CC BY
19
В результате исследований разработана теоретическая модель разогрева и активации композиции из резиновой крошки на основе неполярных ка-учуков и текстильного волокна.
Таким образом, разработанная пресс-порошковая технология изготовления резиновых изделий с использованием предварительной импульсной активации микроволновым излучением резиновой крошки с измельченным волокном, позволяет получать качественные и недорогие изделия, обладающие повышенной прочностью, каркасностью, а также исключить дорогостоящее энергоемкое оборудование, и при этом полностью утилизировать резинотекстильные отходы.
Использование порошковой технологии с предварительной активацией прессуемой композиции импульсным микроволновым излучением можно рекомендовать для изготовления разнообразных формовых резиновых изделий в плунжерных пресс-формах, например: пластины и маты для спортивных стадионов, детских площадок, площадок вокруг бассейнов, покрытий автостоянок, придомовых территорий, массивных резиновых блоков для защиты парковочных областей или бортов морского и речного транспорта и причалов, массивных шин для напольного внутризаводского транспорта и тележек, направляющих роликов различных механизмов, плиты для автомобильных и железнодорожных переездов с улучшенными прочностными характеристиками.
Список литературы:
1. Шаховец С.Е., Богданов В.В. Комплексная регенерация шин. СПб: «Проспект Науки», 2008. -198 с.
2. Поляков, О.Г. Повторные вулканизаты из резиновой крошки/ Поляков О.Г., Чайкун А.М., Тем.обзор. Сер. «Производство резинотехнических и асбестотехнических изделий», М., ЦНИИТЭнефтехим, 1993. - 32с.
3. Каблов В.Ф. Использование микроволнового воздействия для изготовления изделий из резиновой крошки / В.Ф. Каблов, А.В. Перфильев, В.П. Шабанова, В.А. Егоров, // Тез. докл. IV-й Всероссийской конференции «Каучук и резина - 2014: традиции и новации» (Москва, 23 -24 апр. 2014 г.) В 2 ч. Ч.2 (Стендовые доклады) / ООО "НТЦ "НИИШП" - М., 2014.
4. Каблов В.Ф., Перфильев А.В., Шабанова В.П. Влияние микроволнового излучения на свойства повторных вулканизатов, полученных из резино-текстильных отходов // Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках в условиях перехода предприятий на импортозамещение: проблемы и пути решения: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - В 2 т. - Т. 1. - Уфа: Издательство УГНТУ, 2015. - с. 225-226.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЗОТОСОДЕРЖАЩЕГО МОНОМЕРА В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ПОЛИМРИЗАЦИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА НА ОСНОВЕ _ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЛА._
Плющий Иван Владимирович, Губанов Александр Алексеевич, Ваграмян Тигран Ашотович, Коршак Юрий Васильевич
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева,
г. Москва
Ключевые слова: углеродные волокна, электрохимическая обработка, предел прочности
Keywords: carbon fiber, electrochemical treatment, ultimate strength
АННОТАЦИЯ
В данной работе была поставлена задача модифицировать поверхность углеродного волокна нанесением слоя полипиррола на его поверхность путем электрохимической полимеризации пиррола. В ходе работы было изучено влияние полимерного покрытия на основе полипиррола на поверхности углеродного волокна, на прочность композиционного материала. Было установлено, что при электролизе водного раствора, содержащем пиррол, на поверхности углеродного волокна формируется пленка полипиррола, которая, в определенном интервале начальных концентраций мономера, положительно влияет на прочность композиционного материала. Были выявлены оптимальные условия для проведения процесса электролиза углеродного волокна, которые позволяют увеличить прочность композиционного материала на 19% относительно начального значения.
ABSTRACT
The aim of this investigation is electrochemical modification of carbon fiber by depositing polypyrrole layer on the surface. We investigated the effect of polypyrrole on the carbon fiber properties. After electrolysis, carbon fiber surface was coated the polypyrrole film which increased the strength of the composite material to 19% relative to the initial value.
ВВЕДЕНИЕ
Пиррол представляет пятичленное соединение, обладающее слабой ароматичностью. Это вещество достаточно устойчиво и до последнего времени не рассматривалось как сырье (мономер) для
полимеризации. Однако в последние годы было обнаружено, что пиррол легко подвергается окислительной полимеризации под действием химических агентов или при прохождении тока, давая высоко-
молекулярный полисопряженный полимер, обладающий высокой электропроводностью при комнатной температуре (до 100 См/см). Углеродные волокна (УВ) с высокой активностью поверхности получают, используя аппреты, соответствующие данной матрице. Нанесение полипиррола (ММ) на поверхность УВ, с последующим армированием, требует специальных методов. Такие композиционные материалы используются в качестве конструкционных. Для нанесения ММ был использован процесс электрополимеризации [1,2]. Фоновыми электролитами выступали натриевые соли толуол-4-сульфокислоты, или додецилбензолсульфокис-лоты и серная кислота. Методом электрополимеризации, идентично нанесению полипиррола на УВ наносили полиакриламид[3] и полиамид 6,6[4].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве исходного УВ использовались отечественные волокна марки УКН 2,5К, не прошедшие стадию активации поверхности, а также стадию аппретирования, производство ООО «Аргон»
(г. Балаково). Данная марка волокна применяются в КМ авиа промышленности. Данное волокно имеет следующие исходные характеристики:
• Прочность волокна в КМ 2,8 ГПа (согласно ISO 10618);
• Линейная плотность 110 Текс;
• Модуль упругости 226 ГПа;
• Плотность нити 1,76 г/см3;
• Истинная площадь поверхности (метод ASAP) - 0,962 м2/гр.
В настоящей работе была поставлена задача модифицировать поверхность УВ нанесением слоя ПП на его поверхность путем электрохимической полимеризации пиррола. Процесс электрополимеризации пиррола проводили на аноде (УВ) из водного раствора, поскольку пиррол растворим в воде, однако верхний предел концентраций ограничивался растворимостью - 1,1 г/л. Условия проведения полимеризации и внешний вид углеродных волокон после ЭХО представлены на рисунке 1.
А) 0,9В vs AgCl, 40с, Х5000
Б) 0,9В vs AgCl, 40с, Х10000
В) 0,9В vs AgCl, 40с, Х20000
Г) 0,9В vs AgCl, 40с, Х2000
Рисунок 1. Электронные фотографии поверхности УВ после обработки в водном растворе пиррола (0.4 г/л). Напряжение на аноде и времена электролиза приведены в нижней части фотографий.
Были проведены предварительные опыты для исследования изменения прочности от состава электролита. Результаты приведены в таблице 1.
Прочность(Н) Предел прочности (МПа) Модуль упругости E(b), ГПа
Режим. 0,9 В, 40 секунд, 0,1 г/л
112 1740 225
107 1660 237
142 2200 201
120 1860 207
121 1880 221
118 1830 217
120 1860 204
Режим. 0,9 В, 50 секунд, 0,4 г/л.
197 3134 245
206 3277 221
209 3325 237
228 3627 221
225 3590 240
191 3040 239
209 3332 229
Режим. 1,2 В, 40 секунд, 1 г/л.
158 2450 221
135 2100 195
130 2020 180
122 1890 221
136 2110 200
137 2130 210
136 2121 209
Исходя из практических результатов для нахождения оптимальных параметров процесса электрополимеризации пиррола и их влияния на
прочность углепластиков была изучена зависимости прочность на разрыв от концентрации пиррола в исходном электролите рисунок 2, построена по данным таблицы 1.
га
т
>.
л н
о о
X 3"
о о.
О) ¡с
I-
О
га с с о
.
¡с
■
^ ш \ :
■ \
■
у - 16,759х4 - 25,935х3 + 6,9481х2 + 1,1 R2 = 1 Ц5478х + 2,8 ^
ш
Начальная концентрация мономера, Со
Рисунок 2. Зависимость прочности КМ от массы пиррола в водном растворе (Напряжение 0.9 В и время
электролиза 50с).
Исходя из графика, оптимальным является соотношение 0,4 г/л пиррола. Для этой точки приведем расчет показателей:
Среднее значение для волокна по массиву данных: X = 3332 МПа.
Стандартное отклонение для полученных данных: S = 183 МПа.
Коэффициент вариации среднего значения: кв = 5,5%.
Мрочность углепластика составила:
ц = 3332 ± 183 МПа; кв = 5,5%.
Модуль упругости Е(Ь) составил 221 ГПа.
Данную зависимость можно объяснить следующим образом: при недостатке мономера в электролите происходит недостаточное покрытие полимером
поверхности УВ, и как следствие, при увеличении количества мономера в электролите происходит рост прочности КМ - участок 0 - 0.4 г\л.
При избытке мономера в электролите - участок 0,4-1,1 г\л, полимеризация продолжает протекать на поверхности УВ, однако происходит образование больших слоев полимера, не обладающих достаточной механикой, что негативно влияет на прочность композита.
Исходя из полученного значения концентрации мономера, была построена оптимизирующая плоскость для нахождения оптимальных параметров в стационарных условиях- времени и потенциала.
Рисунок 3. Оптимизирующая плоскость прочность-время электролиза-потенциал. Плоскость построена из более чем 20 точек, каждая является средним из не менее чем 6 точек.
Исходя из полученной плоскости для электролита состава 0,4 г\л пиррола получаем следующие параметры процесса: 55±5сек время электролиза и 0.9±0.1 В напряжения.
Изменение модуля упругости происходит незначительное и лежит в пределах погрешности.
Также были проведены попытки окисления уже образованного полимера на поверхности УВ, т.к. такие формы полианилина содержат повышенное количество азота в своем составе. Для этого обработанное волокно выдерживали в перекиси водорода (техническая) в течение 40сек и 2.5 часов.
В ходе такой обработки прочность КМ менялась незначительно, что вероятно происходит по причине восстановления перекиси не на пленке полипиррола а на поверхности УВ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе работы было изучено влияние полимерного покрытия на основе ПП на поверхности УВ, на прочность КМ. Было установлено, что при электролизе водного раствора, содержащем пиррол, на поверхности УВ формируется пленка ПП. Данная пленка в определенном интервале начальных концентраций мономера положительно влияет на проч-
ность КМ. При дальнейшем исследовании были обнаружены оптимальные условия для проведения процесса электролиза УВ, которые позволяют увеличить прочность КМ на 19% относительно начального значения. Данный состав электролита и режимы электролиза могут быть рекомендованы для масштабирования в промышленных условиях. Данный состав электролита отличается от известных в литературе отсутствием ПАВ и фонового электролита, что выгодного его отличает как в себестоимости, так и в экологичности, т.к. упрощает процесс водоочистки и водооборота на предприятиях.
Список литературы
1. Chiu H.T., Lin J.S. // J. Mater. Sci. - 1990. -V.27. - P.319.
2. Wood G. A., Iroh J.O.// Polym. Eng. & Sci.-1991. -V.36, №19 -P.2389
3. Iroh J.O., Bell J.P., Scola D.A.// J. Appl. Polym. Sci. -1991. -V.43. -P.2237
4. Varelidis P.C., Scourlis T.P., Bletsos J.V. et al.// J. Appl. Polym. Sci. -1995. -V.55. -P.1101.
Работа выполнялась при поддержке «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере»
