CC BY
27
УДК 678.5
И.В. Парахин1, А.С. Туманов1
ФЕНОЛОКАУЧУКОВЫЙ ПЕНОПЛАСТ ПОВЫШЕННОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ *
Показана возможность получения фенолокаучукового пенопласта повышенной пластичности. Изучено изменение свойств и структуры пенопласта в зависимости от выбранного модификатора. Исследована теплостойкость пластичного фенопласта, а также комплекс физико-механических свойств получаемого материала.
Ключевые слова: фенопласт, технология, пластичность, пластификатор.
This work is devoted to a manufacture of phenolic-rubber foamed plastic with higher plasticity. Changing of properties and structure of foamed plastic depending on the chosen plasticizer is studied Thermal resistance and complex ofphysical-mechanical properties of the manufactured phenolic plastic are investigated.
Keywords: phenolic-rubber foamed plastic, technology, plasticity, plasticizer.
"'Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Государственный научный центр Российской Федерации
[Federal state unitary enterprise «All-Russian scientific research institute of aviation materials» State research center of the Russian Federation] E-mail: admin@viam.ru
* В работе принимали участие Н.Ф. Поросова, А.И. Саматадзе.
Введение
Широкое применение в различных отраслях промышленности находят вспененные материалы на основе фенолформальдегидных олигомеров, среди которых особое место занимают пеномате-риалы, полученные на основе продуктов совмещения фенольных олигомеров с нитрильным эластомером [1-7].
Материалы и методы
Благодаря сочетанию уникального комплекса свойств: низкой плотности, высоких значений теплостойкости, механической и ударной прочности, - такие пеноматериалы успешно применяются в авиационной и космической технике для изготовления теплозащитных и вибро-ударо-прочных конструкций [8-16]. Увеличение содержания каучука в композиции фенолокаучукового пенопласта приводит к росту эластичности, однако наряду с этим снижаются теплостойкость и напряжение при сжатии материала (рис. 1), а также увеличивается горючесть.
В связи с этим введение больших количеств каучука в пенопласт нежелательно. Однако на практике часто необходимо получить эластичный материал с высокими показателями теплостойкости и горючести [17-20]. Такими свойствами обладает закрытопористый пенопласт, содержащий 60 мас. ч. каучука (ФК-60) [21]. Единственным существенным недостатком этого материала является малая стойкость к удару - фактически, эластичность. Поэтому в композицию ФК-60 вводят пластификаторы для придания пластичности, улучшения формовочных свойств и эластичности пластмасс. Молекулы пластификатора, не связанные с полимером химически, ослабляют энергию
межмолекулярного взаимодействия и таким образом облегчают скольжение макромолекул относительно друг друга [22]. Введение пластификатора в каучуки снижает опасность подвулканизации, понижает твердость, гистерезисные потери и теплообразование при многократных деформациях резин [23].
Основные требования, предъявляемые к пластификаторам:
- термодинамическая совместимость с полимером;
- низкая летучесть;
- отсутствие запаха;
- химическая инертность;
- устойчивость к экстракции из полимера жидкими средами, например маслами, моющими средствами, растворителями.
Свойства широко распространенных пластификаторов приведены в табл. 1.
Результат
В данной работе в качестве пластификаторов использовали наиболее распространенные сложные полиэфиры на основе себациновой кислоты в различных количествах. Сложноэфирные пластификаторы обладают всеми химическими свойствами сложных эфиров: они медленно гидроли-зуются под действием влаги с образованием кислоты и спирта (реакция ускоряется основаниями и кислотами); в обычных условиях устойчивы к действию кислорода воздуха, однако при повышенных температурах в них протекают термоокислительные процессы, приводящие к деструкции.
Исследование заключалось в определении требуемого количества сложноэфирного пластификатора (П) для улучшения эластичности и уменьше-
Таблица 1
Свойства широко распространенных пластификаторов
Пластификатор Плотность, г/см (при 26°C) Вязкость, МПас (при 20°C) Температура, °C
вспышки I плавления
Эфиры ароматических кислот и ароматических спиртов
Диметилфталат 1,190 16,3 146 0-+2
Диэтилфталат 1,118* 10,0* 125 -3
Дибутилфталат 1,042-1,049 19-23 175 -40
Динонилфталат 0,980 113-123 - -28--35
Диизодецилфталат 0,954 113-123 232 -6
Дидодецилфталат 0,950 297 226 -35
Триоктилтримеллитат 0,987 286 260 -46
Эфиры алифатических кислот и алифатических спиртов
Диизооктиладипинат 0,922 13-15** 188 -40
Дибутилсебацинат 0,934 7-11 183 -10
Диоктилсебацинат 0,912 18-24 215 -40
Эфиры фосфорной кислоты
Трикрезилфосфат 1,165 110-120 276 -36
Трифенилфосфат 1,201 8,6 223 +49^+51
Полиэфиры
Дибутиловый эфир полипропиленгликоль адипината 1,07-1,1 300-600 200 -45
Дибутиловый эфир полидиэтиленгликоль адипинат себацината 1,08-1,1 450-600 200 -
Дибутиловый эфир полипропиленгликоль адипината 1,07-1,1 300-600 200 -45
Дибутиловый эфир полидиэтиленгликоль адипинат себацината 1,08-1,1 450-600 200
* При 20°С. ** При 25°С.
Таблица 2
Напряжение при сжатии пенопласта ФК-60 при различном содержании сложноэфирного пластифакатора
Содержание пластификатора, мас.ч. на 100 мас. ч. каучука 5 10 15 25
Напряжение сжатия, МПа 4 5 5 6
30
^ 20
ТГ Я
10
\
\
--
20 40 60 80 100
Содержание каучука, мае. ч. на 100 мае. ч. ошиомера
Рис. 1. Зависимость напряжения при сжатии пенопласта от концентрации каучука
$ 2.5
3 2
1.5
3 0.5
* ^
. 2 , \
• 3 4 \ / \ / ✓
ч ч * * у \ 1у\
■ ** "**
10
15
20
Содержание пластификатора, мае. ч.
Рис. 2. Зависимость ударной вязкости (1) и усадки (2) от содержания пластификатора на основе полиэфира (режим термообработки: 150°С в течение 5 ч)
ния усадки закрытопористого фенолокаучукового пенопласта (ФК-60). Для этого на вальцах была получена смесь на основе фенольного олигомера новолачного типа, содержащая нитрильный каучук, порофор, гексаметилентетрамин в качестве
отвердителя и сложноэфирный пластификатор в различных количествах. Затем из полученной смеси были изготовлены образцы для определения механических свойств материала (рис. 2).
Из приведенных данных можно заключить, что оптимальным является содержание пластификатора ~5-10 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука, так как при такой концентрации достигаются максимальные значения ударной вязкости пенопласта и минимальные значения усадки. Это хорошо коррелирует с известными сведениями, что количество пластификатора, требуемое для повышения эластичности материала, должно быть небольшим, так как при его высоких концентрациях в композиции существенно снижается комплекс физико-механических свойств полученного материала.
На основании полученных данных выбраны композиции с содержанием пластификатора ~5-10 мас. ч.
и для них измерена величина напряжения при сжатии. Полученные данные приведены в табл. 2.
Заключение
Таким образом, из приведенных данных можно заключить, что оптимальным для фенолокаучукового пенопласта ФК-60 является содержание сложноэфирного пластификатора ~5-10 мас. ч. Именно при этой концентрации достигаются большие величины эластичности, низкие параметры усадки, физико-механические свойства материала существенно не снижаются.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов В.А. Газонаполненные пластмассы на основе фено-
ло-альдегидных смол и их сочетания с высокополимера-ми //Пластические массы. 1960. №10. С. 20-25.
2. Справочник по пластическим массам: В 2 т. Т.2 /Под
ред. В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И. Сажина. 2-е изд., перераб. М.: Химия. 1975. 568 с.
3. Берлин А.А., Шутов Ф.А. Пенополимеры на основе
реакционноспособных олигомеров. М.: Химия. 1978. 296 с.
4. Александров А.Я., Бородин М.Я., Павлов В.В. Кон-
струкции с заполнителем из пенопластов. М.: Машиностроение. 1972. 396 с.
5. Дворко И.М., Щемелева Л.В. Свойства и применение
пенопластов Тилен-А на основе порошковых ново-лачных фенолоформальдегидных композиций //Пластические массы. 1999. №4. С. 20-21.
6. Саматадзе А.И., Парахин И.В., Поросова Н.Ф., Тума-
нов А.С. Получение фенолокаучуковых пенопла-стов методом «бессерной» вулканизации //Авиационные материалы и технологии. 2013. №3. С. 49-52.
7. Парахин И.В., Туманов А.С. Фенольно-каучуковый
пенопласт марки ВРП-4 //Авиационные материалы и технологии. 2014. №1. С. 42-46.
8. Сагомонова В.А., Сытый Ю.В. Основные принципы
создания вибропоглощающих материалов авиационного назначения //Труды ВИАМ. 2013. №11. Ст. 03 (viam-works.ru).
9. Композиция для получения пенопласта: пат. 2477734
Рос. Федерация; опубл. 20.03.2013.
10. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник для вузов. М.: Стройиздат. 1980. 399 с.
11. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 7-17.
12. Каблов Е.Н. Химия в авиационном материаловедении //Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 3-4.
13. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники //Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520-530.
14. Застрогина О.Б., Швец Н.И., Постнов В.И., Серко-ва Е.А. Фенолформальдегидные связующие для нового поколения материалов интерьера //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 265-272.
15. Сытый Ю.В., Кислякова В.И., Сагомонова В.А., Николаева М.Ф. Новый многослойный уплотни-тельный материал ВТП-2П //Авиационные материалы и технологии. 2011. №4. С. 32-34.
16. Sunil Jose T., Anoop Anand K. Joseph Rani. On the Mechanical Properties of EPDM/CIIR Blends Cured with Reactive Phenolic Resin //International Journal of Polymeric Materials. 2010. V. 59. №7. Р. 488-497.
17. Xie Chan, Jia Zhixin, Jia Demin et al. The Effect of Dy (III) Complex with 2-Mercaptobenzimidazole on the Thermo-Oxidation Aging Behavior of Natural Rubber Vulcanizates //International Journal of Polymeric Materials. 2010. V. 59. №9. Р. 663-679.
18. Patel Hasmukh S., Patel Bhavdeep K., Morekar Manish M., Dixit Bharat C. Synthesis. Characterization and Glass Reinforcement of Urea-Formaldehyde-Phenol Resins //International Journal of Polymeric Materials. 2009. V. 58. №11. Р. 604-611.
19. Yoganathan R.B., Mammucari R., Foster N.R. Dense Gas Processing of Polymers //Polymer Reviews. 2011. V. 50. №2. Р. 144-177.
20. Bing Li, Qingfeng Wu, Nanqiao Zhou, Baoshan Shi. Batch Foam Processing of Polypropylene/ Polydimethylsiloxane Blends //International Journal of Polymeric Materials. 2010. V. 60. №1. Р. 51-61.
21. Jorge R.M., Lopes L., Benzi M.R. et al. Thiol Addition to Natural Rubber: Effect on the Tensile and Thermal Properties //International Journal of Polymeric Materials. 2010. V. 59. №5. Р. 330-341.
22. Seo J.H., Cha S.W., Kim H.B. Diffused Reflection of Microcellular Foamed Polycarbonate //Polym. Plastics Technol. Eng. 2009. V. 48. Р. 351-358.
23. Neoh S.B., Azura A.R., Hashim A.S. Comparison of the Different Vulcanization Techniques of Styrene Modified Natural Rubber (SNR) as an Impact Modifier of Natural Rubber-Based High Impact Polystyrene (NRHIPS) //Polym. Plastics Technol. Eng. 2011. V. 49. Р. 121-126.
