Применение различных физических воздействий (вибрация, ультрафиолетовое излучение, постоянные электрические и магнитные поля) является экономичным и высокоэффективным направлением регулирования и улучшения характеристик армированных реактопластов [1, 2].

При получении образцов полимерных композиционных материалов (ПКМ) в качестве связующего использовали эпоксидиановую смолу (ЭД-20, ГОСТ 10587-93), отверждаемую полиэтиленполиамином (ПЭПА, ТУ 6-02594-85), а в качестве армирующих наполнителей - полиакрилонитрильный жгутик (нитрон, ТУ 13-239-79), поликапроамидную техническую (капрон) и вискозную техническую нить (ВН), а также базальтовую (Б Н) и стеклянную нити (СН). Нити пропитывали связующим, наматывали с большим шагом на проволочное мотовило и полученный препрег помещали в термостат. В качестве источника ультрафиолетового излучения (УФИ) применяли бактерицидный настенный облучатель ОБН-150 с лампой ДБ-30 при длине волны 253.7 нм. В опытах контролировали линейную плотность исходных и пропитанных нитей и степень превращения X исходного олигомерного связующего в нерастворимый сетчатый продукт. Величину X определяли методом экстракции золя ацетоном при комнатной температуре. Для сформованных из полученных препрегов материалов по стандартным методикам определяли следующие физико-механические характеристики:

• разрушающее напряжение при статическом изгибе (Ϭ_и, МПа, ГОСТ 4648-93);
• разрушающее напряжение при растяжении (Ϭ_р, ГОСТ 11262-80);
• модуль упругости при статическом изгибе Е , МПа;
• ударная вязкость (α_уд , кДж/м2, ГОСТ 4647-80);
• твердость по Бринеллю (Н_Б, МПа, ГОСТ 4670-77);
• суточное водопоглощение (W, %, ГОСТ 4650-80);
• плотность (ρ, кг/м³, ГОСТ 15139-81).

Физическую модификацию осуществляли либо путем физической обработки на стадии пропитки армирующей нити связующим при использовании вибрации, либо в виде кратковременного физического воздействия на свежепропитанную связующим нить при использовании постоянного электрического поля (ПЭП) или УФИ с последующим отверждением в традиционных условиях.

Эффективность методов физической модификации можно оценить по влиянию использованного физического воздействия на физико-механические характеристики ПКМ (критерий 1) и по физико-химической активности этого физического воздействия (критерий 2).

Первый критерий получают путем сравнения характеристик образцов ПКМ, сформированных без использования и с использованием физической модификации.

Получение второго критерия основано на сравнении кинетических кривых отверждения (рисунок) с использованием и без использования физического воздействия. Критерий физико-химической активности у находили путём интегрирования скорости изменения степени конверсии, вызванного физическим воздействием, по времени.

Анализ характера влияния физических воздействий на физико-механические характеристики ПКМ показал (табл.1), что обработка препрегов УФИ обеспечивает стабильное улучшение прочностных характеристик на 10-40%, а вибрационная обработка приводит к менее стабильным результатам, т.е. она может вызвать не только улучшение, но и ухудшение прочностных характеристик вследствие нарушения компактности армирующих технических нитей, при этом значительное улучшение одной характеристики, например α_уд, сопровождается значительным ухудшением другой - Ϭ_и [1, 2].

Неотверждённые препреги весьма чувствительны к различным физическим воздействиям, которые в определённой степени влияют на последующий химический процесс отверждения (табл.2). Увеличение продолжительности физического воздействия приводит к увеличению массовой доли связующего, подвергнутого этому воздействию, однако эпоксидная смола более подвержена влиянию ПЭП, чем вибрации.

Таким образом, от модификации ПКМ электрическим полем следует ожидать более сильного влияния на физикомеханические характеристики, чем влияние вибрации.

• Предложено оценивать эффективность различных способов физической модификации по физико-химической активности физических воздействий, неизбежно влияющих на скорость последующего химического отверждения.
• Из трёх рассмотренных способов физической модификации наиболее надёжными и эффективными можно считать обработку препрегов ультрафиолетовым излучением и воздействие постоянного электрического поля.