Эксплуатационные характеристики композиционных материалов, армированных полиакрилонитрильным техническим жгутиком (ПАН-ТЖ), обладающим реакционной активностью функциональных групп, могут быть улучшены путем его модификации. Целью работы являлось исследование влияния полиакрилонитрильных волокнистых материалов, аппретированных модификаторами АГМ-9, А-187, А-174 и Duron OS 3151, на кинетику процесса отверждения эпоксидной смолы ЭД-20, структурные особенности разработанных композитов и их эксплуатационные свойства. В работе применяли методы кинетического исследования, дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), сканирующей электронной микроскопии и механических испытаний композиционных материалов. Показано влияние модифицированных ПАН-ТЖ на изменение кинетики процесса отверждения эпоксидного связующего, характеризуемое увеличением времени отверждения, уменьшением максимальной температуры отверждения и снижением энергии активация отверждения ЭД-20. Результаты кинетических исследований подтверждаются данными ДСК эпоксидных композиций на основе модифицированных ПАН-ТЖ, которые показывают снижение максимальной температуры и увеличение тепловых эффектов процесса отверждения ЭД-20 в присутствии исследуемых армирующих систем по сравнению с эпоксикомпозитом, армированным немодифицированным жгутиком. Структурообразование эпоксидных композиций в более мягких условиях обеспечивает образование контактной зоны между элементарными волокнами и связующим, способствующей повышению монолитности пластиков по сравнению с композитом на основе исходного ПАН-ТЖ. Сравнительный анализ прочностных свойств исследуемых композитов показал, что при введении в ЭД-20 аппретированных ПАН-ТЖ наблюдается улучшение прочностных показателей. Проведенная оценка кинетических параметров, структурных особенностей и прочностных свойств разработанных композитов, армированных модифицированными ПАН-ТЖ, свидетельствует о повышении поверхностной активности волокнистых материалов в результате их модификации.

1. Yang Z., Yao Y., Huang Y., Chen W., Dong X. Surface Modification Method of Polyacrylonitrile (PAN) Fibers by L-cysteine Coupling Protein // Fibers Polymers. 2019. V. 20. Р. 2581–2586. DOI: 10.1007/s12221–019–9343–8

2. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. СПб: Научные основы и технологии, 2009. 380 с.

3. Хасанов О.Х., Исмаилов Р.И. Модификация полиакрилонитрильных волокон мономерными солями на основе аминоалкилакрилатов с галоидсодержащими веществами // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 1 (319). С. 66–72. DOI: 10.47367/0021–3497_2021_1_66

4. Sunil S., Abhilas J.K., Kumar A., Shukla H.K. Oxidative Stabilization Studies on Pretreated Polyacrylonitrile Precursor Fiber Suitable For Carbon Fiber. Production // AIP Conference Proceedings, Published Online, 25 October, 2019. V. 2166. URL: https://doi.org/10.1063/1.5131605 (дата обращения 25.01.2023).

5. Цвайфель Х. и др. Добавки к полимерам. Справочник. СПб: ЦОП «Профессия», 2016. 1088 с.

6. Rogovina S.Z., Prut E.V., Berlin A.A. Composite Materials Based on Synthetic Polymers Reinforced with Natural Fibers // Polymer Science, Series A. 2019. V. 61. P. 417–438. DOI: 10.1134/S0965545X19040084

7. Khandelwal S., Rhee K.Y. Recent advances in basalt-fiber-reinforced composites: Tailoring the fiber-matrix interface // Composites Part B: Engineering. 2020. V. 192. P. 1–13. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108011

8. Shapagin A.V. et al. Epoxyorganosilane Finishing Compositions for Fibrous Fillers of Thermosetting and Thermoplastic Binders // Polymers. 2022. V. 14. № 1. Р. 59–73. DOI: 10.3390/polym14010059

9. Rajan R., Rainosalo E., Thomas S.P., Ramamoorthy S.K., Zavašnik J., Vuorinen J., Skrifvars M. Modification of epoxy resin by silane-coupling agent to improve tensile properties of viscose fabric composites // Polymer Bulletin. 2018. V. 75. P. 167–195. DOI: 10.1007/s00289–017–2022–2

10. Musayeva A. Yu.,et al. Properties of modified epoxy resins (Review) // Sciences of Europe. 2018. № 33. Р. 22–29.

11. Rajan R. et al. Mechanical, Thermal and Burning Properties of Viscose Fabric Composites – Influence of Epoxy Resin Modification // Journal of Applied Polymer Science. 2018. V. 135. №. 36. Р. 1134–1148.

12. Shcherbakov A.S. et al. Effect of Carbon Nanotube Functionalization on the Physicochemical and Mechanical Properties of Modified Fiber-Reinforced Composites Based on an Epoxy Resin. Russian Journal of Applied Chemistry. 2021. V. 94, P. 1080–1087. DOI: 10.1134/S1070427221080097

13. Liu F., Shi Z., Dong Yu. Improved wettability and interfacial adhesion in carbon fibre/epoxy composites via an aqueous epoxy sizing agent // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. V. 112. P. 337–345. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.06.026

14. Belgacemi R., Derradji M., Mehelli O., Trache D., Liu W., Wang J. Highly advanced phthalonitrile composites from epoxy-ended hyperbranched poly(trimellitic anhydride ethylene glycol) ester grafted basalt fibers // Polymer Composites. 2021. V. 42. № 8. P. 3882–3891. DOI: 10.1002/pc.26100

15. Korchina L.V., Zubova N.G., Popova N.E., Ustinova T.P. Effect of polyacrylonitrile fibers modified by various chemical finishes on the hardening kinetics proprieties of an epoxide composite based on them // Fibre Chemistry. 2015. № 6. Р. 360–362. DOI: 10.1007/s10692–015–9621–1

16. Зубова Н.Г., Устинова Т.П. Оценка эффективности процесса получения модифицированного ПАН-ТЖ, используемого в технологии эпоксидных композитов // Материалы международного научно-технического симпозиума «EESTE2021», Москва, 20–21 октября, 2021. – С. 297–300. DOI: 10.37816/eeste2021–1–297–300

17. Грелльманн В., Зайдлер С. Испытания пластмасс. СПб: ЦОП «Профессия», 2010. 720 с.

18. Блазнов А.Н., Журковский М.Е., Фирсов В.В., Самойленко В.В., Бычин Н.В., Атясова Е.В. Исследование физико-механических свойств связующего на основе отвердителя Этал45М // Южно-Сибирский научный вестник. 2019. № 3 (27). С. 100–107. DOI: 10.25699/SSSB.2019.27.37228

19. Нган Н.В. и др. Влияние кремнийорганического модификатора на процесс отверждения эпоксидного олигомера // Успехи в химии и химической технологии. 2018. Т. XXXII. № 6. С. 106–108.

20. Rydz J., Shishkova A., Eckstein A.A. Scanning Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy: Topographic and Dynamical Surface Studies of Blends, Composites, and Hybrid Functional Materials for Sustainable Future // Advances in Materials Science and Engineering. 2019. V. 2019. P 1–16. DOI: 10.1155/2019/6871785