Физико-химические основы технологии поликонденсационного наполнения базальто-, стекло- и углепластиков (стр. 3 из 3)

Таблица 5

Потери массы образцов после термической обработки при 550⁰С

ПКМ	Потери массы, %
Базальтопластик	24,27/65,74
Стеклопластик	29,43/79,50
Углепластик	22,38/45,53

Примечание: В числителе значения по ИТ, в знаменателе – при традиционной пропитке нитей готовой смолой.

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 E_i 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: s_i на 11-57%, E_i 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.