Apvalkoto gumijas nanodaļiņu ietekme uz epoksīdsveķu un oglekļa šķiedras plastikāta mehāniskajām īpašībām

Abstract

Šī pētījuma mērķis bija izpētīt un novērtēt apvalkoto gumijas nanodaļiņu (AGN) ie- tekmi uz epoksīdsveķu un to bāzes oglekļa šķiedras plastikātu (OŠP) mehāniskajām un siltumfizikālajām īpašībām, īpašu uzmanību pievēršot stiepes īpašībām, lūzuma stigrībai un stiklošanās temperatūrai. Šim nolūkam eksperimentālajā pētījumā tika izmantotas trīs dažādas piedevas, kas satur AGN nanodaļiņas, tādējādi epoksīdsveķu pildvielas sa- turs bija no 2 līdz 6 masas %. Eksperimentu rezultāti sniedza pārliecinošus pierādījumus par AGN nanodaļiņu bū- tisko ietekmi uz epoksīdsveķu stiepes īpašībām. Šo nanodaļiņu iekļaušana ievērojami samazināja stiepes izturību un elastības moduli par 10 - 20%, kas bija īpaši redzams pie lielākā izmantotā pildvielas satura. Vienlaikus ievērojami palielinājās lūzuma stingums līdz pat 108% pie 4 masas % ACE MX - 156 pildījumam. Turklāt, izmantojot ACE MX - 960 piedevu ar AGN saturu 4% pēc masas, OŠP starpslāņu lūzuma stigrība ievērojami uzlabojās līdz 68%. Šis uzlabojums vēl vairāk uzsver AGN nanodaļiņu pozitīvo ietekmi uz kompozītmateriāla mehāniskajām īpašībām. Papildus tam, ieviešot AGN nanodaļiņas, pakāpeniski uzlabojās arī epoksīdsveķu stik- lošanās temperatūra. Palielinoties AGN nanodaļiņu saturam, stiklošanās temperatūra palielinājās 10 - 20 °C robežās visām testētajām piedevām. Kopumā šis pētījums sniedz vērtīgu ieskatu priekšrocībās, ko var sniegt gumijas na- nodaļiņu kodola apvalka iekļaušana epoksīda un epoksīda bāzes OŠP, piedāvājot jaunas iespējas šo materiālu mehānisko īpašību uzlabošanai, vienlaikus ņemot vērā kompromisus starp dažādiem veiktspējas faktoriem.

The objective of this research was to examine and evaluate the influence of core-shell rubber (CSR) nanoparticles on the mechanical and thermophysical properties of epoxy and epoxy-based carbon fibre reinforced plastic (CFRP), specifically focusing on tensile properties, fracture toughness, and the glass transition temperature. For this purpose, three distinct additives containing CSR nanoparticles were employed in the experimental study, resulting in a filler fraction ranging from 2% to 6% by mass in the epoxy resin. The experimental findings provided compelling evidence of the significant impact of CSR nanoparticles on the tensile properties of the epoxy resin. Notably, the incorporation of these nanoparticles led to a notable reduction of 10% to 20% in the tensile strength and elastic modulus particularly evident at the highest filler fraction employed. It simul- taneously showed a substantial increase of 108% in fracture toughness for 4 wt.% ACE MX – 156 particles. Furthermore, the interlaminar fracture toughness of the CFRP exhibited a remarkable improvement of up to 68% when utilizing the ACE MX - 960 additive with a CSR content of 4 wt.%. This enhancement further underscores the positive effect of CSR nanoparticles on the mechanical performance of the composite material. Additionally, the introduction of CSR nanoparticles also demonstrated a gradual im- provement in the glass transition temperature of the epoxy. With the increasing concen- tration of CSR nanoparticles, the glass transition temperature increased within a range of 10 to 20 °C across all additives tested. Overall, this research provides valuable insights into the benefits of incorporating core- shell rubber nanoparticles in epoxy and epoxy-based CFRP, offering new possibilities for enhancing the mechanical properties of these materials while considering the trade-offs between different performance factors.