Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

материалов после длительной выдержки в открытых климатических условиях [5]. Натурное экспонирование ПКМ из-за его высокой стоимости и трудоемкости обычно не превышает 1-3 лет [2, 5], что позволяет выявлять лишь особенности начальных стадий старения [6]. Поэтому наибольшую ценность представляют сведения о состоянии материалов после продолжительного (10 и более лет) пребывания в открытых климатических условиях [7-12]. Благодаря таким длительным испытаниям удается определить роль отдельных климатических факторов, закономерности воздействия типовых климатических зон, соотношение обратимых и необратимых изменений показателей, влияние состава, структуры армирования и режимов отверждения на климатическую стойкость ПКМ , выявить эффекты синергизма, сформировать экспериментальную основу для достоверного моделирования и прогнозирования свойств. При анализе изменения механических показателей более 3 000 наборов ПКМ, экспонированных в различных климатических районах земного шара, выявлен большой разброс показателей, затрудняющих систематизацию сведений о закономерностях климатического старения материалов и сущности физико-химических превращений в полимерных матрицах этих композитов при воздействии доминирующих климатических факторов [5]. В работах [6, 13] рассмотрены причины противоречивых результатов, связанные с неконтролируемым влагосодерж анием экспонированных образцов и методическими недостатками при выполнении механических измерений. Другие причины, связанные с масштабным фактором и неоднородностью старения, обычно не принимаются во внимание в практике климатических испытаний ПКМ. Целью данной работы является обоснование наиболее важных методических требований , повышающих достоверность и информационную ценность результатов длительных климатических испытаний ПКМ. Проблема гетерогенности климатического старения Агрессивные климатические факторы воздействуют, главным образом, на поверхностный слой экспонируемых образцов толщиной до 100-200 мкм [14]. Формирующийся градиент показателей по толщине образцов существенно усложняет моделирование климатической стойкости полимеров и ПКМ, так как по результатам измерений любого прочностного показателя R материала выбранной толщины на различных этапах старения невозможно с достаточной надежностью предсказать значение этого показателя для образцов другой толщины. Типичный пример показан на рисунке [14]. После одного года экспонирования в открытых климатических условиях свойства поверхностного слоя эпоксидного полимера, облученного Солнцем, резко отличаются от внутренних слоев. В данном примере УФ активирует доотверждение в поверхностном слое и является причиной увеличения температуры стеклования от 58 до 74 °С. Для приведенного примера методом ИК-спектроскопии определено, что в поверхностном лицевом слое (обращенном к Солнцу) экспонированных образцов снижается интенсивность полос при волновых числах 920, 1035, 1249 см-1. Эффект объясняется раскрытием эпоксидных колец и доотверждением полимера в поверхностном слое под воздействием прямого солнечного облучения. Доотверждение сопровождается накоплением карбонильных групп C=O в этом слое. Это доказано увеличением интенсивности полосы поглощения с волновым числом 1 715 см-1, вызванным наличием карбонильных групп в алифатических альдегидах. Предел прочности при растяжении o t после 12 месяцев климатического воздействия уменьшился от 54 ± 2 до 23 ± 1 МПа, то есть на 56-62 %. Такое значительное падение прочности невозможно объяснить накоплением повреждений в поверхностном слое толщиной < 200 мкм даже при его нулевой прочности. После удаления 200 мкм слоя с лицевой и оборотной поверхностей состаренных образцов с помощью аккуратного шлифования и полирования величина Ot становится равной 52 ± 2 МПа, то есть восстанавливается до исходного значения [14]. Представленный пример актуализирует общую проблему: неравномерность старения сопровождается формированием существенного градиента прочности и других показателей полимеров и ПКМ. Возникновение градиентов прочности по толщине необходимо учитывать при моделировании изменения прочности ПКМ при эксплуатации в климатических условиях. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 40-45. Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 40-45. © Лебедев М. П., Старцев О. В., 2023 41