CC BY
31
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 678.01
В. Ф. Каблов, О. М. Новопольцева, В. Г. Кочетков, А. Г. Лапина, С. С. Звада, А. А. Гайдукова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ВСПУЧИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМ
АНТИПИРЕНОВ НА ОГНЕТЕПЛОСТОЙКОСТЬ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Ключевые слова: эластомеры, резины, наполнители, модифицирующие добавки, огнестойкость.
Развитие новой техники в настоящее время невозможно без использования полимерных материалов, в особенности материалов с пониженной горючестью. Трудносгораемые, а также сгораемые, но трудновоспламеняе-мые полимерные материалы находят применение в строительстве, в машиностроении, в космической технике. К огнестойкости конструкций из этих материалов предъявляются повышенные требования; они должны в течение достаточно длительного времени сохранять эксплуатационные свойства в экстремальных условиях. Для решения таких задач использование одного антипирена зачастую является недостаточным и поэтому становится актуальным применение синергических систем. В работе показана возможность использования синергических систем карбида кремния и терморасширяющегося графитадля создания огнетеплостойкихэла-стомерных композиций.
Key words: elastomers, rubbers, fillers, modifying additives, fire resistance.
At present time, development of new technique is impossible without using polymer materials, especially materials with low flammability. Nonflammable and combustible, but hardly flammable polymer materials are used in construction, engineering, transport, space technology. For fire resistance of structures made of these materials increased requirements; they have a long enough time to save the operating properties under extreme conditions. To solve these problems using a flame retardant is often inadequate and therefore becomes topical application of synergistic systems. The use of synergistic systems of silicon carbide and intumescing graphite to create fire-resistant elastomeric compositions was shown.
Введение
Развитие современной промышленности требует увеличение температурного предела эксплуатации эластомерных материалов, в том числе для экстремальных условий в области термического разложения, что достигается использованием новых компонентов, обеспечивающих протекание физико-химических превращений, способствующих повышению их эксплуатационной стойкости.
В экстремальных условиях эксплуатации - при температурах вблизи и выше температуры работоспособности материала функционально-активные наполнители могут играть стабилизирующую роль при температурном разрушении материала [1, 2] .В повышении эксплуатационной устойчивости важную роль играют добавки, меняющие свою структуру при внешних воздействиях (слоистые, вспучивающиеся и т.п.) [1, 2].
Как показали ранее проведенные исследования [3-5], для решения поставленной задачи возможно использование высокодисперсных наполнителей, и в том числе высокодисперсных карбидов кремния (КК). Также известно об уникальных огнеупорных свойствах терморасширяющегося графита (ТРГ). Таким образом, представляет особый интерес использование в эластомерных композициях сочетания карбида кремния и ТРГ.
Экспериментальная часть
Исследовано влияние комбинации КК-ТРГ на эксплуатационные свойства покрытий на основе каучуков общего назначения.
Резиновые смеси изготавливались по стандартной рецептуре на основе бутадиен-стирольного каучука с серной вулканизующей группой с частичной заменой технического углерода на систему КК-ТРГ (табл. 1).
Таблица 1 - Содержание наполнителя в иссле-
Наполнитель Z-0 Z-1 Z-2 Z-3*
ТУ П324 40 30 30 30
Карбид кремния - 10 10 10
Терморасширяющийся графит ТРГ 803 - 5 10 10
* в 7-3 5 масс.ч. ТРГ предварительно подвергалось микроволновому воздействию
Кинетические параметры резиновых смесей определялись с помощью реометра МОЯ 3000Р1^е55Юпа1. Исследование показало, что введение рассматриваемой комбинации увеличивает индукционный период, но при этом практически не изменяет скорость вулканизации. Так же упруго-прочностные характеристики сохраняются на заданном уровне, однако возрастает стойкость к термоокислительному старению (40-70%) и на 39-62 % уменьшается скорость линейного горения (табл. 2).
Для оценки огнестойкости определялась зависимость температуры на необогреваемой поверхности образца от времени воздействия открытого пламени плазмотрона (рис. 1). На поверхности образца создавалась температура порядка 2000 оС. У опытных
образцов увеличивается время прогрева (~9%), и разрушение наступает при более высоких температурах, по сравнению с контрольным образцом.
Таблица 2 - Физико-механические и термогравиметрические свойства исследуемых композиций*
Показатель Z-0 Z-1 Z-2 Z-3
Условная прочность при растяжении МПа 10,2 10,3 11,3 12,5
Относительное удлинение при разрыве (еотн), % 560 490 540 590
Относительное остаточное удлинение после разрыва (еост), % 21 8 12 16
Скорость линейного горения, мм/мин 24,5 14,9 9,23 15,5
Время прогрева поверхности образца до 100 оС, с 119 90 120 130
Температура потери 5 % массы, оС 318 330 342 349
Температура макс. скорости потери массы, оС 458 460 479 465
Коксовое число, % (в воздухе) 22,1 25,6 27,4 30,2
Относительный эндотермический тепловой эффект, усл. ед. 1,00 1,05 1,11 1,14
Режим вулканизации 145 °С, 30 мин
В зависимости от содержания ТРГ меняется структура кокса: при его увеличении, кокс становится более рыхлым и легким.
Дериватографические исследования изучаемых резиновых смесей, проводимыена дериватографеР-1500D-V1326 в атмосфере воздуха, показали, что с увеличением содержания ТРГ увеличивается температура потери 5 % массы и максимальная скорость потери массы (табл. 2). Дополнительным положительным фактором является увеличениеэндотерми-ческого эффекта при пиролизе и увеличение коксового остатка, что связано с повышенным коксообра-зованием.
Выводы
Таким образом, проведенные исследования показали, что система КК-ТРГможет быть использована для эффективного повышения огнестойкости эла-стомерных материалов и их удешевления.
Работа выполнена при поддержке проекта «Разработка модификаторов и функциональных наполнителей для огне-, теплозащитных полимерных материалов» выполняемого вузом в рамках государственного задания Минобрнауки России.
Литература
1. В.Ф. Каблов, О.М. Новопольцева, В.Г. Кочетков Разработка и исследование огнетеплозащитных материалов для экстремальных условий эксплуатации 24-ый Симпозиум «Проблемы шин и резинокордных композитов» Москва, 14-18 окт. 2013 г., ООО НТЦ «НИИШП», 42-46 (2013);
2. В.Ф. Каблов, О.М. Новопольцева, В.Г. Кочет-ковВлияние наполнителя перлит на теплостойкость резин на основе этиленпропилендиенового каучука Современные проблемы науки и образования, 3, URL: www.science-education.ru/109-9370 (2013);
3. В.Ф. Каблов, О.М. Новопольцева, В.Г. Кочетков Теплозащитные покрытия, содержащие перлитМеждуна-родный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 1, 174 (2012);
4. В.Ф. Каблов, О.М. Новопольцева, В.Г. Кочетков, Н.В. Костенко Исследование теплозащитных полимерных материалов, содержащих функциональные наполнители Известия Волгоградского государственного технического университета, 22, 13 (149), 65-68 (2014);
5. В.Ф. Каблов, О.М. Новопольцева, В.Г. Кочетков Эла-стомерные материалы с микродисперсными отходами карбида кремния Каучук и резина, 6, 8-10 (2013);
6. Э.Г. Раков, В.В. Голубков, Хыу Ван Нгуен Разработки углеродных наноматериалов Вестник национального исследовательского ядерного университета "МИФИ", 1, 2, 167-171 (2012).
Рис. 1 - Зависимость температуры на необогре-ваемой поверхности образца от времени нагрева
При воздействии пламени горелки на контрольный образец практически не образуется «коксовая шапка», а у образцов, содержащих карбид кремния и ТРГ, на поверхности образуется плотный и стойкий к пламени кокс, защищающий образец от горения.
© В. Ф. Каблов, д.т.н., проф. каф. «Химическая технология полимеров и промышленная экология»; директор ВПИ (филиал) ВолгГТУ, [email protected]; О. М. Новопольцева, д.т.н., профессор; зам. зав. той же кафедры, [email protected]; В. Г. Кочетков, асп. ВолгГТУ, [email protected]; А. Г. Лапина, магитр ВПИ (филиал) ВолгГТУ; С. С. Звада, студент ВПИ (филиал) ВолгГТУ; А. А. Гайдукова, студент ВПИ (филиал) ВолгГТУ.
© V. F. Kablov, Ph.D., professor of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" of VPI (Branch) VSTU, [email protected]; O. M. Novopoltseva, - Doctor of Engineering Science, professor, Deputy Head of "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU, [email protected]; V. G. Kochetkov, graduate student of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU; A. G. Lapina, magistrand of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU; S. S. Zvada, student VPI (Branch) VSTU; А. А. Gaidukova, student VPI (Branch) VSTU.
