 |
Глава 5. Модификация ПКМ, армированных БН, СН и УН
|
|
|
|
На кафедре химической технологии СГТУ накоплен большой опыт по модификации связующего низкомолекулярными соединениями на стадии синтеза ФФО, что резко улучшает структуру и свойства сформированных ПКМ. Анализ экспериментальных данных (табл.6) свидетельствует о том, что прочностные и физико-химические свойства модифицированных ПКМ, сформированных по ИТ, превышают аналогичные свойства немодифицированных образцов. Это связано с улучшением подвижности, гибкости и текучести образующихся макромолекул ФФО и лучшей их ориентации по рельефу поверхности и, как следствие, формирование более плотной структуры ПКМ.
Таблица 6
Изменение физико-химических и механических свойств УП, СП и БП при модификации
| ПКМ | Твердость по Бринеллю, МПа | % увеличения модифицированных ПКМ | Разрушающее напряжение при сдвиге, МПа | % увеличения модифицированных ПКМ | Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | % увеличения модифицированных ПКМ | Водопоглощение, % | % уменьшения модифицированных ПКМ |
| УП | 632 650 | 3,0 | 23 25 | 8,7 | 840 870 | 3,6 | 0,39 0,33 | 15,4 |
| СП | 400 419 | 4,7 | 28 30 | 7,1 | 400 433 | 8,2 | 0,24 0,18 | 25 |
| БП | 420 444 | 5,7 | 26 33 | 26,9 | 635 720 | 13,4 | 0,20 0,13 | 35 |
Примечание: В числителе значения для немодифицированных ПКМ, в знаменателе – для модифицированных.
Для БП в качестве модифицирующих добавок применялись лапрол, поливинилбутираль и капролактам. Наиболее эффективной модифицирующей добавкой является лапрол (табл. 7). По данным термогравиметрического анализа определено, что лапрол тормозит деструкцию модифицированных БП за счет формирования более плотной структуры и, следовательно, большей термостойкости. В то же время для БП, модифицированных поливинилбутиралем и капролактамом, термостойкость остается на уровне немодифицированного БП.
|
|
|
Таблица 7
Сравнительные характеристики модифицированных базальтопластиков
| Модифицирующая добавка | Твердость по Бринеллю, МПа | Разрушающее напряжение при сдвиге, МПа | Разрушающее напряжение при изгибе, МПа |
| Без модификации | 420 | 26 | 635 |
| Лапрол | 444 | 33 | 720 |
| Капролактам | 440 | 30 | 680 |
| Поливинилбутираль | 432 | 31 | 690 |
Таким образом, полученные результаты доказывают перспективность и целесообразность применения модификации связующего на стадии синтеза для повышения физико-химических и механических характеристик БП, СП и УП.
Одним из путей направленного регулирования свойств ПКМ является использование гибридных волокнистых наполнителей. Представляет интерес сочетание широко распространенных СН с УН, что может обеспечить повышение физико-механических показателей гибридного ПКМ и придать материалу специфические свойства. Полученные экспериментальные данные (табл.8) свидетельствуют о том, что применение гибридных наполнителей позволяет достигнуть эффекта синергизма и формировать ПКМ с необходимым комплексом свойств в соответствии с их функциональным назначением путем варьирования соотношения УН:СН. В пользу гибридных наполнителей свидетельствует и то, что стоимость ПКМ резко сокращается по сравнению с углепластиками.
Сравнительный анализ полученных БП, СП и УП с наиболее часто применяемыми ПКМ на основе БН, СН и УН, выпускаемыми в промышленном масштабе, показал (табл. 9), что разработанные БП, СП и УП не уступают, а по s i и Ei значительно превосходят известные аналоги.
Таблица 8
Сравнительные характеристики ПКМ с гибридными наполнителями
| Состав наполнителя | Твердость по Бринеллю, МПа | Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | Водопоглощение при двухчасовом кипячении, % |
| СН СН + 1 слой УН СН + 2 слоя УН СН + 3 слоя УН УН | 400 432 447 469 632 | 400 435 508 542 840 | 0,28 0,29 0,32 0,34 0,39 |
|
|
|
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
§ Впервые разработана принципиально новая технология БП, СП и УП, базирующаяся на интеркаляции мономеров в пористую структуру базальтовых, стеклянных и углеродных нитей с формированием при дальнейшем синтезе и отверждении тонких полиструктур сетчатого полимера в порах, дефектах и на поверхности нитей, что обеспечивает однородность и повышенные свойства получаемым ПКМ. Так, БП, СП и УП, сформированные по интеркаляционной технологии, характеризуются по сравнению с аналогами, полученными по традиционной технологии, более высокими механическими и физико-химическими характеристиками: si на 11-57%, Ei на 47%.
§Определены научные основы интеркаляционной технологии БП, СП и УП. Доказано, что увеличивается адсорбция мономеров, ускоряется реакция синтеза ФФО и его отверждение, увеличивается степень превращения фенола, формируется более термо- и водостойкая структура ПКМ.
§ Определены сорбционные характеристики пористой структуры БН, СН и УН. Применение теории объемного заполнения микропор для описания адсорбционных равновесий в системе нить-фенол-раство-ритель позволило описать процессы адсорбции при различных температурах на БН, СН и УН и рассчитать параметры пористой структуры этих нитей, используя основное уравнение этой теории. По величине пор, предельно адсорбируемым объемам, характеристической энергии изучаемые нити образуют ряд УН > БН > СН.
§ Установлена взаимосвязь структуры и свойств БП, СП и УП, сформированных по интеркаляционной технологии. Методами РЭМ и СТМ подтверждено формирование тонких полимерных прослоек между нитями и их ориентация по рельефу поверхности.
§ Установлено, что гибридизацией армирующей волокнистой системы (СН + 1-3 слоев УН) расширяется ассортимент ПКМ со специфическими свойствами и снижается их стоимость.
§ Доказано, что наиболее эффективной модифицирующей добавкой в производстве БП является лапрол, вводимый в количестве 4% в смесь мономеров.
Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:
1. Артеменко С.Е. Альтернативная технология получения углеродного композита / С.Е.Артеменко, Л.Г.Глухова, Н.И.Загоруйко, Ю.А.Кадыкова // Химические волокна. - 2002. - №5. - С.35-37.
|
|
|
2. Кадыкова Ю.А. Полимерные композиционные материалы на основе волокон различной химической природы / Ю.А.Кадыкова, А.Н.Ле-онтьев, О.Г.Васильева, С.Е.Артеменко // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. - 2002. - №6. - С.10-11.
3. Кадыкова Ю.А. Влияние сорбционных характеристик неорганических волокон на свойства полимерных композиционных материалов / Ю.А.Кадыкова, И.С.Родзивилова, С.Е.Артеменко, А.Н.Леонтьев // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. - 2002. - №11. - С.42-43.
4. Артеменко С.Е. Будущее за базальтовыми волокнами и композиционными материалами на их основе / С.Е.Артеменко, О.Г.Васильева, Ю.А.Кадыкова, А.Н.Леонтьев // Стеклопрогресс-ХХI: Доклады первой Междунар. конф. - Саратов, 2002. - С.196-199.
5. Артеменко С.Е. Влияние поверхности углеродных волокон на структурообразование в композиционном материале поликонденсационного способа получения / С.Е.Артеменко, Л.Г.Глухова, Ю.А.Кадыкова, Н.И.Загоруйко // Химволокна-2000: Докл. Междунар. конф. по химическим волокнам, Тверь, 16-19 мая 2000г. - Тверь, 2000. - Т. 2, С. 561-564.
6. Кадыкова Ю.А. Гибридные композиционные материалы / Ю.А.Кадыкова, О.Г.Васильева, С.Е.Артеменко // Композит–2001: Докл. Междунар. конф., Саратов, 3–5 июля 2001г. - Саратов, 2001. - С. 84 - 87.
Научные консультации по применению стекло- и базальтопластиков осуществлялись к.т.н., доцентом Васильевой О.Г.
КАДЫКОВА Юлия Александровна
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНТЕРКАЛЯЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ БАЗАЛЬТО-, СТЕКЛО- И УГЛЕПЛАСТИКОВ
Автореферат
Корректор Л.А.Скворцова
Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01
Подписано в печать Формат 60х84 1/16
Бум. тип. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0
Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
Копипринтер СГТУ, 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77.
|
|
|
