Изучение технологических процессов получения полимерных композиционных материалов

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана
Изучение технологических процессов  
получения полимерных композиционных материалов
Методические указания к выполнению лабораторных работ

УДК 678.01 
ББК 35.719  
	
И39
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/46/book1516.html
Факультеты «Машиностроительные технологии», 
«Специальное машиностроение»
Кафедры «Материаловедение», 
«Ракетно-космические композитные конструкции» 
Межотраслевой инжиниринговый центр 
«Новые материалы, композиты и нанотехнологии»
Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний
Рецензент
д-р техн. наук, профессор М.А. Комков
	
И39
	
	
Изучение технологических процессов получения полимерных композиционных материалов : методические указания к выполнению лабораторных работ / Г. В. Малышева, В. А. Нелюб, И. В. Бессонов, 
 
Ю. А. Курганова. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2016. — 39, [5] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4509-7
Рассмотрен комплекс вопросов, связанных с технологией получения связующих на основе эпоксидных олигомеров. Приведена методика выполнения двух 
лабораторных работ. 
Для студентов 4-го курса МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.01 и 22.04.01 по дисциплинам «Физикохимия и технология производства композиционных материалов», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов».
УДК 678.01
ББК 35.719  
ISBN 978-5-7038-4509-7
© 	МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016
© 	Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016

Предисловие
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) нашли широкое 
применение в различных областях промышленности, в том числе в 
авиастроении, автомобилестроении, судостроении, ракетно-космическом производстве и др. 
В качестве связующего в ПКМ используют эпоксидные, фенолоформальдегидные, полиэфирные связующие и др. Наиболее распространенным видом связующих в авиационной промышленности и 
ракетно-космическом производстве являются эпоксидные олигомеры. 
Это связано с комплексом их термомеханических и технологических 
свойств.
Эпоксидное связующее представляет собой многокомпонентную 
смесь, состоящую из эпоксидной смолы и отверждающего агента 
(отвердителя), а также многочисленных модифицирующих добавок, 
позволяющих управлять как технологическими свойствами связующего, так и эксплуатационными свойствами изделия. Такими добавками могут быть активные растворители (или смесь растворителей), 
пластификаторы, катализаторы и т. д. Например, путем введения разнообразных модификаторов удается существенно снизить вязкость 
связующего, что является необходимым технологическим условием 
многих процессов формования.
Отверждение связующего — это процесс химического взаимодействия между отдельными компонентами, протекающий при определенных условиях (температуре и давлении). В результате реакции 
отверждения между эпоксидной смолой (эпоксидными группами) и 
отвердителем образуются многочисленные новые связи, что в конечном итоге приводит к формированию огромной макромолекулы. Высокая реакционная способность эпоксидных групп, а также наличие 
в эпоксидных олигомерах гидроксильных групп позволяют использовать отвердители различных классов. От химической природы отвердителя зависят такие важнейшие свойства связующего, как жизнеспособность (время пригодности к использованию), режимы отверждения 
(температура, время, давление), а также весь комплекс эксплуатаци3

онных свойств (физико-механические, диэлектрические, тепловые 
и др.). 
В методических указаниях рассмотрен комплекс вопросов, связанных с изучением технологии введения в состав олигомерных связующих 
наноразмерных наполнителей и отверждения. Первая лабораторная 
работа позволяет студентам получить навыки самостоятельного изготовления образцов связующих для их последующих механических 
испытаний и проведения структурного анализа, вторая — навыки работы создания нанокомпозитов. В ходе обеих работ студенты исследуют влияние технологии введения в состав связующего дисперсных 
наполнителей на их структуру.
После выполнения лабораторных работ студенты будут:
•	 знать методы управления микроструктурой отвержденных полимерных композиционных материалов;
•	 уметь на основе анализа микроструктуры разрабатывать технологические процессы формования изделий из полимерных композиционных материалов;
•	 владеть навыками работы на технологическом оборудовании 
и навыками разработки высокоэффективных технологических процессов формования изделий из полимерных нанокомпозитов. 
Выполнение лабораторных работ позволит студентам приобрести 
профессиональные компетенции в научно-исследовательской, производственной и проектно-технологической сферах деятельности.
4

Лабораторная работа № 1 
Технология получения эпоксидного связующего
Цель лабораторной работы — освоение методов приготовления 
связующего, получение навыков практической работы на технологическом оборудовании.
После выполнения лабораторной работы студенты смогут:
• самостоятельно определять количество отвердителя;
• самостоятельно изготовлять составы эпоксидных связующих;
• проводить измерение вязкости связующих при комнатной и повышенной температурах;
• изготовлять образцы для последующих испытаний, осуществляя 
операции вакуумирования и отверждения.
Характеристика объекта исследования
Эпоксидные смолы. Подавляющее большинство олигомеров, используемых при производстве стекло-, угле- и органопластиков, относится к классу термореактивных материалов, которые необратимо 
отверждаются в процессе протекания химической реакции между 
олигомером и отвердителем. 
При производстве ПКМ используют различные классы связующих 
(эпоксидные, полиэфирные и др.) в зависимости от требований, предъявляемых к конечному изделию, и технологии производства. 
Эпоксидные смолы обладают рядом достоинств:
•	 связующие на основе данных смол могут достаточно долгое 
время находиться в неотвержденном состоянии;
•	 данные связующие могут отверждаться в широком интервале 
температур;
•	 имеют относительно невысокие (по сравнению с фенольноформальдегидными смолами) значения объемной усадки, которые 
составляют 1…5 %.
5