CC BY
20
УДК 666.841 Астр. Л.Б. ДемидчуК - Львiвська КА
ПОКРИТТЯ НА ОСНОВ1 НАПОВНЕНОГО ПОЛ1МЕТИЛФЕН1ЛСИЛОКСАНУ ДЛЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЗАХИСТУ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ БУДШЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦ1Й
Дослiджено фiзико-механiчнi властивостi захисного покриття на осж^ наповнено-го полiметилфенiлсилоксану з наповнювачами та можливостi !х використання iз враху-ванням рецептур вихiдних композидш для високотемпературного захисту з^зобетон-них будшельних конструкцiй. Показано вплив змши фазового складу покриття на власти-востi матерiалiв, якi експлуатуються в умовах дц високих температур.
Ключовi слова: захисне покриття, високотемпературний захист, зшпзобетон, будь вельна конструкдiя, полшетилфеншсилоксан.
Постановка проблеми. Завдання високотемпературного захисту залДзо-бетонних буддвельних консIрукцiй полягае в утвореннi на 1х поверхш щДльних теплоiзолюючих екранiв з низькою температуропровiднiстю, якi здатнi протягом тривалого часу не руйнуватися пiд дiею високих температур, вогню та Днших аг-ресивних чинникДв навколишнього середовища.
Спосiб захисту будДвельних конструкций обираеться на пiдставi техшко-економiчного аналiзу з урахуванням такого: умов 1х експлуатацц; температуро-та вогнестшшсть; стушнь агресивностi навколишнього середовища; природа ма-терiалу, що захищаеться, вартiсть тощо. Вiдомi на сьогоднi способи захисту залД-зобетонних конструкций вiд до високих температур i вогню у виглядд штукату-рок, бетонування, жорстких екрашв, плит i обмазок характеризуются складнк-тю монтажу, значною товщиною i собiвартiстю догляду.
Високотемпературно-вогнезахисним матерiалам на основi неорганiчних речовин характерна наявшсть у склад зв'язано1 води, яка шд час нагрДвання ви-паровуеться i блокуе перенесення тепла до поверхш, що захищаеться. Як зв'язок використовують рДдке скло, портландцемент, глиноземистий цемент, фосфатнi та алюмосилДкатш в'яжучi. Температуро- i термостiйкими заповнювачами для за-хисних покритпв виступають спучений перлiт i вермикулiт, керамзит, базальто-вi, каолiновi, кремнеземнi i кварцевi волокна. Проте цд покриття внаслДдок низь-ко1 атмосферостiйкостi недовговiчнi Д мають високу вартДсть.
Анашз останнгх дослщжень та публiкацiй. У процесД термДчно1 деструк-цц матерДалу захисного покриття вДдбуваються реакцц окислення оргашчних ра-дикалДв зв'язки, 1х деполяризащя Д змДни у структуроутвореннД [1-3]. Кисень без-посередньо дДе тальки на оргашчш радикали, тому стшшсть такого матерДалу до дц високих температур визначаеться його будовою.
З'еднання, якД в полшерному ланцюзД замДсть атомДв вуглецю мДстять ато-ми Днших елеменгав, зокрема силщда, можуть значно збДльшити термДчнД власти-вост захисних матерДалДв. Такими з'еднаннями можуть бути використанД полДор-ганосилоксани, кДнцевим продуктом термоокисно1 деструкцл яких е полДмер [8Ю2] п, який додае матерДалу також певно1 мщноста [4]. Неоргашчний полДмер, який знаходиться у складД матерДалу, пДд час нагрДвання е каркасом пДд час фор-мування захисного шару захисного покриття. Синтезоваш полДмери, якД в основ-
1 Наук. кергвник: проф. М.М. Гивлюд, д-р техн. наук - НУ " Львгвська полггехнка"
Нащональний лкотехшчний yнiверситет Украши
ному лaнцюзi з атомами силiцiю i кисню мiстять пеpiодичиi включення aтомiв мет^в, нaвiть незначний вмiст якиx piзко змшюе влaстивостi силiцiйоpгaиiчииx з'еднань за paxyнок збiльшения маси мiнеpaльноï складово!'.
Як вiдомо [S, 6], полiоpгaнометaлосилоксaни xapaктеpизyються високою теpмiчною стiйкiстю, яка пеpевищye теплостiйкiсть силiцiйоpгaиiчниx полiмеpiв. Сеpед полiоpгaнометaлосилоксaиiв видляють полiмеpи, y якж ланцюги побудо-вaнi з атомш силiцiю, кисню та aлюмiнiю. ïx викоpистовyють для виготовлення пластмас, яш можуть ефективно виконувати фyнкцiï тд час нaгpiвaния до темпе-paтypи S13 К [7]. Внaслiдок теpмiчного pозклaдaния в ниx збеpiгaeться зв'язок Si - O-Al. Нaгpiвaния до темпеpaтypи понад S23 К пpиводить тшьки до обмiиy фенiльниx i aлкiдниx гpyп мiж атомами силщю i aлюмiнiю.
Особливiстю оpгaносилоксaнового по^Еття, яке е пpодyктом фiзико-меxa-шчник i тепловиx пpоцесiв, яш вщбуваються в системi "полiоpгaносилоксaи - оксид - силжат", е ïx низька темпеpaтypa фоpмyвaиня (до S13 К) i здатшсть до коpот-кочасного зaxистy покpитоï ним повеpxнi пpи нaгpiвaинi до 3273 К, за paxyнок ут-воpення в мaтеpiaлi покpиття eдиноï пpостоpовоï стpyктypи з високомiциими си-локсансилжатними, силоксaи-оксидиими i металосилоксановими зв'язками [7, 8].
Оксиди, ят викоpистовyються в зaxисномy покpиттi як наповнювач, вь дiгpaють важливу pоль у шдвищенш теpмостaбiльностi покpиттiв, залежно вiд ïx xiмiчноï пpиpоди початок дестpyкцiï у зазначешй вище системi або змщуеться в область високиx темпеpaтyp, або pозшиpюe темпеpaтypиий iнтеpвaл дестpyкцiï полiмеpy. За темпеpaтypи нaгpiвaния понад 973 К стшккть зaxисииx покpиттiв визначаеться властивостями висококpемнеземистоï склокеpaмiки, в яку пеpеxо-дить оpгaносилоксaновий мaтеpiaл. Властивосп покpиттiв повшстю залежать вiд ^оцет стpyктypноï пеpебyдови за paxyнок aмоpфiзaцiï з подальшим yтвоpен-ням новт фаз i ïx пеpекpистaлiзaцieю. За темпеpaтypи понад 1473 К мaтеpiaл може плавитися i пеpетвоpювaтися на склоподiбнy масу. Пiдвищити aдгезiйиy мщшсть та теpмостiйкiсть оpгaносилiкaтииx покpиттiв за paxyнок знижеиия ïx поpистостi можливо шлятом введення до ïx складу склоподiбниx добавок, окси-дав змiнноï вaлентностi та попеpедиьоï тдготовки повеpxнi, яка зaxищaeться [8].
Доведено, що основними пеpевaгaми оpгaносилiкaтииx i оpгaнооксидниx покpиттiв е ïx висока еластичшсть, показники електpоiзоляцiйииx та теплоiзоля-njränx властивостей, вологостiйкiсть, гiдpофобнiсть, aдгезiя, пpостотa i доступ-шсть теxнологiï' нанесення, довготpивaлa теплостiйкiсть. За високиx темпеpaтyp експлуатаци вiдбyвaeться pyйиyвaния оpгaнiчноï' склaдовоï i pоль зв'язуючого в системi пеpеxодить до силiцiйкисневого кapкaсa, по^итта стае поpистим, що е пpичиною погipшения ïï експлyaтaцiйниx властивостей.
Мета роботи полягае у дослiджеииi можливосп отpимaиня темпеpaтypо-зaxисииx покpигтiв для зaлiзобетонниx бyдiвельииx мaтеpiaлiв на основi напов-неного полiметилфенiлсилоксaиy.
Дослщна частина. Як компоненти для зaxисииx похитив викоpистовy-вали полiметилфенiлсилоксaновий лак К0-08, aлюмiиiю та циpкоиiю оксиди. Miнеpaльнi нaповиювaчi кaолiн, кaолiнове волокно та шамотний бiй обpaиi, ви-xодячи з ïx стiйкостi, вiдповiдно до до високиx темпеpaтyp, сyмiсностi з силь цiйоpгaиiчиими сполуками, здaтностi взаемодяти з кpемнеземом, який зв'язуеться тд час нaгpi8aния з yтвоpеииям новиx вогнетpивкиx силiкaтниx фаз.
Введення в систему А12О3^Ю2-8Ю2 полiметилфенiлсилоксану на замшу силшш (IV) оксиду сприяе покращенню технологiчностi нанесення захисного покриття та характеризуеться появою п1д час нагршання додатково'1 стадií термо-окисно'1 деструкци в температурному iнтервалi 813...1373 К з утворенням сла-бокристалiзованих модифкацш кремнезему (рис. 1).
Як вже було зазначено, вибiр складiв захисних покриттiв здшснено, вихо-дячи з умови, що оптимальними е склади з мiнiмальним вмiстом кремнезему тс-ля термоокисно'' деструкци полiметилфенiлсилоксану. Збшьшення змiсту кремнезему в покритл поряд iз iнтенсифiкацiею кристалiзацií мулггово'' i цирконово'' фаз пiд час на^вання призводить до утворення Р-кристобалггу, який погiршуе захиснi властивостi покриття. Дослщження змши фазового складу початково'' композици при пiдвищеннi температури проведено з використанням методiв ш-фрачервоно'' спектроскопи i рентгенофазового аналiзу.
За температури 1273 К в покритл утворюеться ситмашт, який за умови подальшого насичення А1О4 переходить в мулл. При нагрiваннi до 1673 К крис-талiзуеться фаза циркону як результат взаемодп 7г02 з силоксановими групами. В iнтервалi температур 1473... 1673 К спостерггаемо незначну кiлькiсть Р-кристо-балiту як наслщок кристалiзацií непрореагувавших силiцiйоксидних груп зв'язки. За температури 1873 К фазовий склад вже представлений непрореагувавшими муллом i цирконом, зернами корунду i моноклiнного Zг02. При цьому Р-кристо-балiт повнiстю вiдсутнiй. Електронно-мiкроскопiчне дослщження також показуе, що макроструктура покриття за температури 1873 К представлена переплетеною слкою мулла i циркону, зернами корунду i моноклiнного Zг02, що не прореагу-вали, а будь-яю модифкаци кремнезему вiдсутнi.
У процес нагршання покриття змшюеться вщ органосилiкатного до оксидного i далi до оксидно-силкатного. Деструкцк силiцiйорганiчноí зв'язки веде до значного збшьшення вщкрито'' пористостi покриттiв в iнтервалi температур 873. 1173 К, що негативно впливае на ''х захисш властивостi. Встановлено, що для штенсифкацп процесу спiкання та запобiгання утворенню пор i трщин у структурi матерiалу е доцшьним введення до складу початкових композиций мо-
Рис. 1. Фазовий склад продукпйв mepMOOKUCHOï деструкци пол'ичетилфешлсилоксапу nid час пагр'шаппя:
2) 473 К;
3)773 К;
4) 873 К;
5) 1073 К;
6) 1373 К.
1) початковий;
30 28 26 24 22 20 18 16
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
дифiкуючих добавок, як впливають як на температурний iнтервал термоокисно! деструкцп зв'язки, так i на процеси взаемодп мiж компонентами в процесi нагрь вання i формування структури захисного покриття.
Протiкання зазначених процес1в пiдтверджуeться результатами комплексу методiв фiзико-хiмiчного анатзу. Покриття товщиною 300...400 мкм наносили на тдкладку методом занурення, при цьому пiд час формування покриття ввд-буваються процеси змочування i розтiкання суспензп, утворення площi контакту м1ж фазами i виникнення мiж ними адгезiйного зв'язку.
Адгезшна мiцнiсть покриття до пiдкладки зумовлена фiзико-хiмiчними процесами, якi вiдбуваються як у захисному шарi, так i в зонi контакту в температурному штерват 573... 673 К i мае екстремальний характер з максимумом при 473... 673 К (5,1.6,1 МПа) i мшмумом при 1273.1373 К (3,7. 3,9 МПа). Змен-шення адгезшно! мцносп зумовлене утворенням пор пiд час термоокисно! деструкцп силщшоргашчно! зв'язки, модифкацшними перетвореннями алюмiнiю, цирконш (IV), силщш (IV) оксидiв, внаслiдок чого зовшшнш вигляд покриття е пишною плiвкою iз слабо зв'язаних м1ж собою оксидiв.
Подальше нагр1вання покриття до 1673 К веде до збшьшення адгезшно! мiцностi покриття внаслщок утворення в структурi мулiту та циркону, зменшен-ня пористостi покриття, що пiдтверджуе попереднi результати дослщжень. Отри-манi результати щодо визначення наявностi пром1жного шару мiж покриттям i пiдкладкою пiдтверджують данi електронно-мкроскошчного аналiзу (рис. 2).
Рис. 2. Макроструктура перехiдного шару "покриття -Mamepian" (* 100) при meMnepamypi нaгpiвaння 523 К: а) сталь 09Г2С; б) бетон
Покриття на 0CH0Bi розроблених ck^îb характеризуются високими за-хисними властивостями в штерват температур 573 ... 1473 К.
Висновки. Отримання покриттiв з високооднорщною стаб1льною структурою i оптимальним комплексом фiзико-хiмiчних властивостей у широкому ш-тервалi температур можливо шляхом механохiмiчного оброблення початкових композицш в кульових млинах тривалiстю 150 год.
На^вання початково'1 композицп на основi полiметилфенiлсилоксану, наповненого каолiном, каолшовим волокном та шамотним боем, супрово-джуеться взаемодiею оксидного наповнювача з кремнеземом силщшоргашчно'1 зв'язки з утворенням за температури вище 1473 К мулпу, а вище 1673 К - циркону. Структура покритлв за температури 1873 К представлена частково не проре-
агувавшими пластинковими кристалами циркону, зернами корунду i моноклш-ного Zr02.
Розробленi склади покритпв характеризуються високими захисними властивостями i можуть бути використанi для тдвищення довговiчностi залiзо-бетонних конструкцшних будавельних матерiалiв, якi експлуатуються в умовах дií високих температур.
Лггература
1. Шарафиев Р.Г. Огнезащитные покрытия металлических конструкций / Р.Г. Шарафиев. Ф.Н. Сулейманов, И.Р. Сулейманов // Интеллектика. Логистика. Системология : сб. научн. тр. ЧНЦ РАЕН. - 2003. - Вып. 10. - С. - 103-111.
2. Plaques de pbtre // Face risque. - 2003. - № 396. - Pp. 46.
3. Полифункциональные элементоорганические покрытия / под общ. ред. А.А. Пащенко. -К. : Вид-во "Вища шк.", 1987. - 198 с.
4. Кротиков В.А. Эффективность применения элементоорганических соединений в технологии керамики и огнеупоров : матер. работ 2 съезда Рос. керам. общества / В.А. Кротиков. -СПб, 2000. - С. 38.
5. Демидчук Л.Б. Формування складу високотемпературних захисних покриттш будшель-них конструкцшних матер1ал1в / Л.Б. Демидчук, М.М. Гивлюд // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2012. - Вип. 22.4. - С. 140-144.
6. Демидчук Л.Б. Огнестойкие защитные покрытия металлических поверхностей / Л.Б. Де-мидчук, М.М. Гивлюд, И.А. Лобаев // Научный Интернет-журнал академии АГПС МЧС России. - М., 2012. - № 4(44). - С. 124-129.
7. Гивлюд М.М. Дослщження впливу фазового складу на термо- i жаростшгасть наповне-них силiцiйелементорганiчних захисних покриттш / М.М. Гивлюд. 1.В. Смченко // Науковi вiстi НТУУ "КП1". - 2007. - № 4 (56). - С. 115-120.
8. Брагина Л.Л. Научные основы синтеза жаростойких покрытий по черным металлам / Л.Л. Брагина // Сборник научных трудов ВАТ "УкрНИИогнеупоров имени А.С. Бережного". -Харьков : Вид-во "Каравела", 2004. - С. 147-151.
9. Зубехин А.П. Особенности синтеза жаростойкого стеклокристаллического покрытия / А.П. Зубехин., Е.А. Малышева // Стекло и керамика. - 1996. - № 3. - С. 30-32.
Демидчук Л.Б. Покрытие на основе наполненного полиметилфенил-силоксана для высокотемпературной защиты железобетонных строительных конструкций
Исследованы физико-механические свойства защитного покрытия на основе наполненного полиметилфенилсилоксана с наполнителями и возможности их использования с учетом рецептур исходных композиций для высокотемпературной защиты железобетонных строительных конструкций. Показано влияние изменения фазового состава покрытия на свойства материалов, эксплуатируемых в условиях действия высоких температур.
Ключевые слова: защитное покрытие, высокотемпературная защита, железобетон, строительная конструкция, полиметилфенилсилоксан.
Demydchyk L.B. Coverage is on the basis of gap-filling polymethilphenilsi-loxsan for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions
Physical and mechanical properties of sheeting are investigational on the basis of gap-filling polymethilphenilsiloxsan with fillers and possibilities of their use taking into account compounding of initial compositions for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions. Influence is rotined of change of phase composition of coverage on properties of materials, on-the-road in the conditions of action of high temperatures.
Keywords: sheeting, high temperature defence, reinforced concrete, build construction, polymethilphenilsiloxsan.
