Реферат: Физико-химические основы технологии поликонденсационного наполнения базальто-, стекло- и углепластиков
Реферат: Физико-химические основы технологии поликонденсационного наполнения базальто-, стекло- и углепластиков
На правах рукописи
КАДЫКОВА
ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ИНТЕРКАЛЯЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ БАЗАЛЬТО-, СТЕКЛО- И УГЛЕПЛАСТИКОВ
Специальность 05.17.06
-
Технология и
переработка полимеров и композитов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание
ученой степени
кандидата технических
наук
Саратов 2003
Работа
выполнена в Технологическом институте Саратовского государственного
технического университета.
Научный
руководитель:доктор технических наук, профессор Артеменко Серафима Ефимовна
Официальные
оппоненты: доктор технических наук, профессор Иващенко Юрий Григорьевич
кандидат
технических наук Решетникова Лариса Васильевна
Ведущая
организация Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского
Защита
состоится «20» июня 2003 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д
212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу:
413100, г.Энгельс, Саратовской обл., пл.Свободы, 17, Технологический институт
Саратовского государственного технического университета, ауд. 237.
С
диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского
государственного технического университета.
Автореферат
разослан « » мая 2003 г.
Ученый
секретарь
диссертационного
совета Ефанова В. В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
РАБОТЫ
Актуальность проблемы.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) в последние 50 лет так глубоко
проникли в различные сферы промышленности, транспорта, бытового сектора, что
степень их использования стала критерием уровня научно-технического прогресса
любой страны. Применение их позволяет резко снизить расход остродефицитных материалов
(титана, алюминия, бериллия, нержавеющей стали и других), повысить
грузоподъемность и обеспечить значительную экономию топлива за счет уменьшения
массы конструкций.
Особое
место среди них занимают угле- (УП) и стеклопластики (СП), а в последние годы и
базальтопластики (БП). Именно базальтопластики являются важными и значимыми в
плане создания и развития производств ПКМ большой мощности с выпуском широкого
ассортимента продукции, доступной по цене разным отраслям промышленности. Для
этого наша страна обладает огромными запасами горных пород габбро-базальтовой
группы и разработанными технологиями переработки их в высококачественные
минеральные волокна, нити, ровинги, нетканые холсты, сетки и другой
ассортимент.
Будущее
за базальтопластиками еще и потому, что углеродные волокна очень дороги и
количество их ограничено, производство стеклянных и органических (химических)
волокон в Российской Федерации не удовлетворяет потребности промышленности.
Поэтому разработка современной технологии базальтопластиков является актуальной
проблемой.
Целью
работы является разработка
научных основ интеркаляционной технологии базальто-, стекло- и углепластиков
поликонденсационным способом наполнения на основе фенолформальдегидного связующего
и базальтовой, стеклянной и углеродной нитей.
Для
достижения поставленной цели решались следующие задачи:
·
установление
закономерностей и параметров интеркаляционной технологии (ИТ);
·
изучение
особенностей адсорбции фенола поверхностью базальтовых (БН), стеклянных (СН) и
углеродных (УН) нитей;
·
установление
взаимосвязи структура - свойства ПКМ на основе БН, СН и УН, полученных по
интеркаляционной технологии;
·
определение
физико-химических и механических свойств исходных и модифицированных ПКМ на
основе БН, СН и УН.
Научная
новизна работы состоит
в следующем:
·
доказана эффективность получения
ПКМ на основе БН, СН и УН и фенолформальдегидного связующего по ИТ;
·
изучены свойства ПКМ на основе
БН, СН и УН, и показана возможность их регулирования различными способами
модификации;
·
взаимодополняющими методами
исследования установлено, что на основе неорганических нитей по ИТ формируется
плотная и сшитая структура БП, СП и УП, обеспечивающая высокие прочностные и
физико-химические характеристики материала.
Практическая
значимость работы
заключается в том, что установлена технико-экономическая эффективность
использования ИТ для получения БП, СП и УП, а также эффективность модификации
фенолформальдегидного олигомера (ФФО) на стадии синтеза связующего и гибридизации
СН с УН.
На
защиту выносятся
следующие основные положения:
·
результаты
комплексных исследований влияния наполнителей на формирование структуры,
механических и физико-химических свойств ПКМ;
·
результаты
исследования влияния модифицирующих добавок на свойства БП, СП и УП,
сформированных по ИТ и достижения синергизма при гибридизации СН и УН.
Достоверность
и обоснованность
результатов исследования подтверждается комплексом независимых и
взаимодополняющих методов исследования: термогравиметрического, рентгеноструктурного
анализа, оптической, сканирующей туннельной и растровой электронной микроскопии,
газовой и пиролитической хроматографии, методами определения физико-химических
и механических свойств материалов.
Апробация результатов работы. Результаты работы доложены на 8
Международных и Всероссийских конференциях, в том числе: Международной
конференции «Композит-98» (Саратов, 1998), I Всероссийской научной конференции
"Физико-химия процессов переработки полимеров" (Иваново, 1999),
Международной конференции «Современные технологии в образовании и науке. Высшая
школа–99» (Саратов, 1999), Международной конференции по химии и химической
технологии «МКХТ-2000» (Москва, 2000), Международной конференции по химическим
волокнам "Химволокна-2000" (Тверь, 2000), ХХХI Научно-технической
конференции "Актуальные проблемы современного строительства" (Пенза,
2001), Международной конференции «Композит–2001» (Саратов, 2001), Международной
конференции "Стеклопрогресс-ХХI" (Саратов, 2002).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6
печатных работ, в том числе три статьи в центральных изданиях.
Структура и объем
диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов; списка использованной
литературы (192 источника); изложена на 121 странице, содержит 26 рисунков и 21
таблицу.
СОДЕРЖАНИЕ
РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности темы,
цели и задачи исследований, научную новизну и практическую значимость работы.
Глава 1.
Литературный обзор
Проведен
анализ литературы по современному состоянию проблемы использования БН, СН и УН
и ПКМ на их основе. Анализ и обобщение литературных данных свидетельствуют об
эффективности применения поликонденсационного способа наполнения,
разработанного на кафедре СГТУ (Пат. №1616930; №2021301, РФ), для повышения
физико-химичес-ких и механических характеристик ПКМ; о практической
целесообразности и эффективности производства БП, СП и УП, однако отсутствуют
сведения о результативности использования БН и СН для ПКМ, сформированных
поликонденсационным способом наполнения по ИТ; о технико-экономической
эффективности применения модификации БП, СП и УП.
Глава 2.
Объекты, методики и методы исследования
Представлены
характеристики используемых материалов, методы и методики испытаний. В качестве
исходных мономеров использовались: формальдегид (40%-й водный раствор) ГОСТ
1625-89, фенол ГОСТ 23519-93 и щелочной катализатор NаОН ГОСТ 11078-78. Для сравнения синтезировали в
лабораторных условиях фенолформальдегидную смолу (ФФС). В качестве наполнителей
использовали базальтовую нить (производства Украины), стеклянную нить (ЭЗ-200,
ГОСТ 19907-83), углеродную нить (УКН –2,5/П). В качестве модифицирующих добавок
применялись вторичный поливинилбутираль ("Solutia company", Бельгия), капролактам (ГОСТ
7850-86), лапрол (ТУ 2226-023-104880-57-95).
Основное содержание экспериментальной части
Глава
3. Физико-химические основы технологии поликонденсационного наполнения
базальто-, стекло- и углепластиков
Сущность процесса поликонденсационного наполнения
заключается в том, что для формирования полимерной матрицы пропитка нитей осуществляется
не ФФС (традиционный способ), а смесью мономеров–фенола с формальдегидом и
катализатором NaОН. Речь идет о принципиально новом
процессе взаимодействия полимерное связующее-армирующие нити, основанного на
интеркаляции (внедрении) смеси мономеров в структуру нитей с последующим
синтезом олигомеров в виде ультратонких по-листруктур в порах, дефектах,
трещинах и на поверхности нитей, что обеспечивает формирование плотной
структуры и повышенные свойства ПКМ. Такая технология получила название
интеркаляционной.
Пористая
структура нитей определяет их сорбционные свойства, а также кинетические и
динамические характеристики сорбционных процессов. В исследованиях для изучения
сорбционных свойств БН, СН и УН использовали теорию объемного заполнения
микропор (ТОЗМ), которая описывается уравнением lg nil = lg ni0l–(0,434/En)*An, где nil, ni0l –факти-ческая и предельная
величина адсорбции, ммоль/г; E–характеристическая
энергия, Дж/моль; A=RTlnCS/C–дифференциальная мольная работа адсорбции, Дж/моль; n–ранг уравнения ТОЗМ.
Применение
ТОЗМ для описания адсорбционных равновесий в системе нить-фенол-растворитель
дало возможность описать процессы адсорбции при различных температурах на УН,
БН и СН и рассчитать параметры пористой структуры этих нитей (табл.1),
используя основное уравнение этой теории. По величине пор, предельно
адсорбируемым объемам и характеристической энергии изучаемые нити образуют ряд
УН>БН>СН.
Таблица 1
Параметры пористой структуры
БН, СН и УН, рассчитанные по уравнению ТОЗМ для систем нить-фенол-растворитель
Нить |
Температура, 0С
|
nil, ммоль/г
|
Е, кДж/моль |
W0,
см3/г
|
X, 0А
|
УН |
20 |
0,150 |
13,130 |
0,0107 |
9,34 |
30 |
0,156 |
13,290 |
0,1165 |
10,74 |
40 |
0,158 |
13,430 |
0,0134 |
10,96 |
ССН |
20 |
0,07 |
12,000 |
0,0072 |
3,24 |
30 |
0,10 |
12,100 |
0,0089 |
3,78 |
40 |
0,11 |
12,120 |
0,0089 |
3,88 |
ББН |
20 |
0,08 |
12,120 |
0,0081 |
3,88 |
30 |
0,10 |
12,130 |
0,0113 |
3,94 |
40 |
0,11 |
12,136 |
0,0113 |
3,97 |
Примечание:
nil - предельная величина адсорбции, W0 - предельно адсорбируемый объем, Е
- характеристическая энергия адсорбции, Х - полуширина поры для всех исследуемых
нитей.
Страницы: 1, 2, 3
|