных смол, протекающая при температуре 350-500°С, приводит к образованию как газообразных, так и твердых продуктов, поэтому использование соотношения (1) для определения массы связующего некорректно. Дальнейшее повышение температуры термодеструкции также не представляется возможным по причине резкого увеличения энергоемкости процесса контроля.

Целью изобретения является повышение точности определения общей пористости эпоксидных композиционных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с испытуемым образцом прокаливанию при температуре, обеспечивающей термическую деструкцию связующего, подвергают контрольный образец ненаполненного отвержденного эпоксидного связующего, а расчет пористости осуществляют с учетом потери массы связующего. Массы связующего и наполнителя в испытуемом образце определяют из решения системы линейных уравнений:

где М - масса испытуемого образца;

m_f- масса наполнителя;

m_m- масса связующего;

M_d- масса остатка испытуемого образца;

M_cd - масса остатка контрольного образца;

M_c - масса контрольного образца.

По предлагаемой методике определение пористости эпоксидных композиционных материалов производят следующим образом. По любой методике, описанной в нормативной литературе, находят среднюю плотность . Затем определяют массу (М) и объем (V) испытуемого образца композиционного материала, а также массу () и объем (V_с) контрольного образца, изготовленного из ненаполненного отвержденного эпоксидного связующего. Затем испытуемый и контрольный образцы помещают в муфельную печь и подвергают прокаливанию при температуре 400-450°С, обеспечивающей термическую деструкцию связующего. Термическая деструкция связующего сопровождается потерей массы. Находят массы остатков испытуемого (М_d) и контрольного (M_cd) образцов и из решения системы уравнений (2) определяют массу связующего и наполнителя в испытуемом образце.

Пример. Изготовлен образец композиционного материала с использованием эпоксидного связующего и высокоплотного наполнителя.

Исходные справочные данные:

1) истинная плотность наполнителя: ρ_f=5,1 г/см³,

2) истинная плотность продуктов отверждения эпоксидного связующего: ρ_m=1,2 г/см³.

Экспериментальные данные:

3) масса испытуемого образца: М=28,47 г;

4) объем испытуемого образца: V=8,07 см³;

5) масса контрольного образца: М_с=9,44 г;

6) масса остатка после термической деструкции испытуемого образца:

M_d=27,02 г,

7) масса остатка после термической деструкции контрольного образца:

M_cd=5,66 г.

Расчет:

8) массы связующего и наполнителя определяются из решения системы:

откуда: m_f=24,849 г; m_m=3,621 г;

9) средняя плотность образца:

10) объем, занимаемый наполнителем:

11) объем, занимаемый связующим:

12) истинная плотность образца:

12) общая пористость образца:

Предлагаемый способ прост в исполнении, не требует использования токсичных веществ, дефицитных материалов и может быть использован при определении свойств эпоксидных композиционных материалов.

Способ определения общей пористости композиционных материалов, включающий определение истинной и средней плотности материала, отличающийся тем, что истинную плотность композиционного материала на основе эпоксидного связующего определяют путем одновременного прокаливания образцов - испытуемого и контрольного, представляющего собой ненаполненное отвержденное эпоксидное связующее, при температуре, обеспечивающей термическую деструкцию связующего, а расчет пористости осуществляют с учетом потери массы связующего.