----
----






Полимерные композиционные материалы на основе волокон различной химической природы


Ю.А. КАДЫКОВА, А.Н. ЛЕОНТЬЕВ, О.Г. ВАСИЛЬЕВА, С.Е. АРТЕМЕНКО

  Рис. 1. Потери массы реакционной смеси при синтезе ФФО в структуре волокон. Прорыв в новые области знаний, технологий, создание изделий с требуемыми свойствами, резкое улучшение экономических показателей, обретение технико-экономической независимости вследствие отказа от использования традиционно приемлемых материалов – все это возможно только благодаря новым полимерным композиционным материалам (ПКМ). Перспективны для ответственных конструкций ПКМ на основе термореактивных смол, армированных различными волокнами: базальтовыми (БВ), стеклянными (СВ). Широко применяемые смесевые традиционные технологические процессы ПКМ характеризуются многостадийностью: на одном предприятии синтезируют олигомеры (смолы), затем на другом проводят ими пропитку волокнистых материалов, сушку, подготовку пресс-пакета для прессования, который снова нагревают и затем прессуют изделие. Такие технологии крайне трудоемки, энергетически затратны, с пониженными характеристиками получаемого материала и экологически напряженными условиями труда.
   В Саратовском государственном техническом университете разработан метод поликонденсационного наполнения (ПКН) путем пропитки волокнистого наполнителя композицией из мономеров с последующим синтезом полимера в структуре и на поверхности волокна, что повышает прочностные и физико-химические характеристики ПКМ сокращает число стадий процесса, снижает энерго- и трудозатраты, а также экологическую напряженность производства.
   Этот метод представляет, по сути, внедрение «гостя» – органического полимера в структуру «хозяина» – неорганического волокна. Локализацию, концентрацию и пространственное расположение «гостей» определяют топология, химическая природа и реакционная способность внутренней и внешней поверхности «хозяина». Последнюю можно активировать различными химическими и физическими методами, которые позволяют поры «хозяина» адаптировать к размерам молекул мономеров. Включение молекул мономеров в поры волокон с их последующим контролируемым превращением как в порах, так и на их поверхности обеспечивает получение ПКМ с повышенными характеристиками. В данной работе представлены результаты исследования ряда эффектов, сопутствующих процессам формирования таких ПКМ на основе СВ и БВ и фенолформальдегидной матрицы.

Табл.1. Химический состав базальта и бесщелочного стекла.


   БВ, полученные из базальта, представляют перспективный армирующий материал, на основе которого могут быть созданы высокопрочные, теплостойкие и хемостойкие ПКМ. Производство базальтовых волокон увеличивается, так как сырьем служат горные породы, а формование осуществляется подобно СВ фильерным способом в широком ассортименте: штапельное волокно, нити, ровинги, холсты, ткани и маты. Химический состав в зависимости от месторождения изменяется незначительно и характеризуется содержанием компонентов, представленных в таблице 1.
   В исследованиях использовались базальтовые и стеклянные нити со следующими характеристиками (табл.2).

Табл.2. Физико-механические свойства стеклянных и базальтовых волокон.


   Синтез фенолформальдегидных олигомеров (ФФО) проводили по следующей методике: реакционной смесью (из фенола, формальдегида и NaOH в качестве катализатора) пропитывали подготовленные волокна, уложенные в специальные ячейки для синтеза; реакцию проводили при Т=900С, продолжительность синтеза варьировали в пределах 5–120 мин. За ходом процесса следили по изменению массы реакционной смеси и по способности синтезированных олигомеров к формированию сетчатых структур при следующих условиях: Т = 1550С, Р = 25 МПа,
   t = 15 минут. Выход золь-гель фракций определяли по стандартной методике в аппарате Сокслета.
 Рис. 2 Способность ФФО, синтезируемых в присутствии волокон, формировать сетчатые структуры.  При проведении реакции по описанной методике молекулы мономера, соизмеримые с порами волокон, внедряются в последние и сорбируются самой поверхностью волокна. При дальнейшем синтезе при 900С и отверждении при 1550С образуются микропленки полимерной матрицы с ориентированной структурой по рельефу поверхности пор и волокон. В итоге при поликонденсации создаются так называемые полиструктуры, что значительно повышает комплекс свойств получаемых ПКМ. Это экспериментально показано для ПКМ, армированных углеродным волокном.
   Наблюдаемое замедление процесса синтеза ФФО в присутствии СВ (рис.1, кривая 2), связано со взаимодействием синтезируемых олигомеров с гидроксильными группами на поверхности стекловолокна и исключением их из сферы реакции.
   Отмеченное замедление реакции поликонденсации на ранних стадиях (10–40 минут) процесса для системы с базальтовым волокном (рис. 1, кривая 1) может объясняться также взаимодействием, которое характерно для СВ. Обнаруженное повышение интенсивности процесса на последующих стадиях (40–70 минут), очевидно, связано с упорядочением молекул олигомеров в структуре и на поверхности БВ и более активным их участием в реакции.
   Способность ФФО к формированию сетчатых структур оценивали по выходу гель-фракций через определенные промежутки времени от начала реакции синтеза. Как видно из рисунка 2, ФФО, синтезируемые в присутствии БВ (кривая 1), начинают проявлять способность к формированию сетчатых структур на ранних стадиях реакции (39 масс. % через 15 минут от начала реакции). В то время как для контрольной (ненаполненной) системы (рис.2, кривая 3) этот показатель составляет менее 5 масс.%. Способность к формированию сетчатых структур для наполненной и ненаполненной систем на завершающей стадии процесса синтеза выравнивается; выход гель-фракции через 90 минут от начала реакции синтеза составляет 94–96 масс. %. ФФО, синтезируемые в присутствии СВ, медленнее проявляют способность к формированию сшитых структур. Так, выход гель-фракции через 40 минут составляет лишь 38 масс.% и только через 120 минут от начала реакции – 95 масс. % (рис. 2, кривая 2).

Табл.3. Параметры синтеза ФФО в присутствии волокон.


   Полученные данные позволили выбрать основные параметры синтеза ФФО в структуре СВ и БВ с учетом их влияния на процесс поликонденсационного наполнения, обеспечивающие получение олигомеров, способных к формированию сетчатых структур в процессе отверждения препрегов. Для обеспечения требуемой степени удаления низкомолекулярных соединений до остаточного содержания 6% проводилась сушка препрегов (таблица 3).
   Оптимальная продолжительность синтеза и сушки композиции с СВ оказывается выше, по сравнению с синтезом композиции с БВ. Это доказывает замедляющее действие СВ на процесс реакции.
   Экспериментальные данные о влиянии условий синтеза на физико-механические свойства ПКМ представлены в таблице 4 и на рисунке 3.

Табл.4. Сравнительные характеристики ПКМ, полученные поликонденсационным и традиционным способом.


  Рис. 3. Зависимость водопоглощения ПКМ от способа их получения. По результатам работы можно заключить, что в условиях поликонденсационного наполнения при пропитке волокна реакционной системой из мономеров улучшается взаимодействие мономеров и синтезированных олигомеров с волокнами, в отличии от традиционной технологии получения ПКМ, что проявляется в получении более высоких свойств композитов на основе исследуемых волокон.
   Проведенными исследованиями доказана возможность получения базальтопластов по технологии поликонденсационного наполнения с повышенной прочностью при изгибе по сравнению со стеклопластиками (635 и 400 МПа соответственно). Данная технология позволяет объединить в единое производство синтез олигомеров из мономеров непосредственно в волокнистой системе с последующим формованием изделий с заданной структурой и свойствами, тем самым резко сократив число стадий процесса и улучшив технико-экономические и экологические показатели производства.

Список товаров, услуг и цен предоставляемых организациями разместившими объявления на сайте (В алфавитном порядке. Тестовый режим)
Страница 1: AL - антистатик
Страница 2: аренда - водопровод
Страница 3: водослив - желоб
Страница 4: жилье - короткобазовый
Страница 5: коррубит - наирит
Страница 6: наклейка - пергамин
Страница 7: перевозка - радиатор
Страница 8: разгрузка - средство
Страница 9: СРО - услуги
Страница 10: установка - ящик

Строительные материалы в Интернете:



Архив объявлений с предложениями строительных материалов описаных в статьях:
Объявления строительных фирм Объявления строительных фирм (1)
Объявления строительных фирм (2) Объявления строительных фирм (3)
Объявления строительных фирм (07.06.08) Объявления строительных фирм (22.07.08)
Объявления строительных фирм (12.09.08)  
Цены на строительные материалы описанные в статьях (прайс-листы):
Строительство и ремонт
Кирпич и стеновые материалы
Окна и оконные конструкции
Двери, ворота, входные группы
Ограждающие конструкции, офисные перегородки
Пиломатериалы, изделия из дерева
Отделочные материалы
Керамическая плитка, керамический гранит
Лаки, эмали и краски
Стекло, поликарбонат, зеркала
Стройматериалы 1 Стройматериалы 2 Стройматериалы 3
Кровля, кровельные материалы
Гидро-, звуко, теплоизоляционные материалы
Сантехника, канализация
Отопление и вентиляция
Электрооборудование
Металл, кованные изделия
Машины, оборудование и инструмент
Дизайн и интерьер
Услуги в области строительства
Различные стройматериалы
Стройматериалы 4

Интернет-сайты предлагающие стройматериалы: