Развитие различных отраслей отечественной экономики требует создания высокоэффективных композиционных материалов, что предполагает поиск новых перспективных наполнителей.
В тоже время современные экономические условия требуют получения композитов не только с высоким комплексом характеристик, но и доступных, с достаточно низкой стоимостью. Поэтому большие потенциальные возможности улучшения характеристик композиционных материалов заложены в использовании недорогих и эффективных наполнителей, в число которых, безусловно, входят базальт и его производные.
Уникальные свойства базальта делают его одним из самых востребованных материалов. Базальт негорюч и способен выдерживать температуры до 9000С, прочен и устойчив к механическим воздействиям, обладает высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами, биологической стойкостью, а также химической нейтральностью – устойчив к влиянию агрессивных кислотных и щелочных сред, не накапливает радиацию. Базальты экологически чистые материалы и безвредные для человека и животных.
В РФ известно более 200 месторождений базальтовых пород, из них более 50 месторождений эксплуатируются. Базальты распространены повсеместно - Камчатка, Сибирь, Урал, Карелия. Например, запасы только двух разведанных и изученных месторождений базальтов на территории Плесецкого и Онежского районов Архангельской области составляют более 600 млн. м3 (около 2 млрд. т.) [1,2].
В данной работе исследовалась возможность использования базальта в качестве наполнителя эпоксидного компаунда, состоящего из эпоксидной смолы марки ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина (ПЭПА) и модификатора полифункционального действия – трихлорэтилфосфата (ТХЭФ).
Подготовка базальта заключалась в его измельчении и фракционировании. Исследуемый наполнитель обладает значительным разбросом частиц по размерам, что подтверждается данными по оптической микроскопии.
Доказана возможность создания высоконаполненных составов, т.к. введение в композицию 50 масс.ч базальта обеспечивает высокие значения свойств. Следует отметить, что в эпоксидных композициях измельченный базальт ведет себя как активный наполнитель, повышающий свойства. Причем это проявляется как в повышении механических свойств – твердость по Бринеллю, устойчивость к статическому и динамическому изгибу (удару) возрастает более чем вдвое, так и физико-химических – теплостойкость также повышается со 114 до 2060С (табл.1).
Таблица 1
Влияние базальта на физико-механические свойства эпоксидной композиции состава: 70масс.ч. ЭД-20 + 15 масс.ч. ПЭПА + 30 масс.ч ТХЭФ
|
Количество базальта, масс.ч. |
Ударная вязкость, кДж/м2 |
Твердость по Бринеллю, МПа |
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа |
Водопоглощение, % |
Теплостойкость по Вика, °С |
|
- |
34 |
130 |
45* |
0,20 |
114 |
|
1 |
38 |
134 |
50* |
0,17 |
124 |
|
30 |
56 |
185 |
77 |
0,10 |
180 |
|
50 |
82 |
253 |
122 |
0,07 |
206 |
При изучении термостабильности образцов термогравиметрическим анализом отмечено: увеличение коксовых остатков, снижение скоростей пиролиза, существенное уменьшение (более чем в 2 раза) потерь массы вплоть до 6000С/г. Выявленное влияние дисперсного базальта на пиролиз эпоксидной смолы проявляется и в поведении материала при горении на воздухе. Образцы, содержащие 30 и 50 мас.ч. базальта не поддерживают горения на воздухе и потери массы составляют 1,4 и 0,7% соответственно (табл.2). С увеличением степени наполнения эпоксидной композиции возрастают кислородный индекс и выход карбонизованного остатка.
Таблица 2
Показатели пиролиза и горючести эпоксидных композиций состава: 70масс.ч. ЭД-20 +
15 масс.ч. ПЭПА + 30 масс.ч ТХЭФ
|
Количество базальта, масс.ч. |
Выход карбонизованного остатка по завершении основной стадии пиролиза, % (масс.) |
Потери массы при поджигании на воздухе, % (масс.) |
Кислородный индекс, % |
|
- |
26 (533°С) |
20 |
26 |
|
1 |
29 (600°С) |
19 |
28 |
|
30 |
57 (630°С) |
1,4 |
30 |
|
50 |
62 (644°С) |
0,7 |
37 |
Таким образом, доказана эффективность и целесообразность использования для наполнения эпоксидной смолы измельченного базальта, не перерабатывая его в волокна. Установлено повышение физико-химических и механических свойств композиций, наполненных базальтом, что позволяет расширить области применения базальта для создания ПКМ широкого спектра использования.
Литература:
- Джигирис Д.Д. Основы производства базальтовых волокон и изделий / Д.Д. Джигирис, М.Ф. Махова. – М.: Теплоэнергетик. – 2002. – 416 с.
- Арзамасцев С. В. Закономерности технологии базальто- и фосфогипсонаполненных полимерных композиционных материалов: Дис……докт. техн. наук: 05.17.06. – Саратов, 2011. – 327с.
