Влияние ультрафиолетового облучения на механические свойства стеклопластика с добавлением УФ-стабилизаторов

Для защиты полимерных композиционных материалов в промышленности широко применяются УФ-абсорберы. В зависимости от типа связующего используются производные бензофенонов, бензотриазолов и других органических соединений, способных преобразовывать квант света в более безопасные для полимерной основы виды энергии – тепло и видимый диапазон электромагнитного излучения. Преимуществом использования УФ-абсорберов является их малая концентрация, необходимая для достижения стабилизирующего эффекта, что является преимуществом использования УФ-абсорберов. К основному недостатку УФ-абсорберов можно отнести необходимость их совмещения с полимерной основой, поскольку большинство абсорберов представляют собой (при нормальных условиях) полидисперсные порошки [4, 5, 6].

UV-531 — это УФ поглотитель, обладает низким улетучиванием, обладает хорошими свойствами совместимости с полиолефином с хорошими характеристиками при высокотемпературной обработке. Подходит для ПЭ, ПП, ПВХ, полиметилметакрилата, полиформальдегида, полиоксиметилена, ненасыщенного полиэфира, полиуретана, смолы ABS, натурального каучука, синтетического каучука, латекса и краски [2, 7].

Рис. 1. УФ-стабилизатор UV-531

Этот продукт представляет собой ультрафиолетовый стабилизатор света с хорошей интенсивностью, способный поглощать ультрафиолетовое излучение с длиной волны 240-340 нм. С характеристиками светлого цвета, нетоксичный, хорошей совместимостью с полимерами, легкой обработкой и т. д. UV-531 может максимально защищать полимер от светового старения. UV-531 может также снижать пожелтение и потерю его эксплуатационных свойств.

Технические характеристики:

• Внешний вид желтый иглообразный порошок.
• Концентрация ≥99%.
• Молекулярный вес: 326, CAS:1843-05-6.
• Температура плавления: 47-49 °C.
• Зольность <0.1%.
• Светопропускаемость: 450 нм > 90%; 500нм > 95%.

Получение стеклопластика методом пултрузии

Образцы однонаправленного стеклопластика изготавливали на специальной производственной установке, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Производственная установка для формирования образцов однонаправленного  стеклопластика;                                                                   

   1 – катушки и ровинг; 2 –распределительные плиты; 3 – ванна со связующим; 4 – фильера с нагревом; 5 – тянущее устройства; 6 – отрезное устройство

Процесс изготовления образцов заключается в следующем: из бобины 1 отматывается стеклоровинг, который поступает в подогреваемую (50 - 60 °С) ванну со связующим 3 для пропитки, излишки связующего отжимаются валками, пропитанный ровинг попадает в фильеру 4, и вытягивается тянущим устройством 5. Уложенный и пропитанный связующим ровинг зажимали пластинами до фиксированного размера, этим придавали образцу заданные фиксированные размеры [3].

Экспозиция образцов стеклопластика при воздействии УФ- излучения

Экспозицию образцов стеклопластика проводили по ГОСТ 28202-89 (метод С) при воздействии части спектра УФ-излучения в диапазоне 280 - 400 нм интенсивностью 68 вт/м2 при температуре 40 °С. Заготовка укладывалась на специальный противень так, как показано на рис. 8, и помешали в камеру везерометра. Каждые 500 часов облучения извлекали и выдерживали при комнатной температуре не менее 24 часов.

Рис. 3. Внешний вид образцов для испытаний без УФ-облучения (верхний) и с УФ-облучением (нижний)

Испытание образцов стеклопластика на трехточечный изгиб

Испытание на трехточечный изгиб устанавливает силу нужную для сгибания луча в трехточечных условиях нагрузки. В качестве указателя жесткости материала при изгибе пользуются модулем упругости. В зависимости от температуры физические характеристики материалов (особенно термопластов) могут меняться. Иногда испытание материалов при температурах бывает уместно, тем самым, копируя предполагаемую среду основного использования.

В большинстве случаев образец лежит на опоре, и нагрузка производится на центр с помощью носа загрузки, создающий с определенной скоростью трехточечный изгиб. Скорость увеличения нагрузки и диапазон поддержки – параметры этого теста [1].

Испытания образцов стеклопластика проводили на разрывной машине «Instron-5582» по ГОСТ-4648-2014.

Рис. 4. Схема положения образца в начале испытаний

Во время испытаний стеклопластика издает звук трещин. Образцы стеклопластика после УФ-излучения звук трещин был намного громче и более интенсивный по сравнению с образцами без излучения УФ-лучами.

Рис. 5. График среднестатистических показателей образцов без УФ облучения (синий) и с УФ облучением (желтый)

Выводы:

Образцы с добавлением светостабилизатора после УФ-облучения при максимальной нагрузке в 921 Н имеют удлинение 14 мм, что на 7,1 % больше, чем у образцов без УФ-облучения.

Воздействие солнечного света на полимеры в общем случае приводит к увеличению их прочности и жесткости за счет образования поперечных связей между макромолекулами полимера. Реакции образования поперечных химических связей между макромолекулами называют реакциями сшивания, приводящими к получению полимеров пространственного строения. Увеличение степени полимеризации полимера – последствие реакции сшивания. При этом снижается эластичность полимерных изделий, ухудшаются их эксплуатационные свойства.