Влияние методов введения каучуков на свойства эпоксидных полимеров

Многие исследователи [8, 49] утверждают, что присутствие второй (каучуковой) фазы является достаточным и необходимым требованием реализации высокой эффективности модификации. А некоторые же авторы [50, 51] добавляют к этому требованию дополнительное условие, заключающееся в химическом связывании эпоксидной матрицы с частицами каучука. Однако нужно учесть, что в упомянутых работах изучалось влияние добавок каучука, которые вводят посредством механического смешивания с эпоксидными олигомерами. При нагревании до температуры около 393 К – 433 К происходило отверждение композиций. Как отмечено [50], при модифицировании эпоксидных олигомеров олигобутадиеновым каучуком, который содержит карбоксильные группы, в частности в данном температурном интервале протекает реакция этерификации между карбоксильными группами и эпоксидными олигомерами по схеме:

Таким образом, образуется химическая связь между молекулами эпоксидных олигомеров и каучука. Следовательно выявить как влияет каждый фактор (т. е. присутствие каучуковой фазы и химической связи между эпоксидными олигомерами и модификатором) на физико-механические качества материала достаточно проблемно.

Для систем, которые отверждаются без нагревания (при комнатной температуре), реакция этерификации невозможна. Впрочем реакция этерификации имеет возможность сначала проводиться при повышенных температурах, затем отверждение композиции осуществляют при комнатной температуре. Это дает возможность показать влияние минимум одного из указанных факторов, в данном случае химического связывания на свойства модифицированных эпоксидных смол. Было изучено [52] влияние способов внедрения модифицирующих добавок жидкого карбоксилатного каучука на релаксационные и физико-механические свойства материала.

В итоге было показано, что добавление каучука вызывает падение теплостойкости в результате механического смешения и фактически не влияет на материалы на основе олигомеров, которые подвергнуты предварительной реакции этерификации. В таком случае теплостойкость материалов с промежуточной реакцией этерификации больше, модуль упругости выше у композиций, смешивающихся механически. Однако композиционные материалы с промежуточной реакцией этерификации имеют намного выше деформативность, преимущественно при высоких концентрациях модификатора.

В работе [53] предоставлены итоги исследования при термообработке материалов, которые были получены. Выявлено что, при термообработке разрушающее напряжение при растяжении возрастает для двух типов модифицированных полимеров, причем относительная деформация при растяжении увеличивается в полном исследуемом интервале концентраций каучука только для композиций, имеющих механическое смешение. Вдобавок ко всему для систем на основе олигомеров с промежуточной реакцией этерификации, относительная деформация при растяжении для нагретых образцов больше, чем для начальных, только при достаточно малых (до 20 мае. ч.) добавках каучука. При высоком его содержании относительная деформация при растяжении будет меньше для нагретых образцов, чем для ненагретых, поскольку разрушающее напряжение при растяжении увеличивается при этом не слишком незаметно, и ударная вязкость нагретых образцов меньше, чем начальных. Значит, нагревание композиционных материалов с механическим смешением приводит к улучшению совокупности механических свойств, но в то же время для полимерных материалов с промежуточной реакцией этерификации нагрев изменяет свойства в худшую сторону. Совершенствование совокупности свойств последних впоследствии термической обработки возможно обосновывается образованием добавочных связей между эпоксидными олигомерами и молекулами каучука вследствие реакции этерификации не вступивших во взаимодействие эпоксидных групп с СООН-группами каучука при отверждении в условиях комнатной температуры.

Следовательно, метод добавления каучуков в состав материала служит ключевым фактором в увеличении работоспособности материалов при модифицировании эпоксидных олигомеров каучуком.