Determining the influence of the filler on the properties of structural thermal-resistant polymeric materials based on Phenylone C1

Abstract

This paper reports a laboratory study of the physical, mechanical, and thermal properties of designed composite materials based on Phenylone C1 filled with silica gel. Structural plastics, due to their high chemical and wear resistance, sufficient level of physical, mechanical, and thermal properties, can significantly improve the technical characteristics of machines and mechanisms. However, some structural plastics, including Phenylone C1, have a significant drawback – a narrow temperature range of their processing, which leads to a complication of technological equipment and increases the cost of production. It was established that the technical processing of the initial composite material into finished products could be improved by introducing fillers. The regularities of influence of silica gel content on the level of thermal and physical-mechanical properties of polymer composite materials based on Phenylone C1 have been established. It was found that the introduction of silica gel into Phenylone C1 leads to an increase in stress at the yield strength and modulus of elasticity at compression by 6.3 % and 13.3 %, respectively, compared to the original material. It was established that the heat resistance of the filled composite increases by 11.6 % with a decrease in thermal linear expansion by 10‒20 %, depending on the content of the filler. It was found that with an increase in silica gel concentration in the polymer matrix, the temperature of the onset of active destruction shifts towards higher temperatures. When filled in the amount of 30 % by weight, this temperature reaches 375 °C, which increases the temperature range of processing the designed material by 25 °C. The study results make it possible to optimize the system of tolerances and landings of parts made of polymer-composite materials, simplify the technology of their manufacture, and, as a result, reduce their cost. У цій роботі представлено лабораторне дослідження фізичних, механічних і термічних властивостей розроблених композиційних матеріалів на основі фенілону С1, наповненого силікагелем. Конструкційні пластмаси завдяки своїй високій хімічній та зносостійкості, достатньому рівню фізико-механічних і термічних властивостей можуть значно покращити технічні характеристики машин і механізмів. Однак деякі конструкційні пластмаси, в тому числі фенілон С1, мають істотний недолік – вузький температурний діапазон їх обробки, що призводить до ускладнення технологічного оснащення та здорожчає виробництво. Встановлено, що технічну переробку вихідного композиційного матеріалу в готову продукцію можна покращити шляхом введення наповнювачів. Встановлено закономірності впливу вмісту силікагелю на рівень теплотехнічних та фізико-механічних властивостей полімерних композиційних матеріалів на основі фенілону С1. Встановлено, що введення силікагелю до фенілону С1 призводить до збільшення напруги при межі плинності та модуля пружності при стисненні на 6,3 % та 13,3 % відповідно у порівнянні з вихідним матеріалом. Встановлено, що термостійкість наповненого композиту збільшується на 11,6 % при зменшенні теплового лінійного розширення на 10–20 % залежно від вмісту наповнювача. Встановлено, що зі збільшенням концентрації силікагелю в полімерній матриці температура початку активного руйнування зміщується в бік більш високих температур. При заповненні в кількості 30 % від маси ця температура досягає 375 °C, що збільшує температурний діапазон обробки проектованого матеріалу на 25 °C. Результати дослідження дають змогу оптимізувати систему допусків і посадок деталей з полімерно-композитних матеріалів, спростити технологію їх виготовлення і, як наслідок, знизити їх вартість.