Технология изготовления деталей из полимерных композиционных материалов и методы определения их свойств

Технология изготовления деталей 
из полимерных композиционных 

материалов и методы определения их свойств 

Методические указания к выполнению  

лабораторных работ

Ю.А. Курганова, Г.В. Малышева, В.А. Нелюб

Федеральное государственное бюджетное 
 

образовательное учреждение высшего образования 
 

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
 

(национальный исследовательский университет)»

УДК 678.643
ББК 38.3
 
К93

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.press/catalog/46/book1844.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Материаловедение»
Межотраслевой инжиниринговый центр 
«Новые материалы, композиты и нанотехнологии»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 

Курганова, Ю. А.
К93 
 
Технология изготовления деталей из полимерных композиционных материалов и методы определения их свойств. 
Методические указания к выполнению лабораторных работ / 
Ю. А. Курганова, Г. В. Малышева, В. А. Нелюб. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 56, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4910-1 
Рассмотрен комплекс вопросов, связанных с технологией получения композиционных материалов на основе связующих из эпоксидных олигомеров, с освоением методов определения и управления 
уровнем вязкости матричного материала. Продемонстрирована технология получения полимерных композиционных материалов методом 
вакуумной инфузии. Представлена к освоению методология исследований структуры и свойств полимерных композиционных материалов. 
Для студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.01 и 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов». 

УДК 678.643
ББК 38.3

ISBN 978-5-7038-4910-1 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Предисловие

В издании рассмотрен комплекс вопросов, связанных с изучением свойств деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ), с технологией их изготовления методом вакуумной 
инфузии и с наиболее распространенными методами оценки качества изготовленных деталей.
Методические указания предназначены для самостоятельной 
подготовки к трем лабораторным работам — «Изучение реологических свойств связующих композиционных материалов», «Изучение технологии формования изделий из полимерных композиционных материалов» и «Особенности исследования структуры 
и свойств полимерных композиционных материалов» по дисциплинам «Физикохимия и технология композиционных материалов» и «Основы научных исследований» — студентов, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.01 и 22.04.01 
«Материаловедение и технологии материалов».
В ходе лабораторных работ студенты ознакомятся с технологическими способами обеспечения качества изделий из ПКМ, 
с оборудованием и оснасткой для изготовления композитов.
После выполнения лабораторных работ студенты смогут проводить стандартные и сертификационные испытания технических процессов и изделий с использованием современных аналитических средств измерений, овладеют методами исследования, 
проектирования и проведения экспериментальных работ, навыками оценки свойств различных композиционных материалов, 
работы с оборудованием и приборами для определения структуры 
и свойств промышленных материалов.
Выполнение лабораторных работ позволит студентам приобрести профессиональные компетенции в научно-исследовательской, производственной и проектно-технологической деятельности.

Введение

Полимерные композиционные материалы нашли широкое 
применение в различных областях промышленности, в том числе 
в авиа-, автомобиле-, 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 позволяет использовать при их отверждении различные классы отвердителей. От химической природы 
отвердителя зависят такие важнейшие свойства связующего, как 
жизнеспособность (время пригодности к использованию), ре

жимы отверждения (температура, время, давление), а также весь 
комплекс эксплуатационных свойств (физико-механические, диэлектрические, тепловые и др.). 
Химическая структура полимеров, т. е. его химический состав 
и способ соединения атомов в макромолекуле, не определяет 
однозначно поведение полимерного материала. Свойства полимеров зависят не только от химической, но и от их физической 
структуры. Поэтому в последнее время внимание исследователей 
направлено на изучение структуры ПКМ на макро- и микро- 
уровнях.
Структурные процессы изучают с помощью методов, которые 
основаны на измерении зависимостей какого-либо свойства материала от его структуры. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Изучение реологических свойств  
связующих композиционных материалов

Цель работы: освоение методов приготовления связующего, 
получение навыков практической работы на технологическом 
оборудовании.
После выполнения лабораторной работы студенты смогут:
•• определять количество отвердителя;
•• изготавливать составы эпоксидных связующих;
•• проводить измерение вязкости связующих при комнатной 
и повышенной температурах;
•• изготавливать образцы для последующих испытаний, осуществляя операции вакуумирования и отверждения.

1.1. Характеристика объекта исследования

Эпоксидные смолы 
Подавляющее большинство олигомеров, используемых при 
производстве стекло-, угле- и органопластиков, относятся к классу термореактивных материалов, которые 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. 
Связующие на основе эпоксидных смол обладают рядом преимуществ:
•• могут продолжительное время находиться в неотвержденном состоянии;
•• могут отверждаться в широком интервале температур, имеют относительно невысокие (по сравнению с фенолоформальдегидными смолами) значения объемной усадки, которые составляют 1…5 %.