Водостойкость связующих, наполненных отходом производства оптического стекла и техническим углеродом | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 12 октября, печатный экземпляр отправим 16 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Игнатьева, Е. А. Водостойкость связующих, наполненных отходом производства оптического стекла и техническим углеродом / Е. А. Игнатьева, А. Н. Круглова, Г. А. Левова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 6 (65). — С. 167-169. — URL: https://moluch.ru/archive/65/10819/ (дата обращения: 04.10.2024).

В статье приводятся результаты исследований водостойкости эпоксидных связующих на основе отходов производства оптического стекла и технического углерода.

Ключевые слова: водостойкость, эпоксидное связующее, композиционный материал

Композиционные материалы занимают все более значительное место в нашей повседневной жизни, а также в различных отраслях современной промышленности. Поэтому задача совершенствования физико-механических и других свойств таких материалов является одной из приоритетных в области современного материаловедения. Особое место среди таких материалов занимают материалы, предназначенные для защиты от различных видов излучения. Такие материалы должны помимо радиационно-защитных свойств обладать еще и достаточно хорошими эксплуатационными свойствами, например, водостойкостью. Рассмотрим такое исследование на примере композиционных материалов с эпоксидной матрицей. В качестве наполнителя были использованы отходы производства оптического стекла (ОПОС) или технический углерод (Т У). Целесообразность использования таких видов наполнителей продиктована высоким содержанием в ОПОС оксида свинца, который снижает энергию гамма-излучения, а ТУ — способностью замедления быстрых нейтронов. С целью повышения физико-механических и эксплуатационных характеристик эпоксидных связующих (ЭС) на поверхность ОПОС был нанесен слой аппрета (полиметилфенилсилоксана), а ТУ был модифицирован фторхлоруглеродной жидкостью (ФХУЖ).

Воздействие воды на композиционные материалы многообразно по характеру. Проникая по дефектам структуры, вода повышает подвижность структурных элементов, снижает прочность межмолекулярных связей ХСМ. Это приводит к снижению энергии разрушения материала. Являясь полярной жидкостью, вода в большей степени оказывает влияние на процессы деструкции полярных полимеров. Влияние воды в меньшей степени сказывается на деструкции высокомолекулярных полимеров с жесткими цепями. Известно, что вода снижает свободную поверхностную энергию, облегчает развитие поверхностей разрушения и приводит к снижению прочности с67. В результате проникновения влаги в материал увеличиваются напряжения в вершинах микротрещин ХСМ. Процесс деструкции определяется также интенсивностью химического взаимодействия полимера и среды, наличием и интенсивностью растворения полимера, поверхностно-адсорбционными эффектами, скоростью проникновения к перенапряженным участкам.

Известно, что эксплуатационные свойства (в частности — коэффициент диффузии и стойкость к воздействию агрессивной среды) композитов существенно ухудшаются, если в материале присутствуют закапсулированные агрегаты из не смоченных частиц наполнителя или сухие контакты между зернами заполнителя Сел1; количество подобных агрегатов начинает быстро возрастать после достижения некоторого предельного значения объемной степени наполнения.

Под действием воды в КМ могут изменяться свойства как полимерной матрицы, так и дисперсных фаз. Проникновение по микротрещинам и поверхности заполнителя уменьшает адгезию дисперсной фазы к матрице. Вследствие набухания связующего могут возникать значительные напряжения, под действием которых появляются трещины, облегчающие разрушение материала.

Сравнительно высокая стойкость эпоксидных смол и материалов на их основе к воздействию воды обусловлена способностью эпоксидной матрицы к локализации и агрегированию воды у активных групп и инородных включений ХСМ.

В данной статье приводятся результаты исследования водостойкости эпоксидных композитов. Для каждой из двадцати серий ЭС (табл.1) коэффициент стойкости определялся по результатам параллельных испытаний двух наборов образцов [1]. Один из наборов являлся контрольным, образцы второго подвергались выдержке в воде в течение 360 сут. Температура при выдержке совпадала с температурой атмосферного воздуха.

Таблица 1

Действующие переменные при исследовании связующих

ЭС, наполненное аппретированным ОПОС

№ серии

Объемная степень наполнения

Расчётная толщина слоя, нм

1

0,527

6,4

2

0,173

6,4

3

0,527

1,1

4

0,173

1,1

5

0,35

7,5

6

0,35

0

7

0,6

3,75

8

0,1

3,75

9

0,475

3,75

10

0,225

3,75

ЭС, наполненное техническим углеродом и модифицированное ФХУЖ

№ серии

Объемная степень наполнения

Концентрация ФХУЖ, %

11

0,221

2,56

12

0,08

2,56

13

0,221

0,44

14

0,08

0,44

15

0,15

3

16

0,15

0

17

0,25

1,5

18

0,05

1,5

19

0,2

1,5

20

0,1

1,5

       

По завершению выдержки образцы были испытаны на осевое сжатие. Коэффициент водостойкости определялся как частное от деления

,

где R — предел прочности при сжатии, R0 — предел прочности при сжатии соответствующего образца контрольной серии.

Перед построением трех- и двухфакторных моделей коэффициента стойкости для каждой из 10 точек плана эксперимента на уровне значимости 0,2 проверялась статистическая гипотеза о значимости различия средних значений прочности при сжатии образцов контрольного набора и набора, подвергнутого воздействию воды. Если гипотеза о значимости различия отвергалась, то в данной точке плана эксперимента коэффициент стойкости принимался равным единице.

ЭС-модели коэффициента водостойкости имеют вид:

-       связующее на основе ОПОС:

-       связующее на основе ТУ:

           (1)

                                   (2)

Линии равной водостойкости ЭС серий 1…20, построенные в координатах  и  по моделям (1) и (2), приведены на рис.1 и 2.

Рис.1. Водостойкость ЭС, наполненного ОПОС

Рис.2. Водостойкость ЭС, наполненного ТУ

Водостойкость немодифицированных ЭС как на основе ОПОС, так и на основе ТУ нелинейно снижается вместе с увеличением объемной доли дисперсной фазы. Отрицательное влияние наиболее выражено для высоконаполненных составов. Это можно объяснить появлением развитой поровой структуры при введении больших количеств ОПОС (vf более 0,5). Введение соответствующих количеств ТУ (vf более 0,18) сохраняет сравнительно высокую непроницаемость материала.

Средние значения коэффициента водостойкости (по изменению предела прочности при сжатии) как для ЭС на основе ОПОС, так и для ЭС на основе ТУ, сравнительно малы. При этом в исследованных факторных областях экстремумы водостойкости не достигаются. Наименьшей водостойкостью обладают составы с наибольшей объёмной долей дисперсной фазы [2].

Подводя итог проведенным исследованиям, следует сказать, что аппретирование наполнителя является эффективным методом управления свойствами дисперсно-наполненных эпоксидных связующих. Нанесение на поверхность наполнителя слоя ПМФС оптимальной толщины сопровождается снижением дефектности материала и способствует росту водостойкости. Нанесение слоя аппрета оптимальной толщины (5 нм для состава с vf=0,5) увеличивает водостойкость ЭС после года экспозиции на 12 % (до 0,77) по сравнению с контрольными составами с аналогичной же объёмной степенью наполнения [3].

Таким образом, низкая пористость и плотная структура эпоксидных связующих на аппретированном наполнителе позволяют создать радиационно-защитный материал с малой проницаемостью, высокой стойкостью к действию влаги и атмосферных факторов [4].

Литература:

1.      Круглова А. Н. Структура и свойства радиционно-защитных эпоксидных композитов на аппретированном наполнителе [Текст]: дисс. –. канд. техн. наук.: 05.23.05 /Круглова Альбина Николаевна. — Пенза, 2011. — 269 с

2.      Данилов А. М. Радиационно-защитные композиты на эпоксидном вяжущем: модификация, моделирование, оптимизация структуры и свойств [Текст]/ А. М. Данилов, А. Н. Круглова, В. П. Селяев, В. В. Цыганов.- Саранск: Изд-во Мордов.ун-та, 2013.-214 с.

3.      Селяев, В. П. Управление качеством эпоксидных композиционных материалов на основе аппретирования [Текст]/ В. П. Селяев, А. М. Данилов, А. Н. Круглова // Региональная архитектура и строительство — 2013- № 1.- С. 67–74.

4.      Гарькина, И. А. Математическое программирование в управлении качеством материалов [Текст]/ И. А. Гарькина, А. М. Данилов, К. В. Жегера // Региональная архитектура и строительство — 2014- № 1.- С. 30–36.

Основные термины (генерируются автоматически): водостойкость ЭС, воздействие воды, дисперсная фаза, материал, технический углерод, Водостойкость, высокая стойкость, коэффициент стойкости, оптимальная толщина, оптическое стекло, план эксперимента, предел прочности, процесс деструкции, свойство, эпоксидная матрица.


Ключевые слова

композиционный материал, водостойкость, эпоксидное связующее

Похожие статьи

Теплоизоляционный пенобетон с использованием техногенного сырья

В статье автор рассматривает вопросы расширения сырьевой базы теплоизоляционного пенобетона за счет применения тонкомолотых техногенных отходов.

Использование теплоизоляционных пенобетонов на основе техногенного сырья

В статье автор рассматривает результаты исследований теплоизоляционного пенобетона с применением мелкодисперсных заполнителей техногенных отходов.

Аналитический обзор исследований по технологии пеностекла

В статье приведены современные исследования по разработке составов и технологии пеностекла на основе природного и техногенного сырья, а также шихт для производства изделий из пеностекла и пенокристаллического материала. В качестве основного сырьевого...

Изучение влагопрочностных свойств древесно-наполненных полимерных композиционных материалов на основе вторичных полимерных отходов

Рассмотрена возможность применения полимерных отходов для получения древесно–полимерного композита. В качестве исходных материалов для получения образцов ДПК использовались вторичный полиэтилен высокого давления (ПЭВД), вторичный полипропилен (ПП) и ...

Композиционный модификатор ржавчины на основе местного сырья и техногенных ресурсов

Предложенная для модификации ржавчины композиция, обеспечивает практически 100 % ее преобразование. Состав может быть использован для химической очистки от различного рода продуктов коррозии и отложений.

Исследование процессов очистки питьевой воды от железа и марганца гранулированным композиционным стеклокерамическим материалом

Разработан и исследован новый фильтрующий материал для очистки питьевой воды от железа и марганца, который содержит в качестве основы гранулированную стеклокерамику, полученную путём вторичной переработки стеклобоя. Определены физико-технические хара...

Переработка ванадийсодержащих шлаков по содовой технологии

В статье представлены результаты исследований по извлечению ванадия с применением содовой технологии из ванадийсодержащих шлаков разного химического состава. Изучено влияние окислителей и количества щелочных добавок в составе шихты, а также температу...

Исследование физико-механических свойств эпоксидно-каучуковых покрытий «холодного» отверждения с различным содержанием реакционноспособного разбавителя

Исследовано влияние содержания третичного амина марки УП-606/2 и реакционноспособного разбавителя Лапроксида 301Г на физико-механические свойства эпоксидно-каучуковых покрытий, отвержденных алифатическим аминным отвердителем триэтилентетрамином при...

Применение композиционных полимерных материалов на основе углерода в химическом машиностроении

В статье авторы исследования пытаются найти закономерность влияния химического состава антифрикционного материала на основе углерода на его износостойкость в паре со сталью.

Исследование возможности использования промышленных отходов как наполнителей полимерных композитов

Рассмотрены вопросы применимости волокнистых и дисперсных промышленных отходов — окси-ПАН и шлама шлифовки стекла в качестве наполнителя термопластичной матрицы при производстве геосинтетических материалов. Проведена оценка физико-химических характер...

Похожие статьи

Теплоизоляционный пенобетон с использованием техногенного сырья

В статье автор рассматривает вопросы расширения сырьевой базы теплоизоляционного пенобетона за счет применения тонкомолотых техногенных отходов.

Использование теплоизоляционных пенобетонов на основе техногенного сырья

В статье автор рассматривает результаты исследований теплоизоляционного пенобетона с применением мелкодисперсных заполнителей техногенных отходов.

Аналитический обзор исследований по технологии пеностекла

В статье приведены современные исследования по разработке составов и технологии пеностекла на основе природного и техногенного сырья, а также шихт для производства изделий из пеностекла и пенокристаллического материала. В качестве основного сырьевого...

Изучение влагопрочностных свойств древесно-наполненных полимерных композиционных материалов на основе вторичных полимерных отходов

Рассмотрена возможность применения полимерных отходов для получения древесно–полимерного композита. В качестве исходных материалов для получения образцов ДПК использовались вторичный полиэтилен высокого давления (ПЭВД), вторичный полипропилен (ПП) и ...

Композиционный модификатор ржавчины на основе местного сырья и техногенных ресурсов

Предложенная для модификации ржавчины композиция, обеспечивает практически 100 % ее преобразование. Состав может быть использован для химической очистки от различного рода продуктов коррозии и отложений.

Исследование процессов очистки питьевой воды от железа и марганца гранулированным композиционным стеклокерамическим материалом

Разработан и исследован новый фильтрующий материал для очистки питьевой воды от железа и марганца, который содержит в качестве основы гранулированную стеклокерамику, полученную путём вторичной переработки стеклобоя. Определены физико-технические хара...

Переработка ванадийсодержащих шлаков по содовой технологии

В статье представлены результаты исследований по извлечению ванадия с применением содовой технологии из ванадийсодержащих шлаков разного химического состава. Изучено влияние окислителей и количества щелочных добавок в составе шихты, а также температу...

Исследование физико-механических свойств эпоксидно-каучуковых покрытий «холодного» отверждения с различным содержанием реакционноспособного разбавителя

Исследовано влияние содержания третичного амина марки УП-606/2 и реакционноспособного разбавителя Лапроксида 301Г на физико-механические свойства эпоксидно-каучуковых покрытий, отвержденных алифатическим аминным отвердителем триэтилентетрамином при...

Применение композиционных полимерных материалов на основе углерода в химическом машиностроении

В статье авторы исследования пытаются найти закономерность влияния химического состава антифрикционного материала на основе углерода на его износостойкость в паре со сталью.

Исследование возможности использования промышленных отходов как наполнителей полимерных композитов

Рассмотрены вопросы применимости волокнистых и дисперсных промышленных отходов — окси-ПАН и шлама шлифовки стекла в качестве наполнителя термопластичной матрицы при производстве геосинтетических материалов. Проведена оценка физико-химических характер...

Задать вопрос