Основой комплексной модели переработки ПКМ с термореактивной ма-
трицей служит описание изменения внутреннего состояния системы. Наибо-
лее очевидными и существенными характеристиками внутреннего состояния
являются степень отверждения (конверсии) и вязкость связующего.
Процессы химической кинетики, как правило, моделируются кинетиче-
ским уравнением Аррениуса с постоянными коэффициентами:
f
(
α, T
) = Ψ(
α
) exp
−
E
a
RT
,
где
E
a
— энергия активации отверждения, кДж/моль;
R
— универсальная
газовая постоянная, кДж/(моль
∙
K);
T
— абсолютная температура, K;
Ψ(
α
)
—
кинетическая функция;
α
— степень отверждения.
Кинетическая функция
Ψ(
α
)
может аппроксимироваться уравнениями ви-
да [8–11]
Ψ(
α
) =
K
(1
−
α
)
n
;
Ψ(
α
) =
K
(1
−
α
)
n
α
m
;
Ψ(
α
) =
K
(1
−
α
)(1 +
k
0
α
)
.
Из работ [8–11] следует, что эти зависимости приемлемы для описа-
ния процесса отверждения чистых связующих или наполненных инертным
наполнителем [12], оказывающим незначительное влияние на кинетику и
реологию процесса. Использование других армирующих наполнителей су-
щественно влияет на кинетику и реологию процесса отверждения [13–15].
В известных работах не отражены вопросы совместного анализа кине-
тики и реологии процесса отверждения препрегов, используемых в совре-
менном производстве, и недостаточно проработан вопрос о моделировании
координаты точки гелеобразования.
Поэтому математическое моделирование процесса отверждения препрега
в рамках комплексного рассмотрения кинетики и реологии процесса является
актуальной задачей для проектирования технологических режимов.
Цель настоящей работы — построение математической модели отвержде-
ния препрега на основе углеродной ткани и связующего марки ЭНФБ, по-
зволяющей по данным динамических экспериментов прогнозировать такие
параметры препрега, как степень отверждения, комплексную вязкость систе-
мы и точку гелеобразования.
Исследование кинетики отверждения препрега проводится методом диф-
ференциальной сканирующей калориметрии с использованием дифференци-
ального сканирующего калориметра ДСК-Д. При исследовании образцов в
условиях нагрева с постоянной скоростью регистрируется тепловыделение.
По зафиксированному в экспериментах значению пика тепловыделений рас-
считывается степень отверждения и скорость реакции отверждения. Иссле-
дование кинетики отверждения препрега будет описываться кинетической
функцией вида
Ψ(
α
) =
K
(1
−
α
)
n
.
Исследование вязкости препрега в процессе отверждения проводится ме-
тодом динамического механического анализа в условиях сдвига с использо-
ванием вискоанализатора VA 4000 фирмы Metravib (Франция).
В рамках исследования используется препрег одной партии на основе
связующего ЭНФБ и углеродной ткани арт. 3692 компании Porcher Industries.
Эксперименты проводятся при нескольких различающихся температурных
режимах, перекрывающих область использования модели в реальном произ-
водстве. Нагрев образцов проводится в условиях очень близких скоростей
нагрева на скоростях 1, 2, 3
◦
С/мин.
114 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 1
