CC BY
38
УДК 678.6
Ю.А. Кадыкова
канд. техн. наук, доцент, кафедра «Химическая технология», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
О. В. Егорова
аспирант, кафедра «Химическая технология», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
С. В. Улегин
аспирант, кафедра «Химическая технология», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
П.А. Бредихин
магистрант, кафедра «Химическая технология», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
Э.Г. Фархутдинова
магистрант, кафедра «Химическая технология», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
В.А. Сотник
студент, кафедра «Химическая технология», Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
ВЛИЯНИЕ БАЗАЛЬТА НА ПОКАЗАТЕЛИ ГОРЮЧЕСТИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ
Аннотация. В работе изучена возможность и эффективность применения дисперсного базальта в качестве наполнителя для полиэтилена и эпоксидного компаунда, что позволяет расширить области применения данного наполнителя для создания полимерматричных композиционных материалов широкого спектра назначения.
Ключевые слова: базальт, эпоксидная смола, физико-химические и механические свойства, пластификатор.
U.A. Kadykova, Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
O.V. Egorova, Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
S.V. Ulegin, Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
P.A. Bredihin, Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
E.G. Farhutdinova, Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
V.A. Sotnik, Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
IMPACT INDICATORS BASALT IN FLAMMABILITY AND PHYSICAL AND MECHANICAL
PROPERTIES OF FRP BASED THEREON
Abstract. In this study, we investigated the feasibility and effectiveness of particulate basalt as a filler for polyethylene and epoxy resin, thus expanding the scope of this stuff for a FRP wide range of composite materials applications.
Keywords: basalt, epoxy resin, physical-chemical and mechanical properties, the plasticizer.
В настоящее время существуют различные виды наполнителей для полимеров, и их количество с каждым годом увеличивается, что связано с расширением областей применения полимерных материалов. Кроме того, современные экономические условия требуют получения материалов не только с высоким комплексом характеристик, но и доступных, с достаточно низкой стоимостью. Поэтому большие потенциальные возможности улучшения характеристик композиционных материалов заложены в использовании недорогих и эффективных наполнителей, в число которых, безусловно, входят базальт и его производные.
Базальт - это вулканическая порода, обладающая повышенной прочностью и высокой плотностью, а также высокими химическими свойствами, огнестойкостью, прочностью, долговечностью, звуко- и теплоизоляционными свойствами. Для создания полимерных композиционных материалов базальт измельчался на шаровой мельнице в течение 3 часов.
В данной работе определение физико-механических свойств показало, что при введении до 50 масс. ч. базальта как полиэтилен (ПЭ) низкой плотности (ПЭНП), так и в полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) сохраняется комплекс всех свойств, в то же время при 40 масс. ч. базальта отмечено повышение устойчивости к удару в 1,5-2 раза. Это может быть объяснено изменением характера разрушения композита.
Так как полиэтилен является горючим материалом, то разработанные материалы исследовались на воспламеняемость методом кислородного индекса. При введении в ПЭВП и ПЭНП 40 масс. ч. базальта кислородный индекс возрастает с 19 до 35 и 30 % об. соответственно. Содержание базальта снижает время самостоятельного горения более чем в два раза, по сравнению с ненаполненным полиэтиленом, а также уменьшаются потери массы при поджигании на воздухе. Все показатели горючести изменяются аддитивно содержанию базальта, являющегося негорючим материалом.
Эпоксидные материалы перспективны для использования в качестве пропиточных и заливочных компаундов, клеев, удовлетворяющих соответствующим требованиям таких отраслей промышленности как строительная, приборостроительная, автомобилестроение, электротехническая и др. Поэтому разработка методов направленного регулирования свойств эпоксидных материалов путем модификации пластификаторами, замедлителями горения и введением наполнителей приобретает особую значимость и актуальность.
В качестве антипирена для коксующихся полимеров, к которым относятся эпоксидные связующие, эффективнее использовать фосфорсодержащие антипирены. В связи с этим, в исследованиях применялось фосфорсодержащее соединение - три - (в- хлорэтилфосфат) (ТХЭФ), который используется как антипирен и пластифи-
катор в производстве полимерных материалов.
Нами доказана возможность создания высоконаполненных составов, т.к. введение в композицию 50 масс. ч базальта обеспечивает высокие значения свойств.
Следует отметить, что как в ПЭ, так и в эпоксидных композициях измельченный базальт ведет себя как активный наполнитель, повышающий свойства. Причем это проявляется как в повышении механических свойств - твердость по Бринеллю, устойчивость к статическому и динамическому изгибу (удару) возрастает более чем вдвое, так и физико-химических - теплостойкость также повышается со 114 до 2060С.
При изучении термостабильности образцов термогравиметрическим анализом отмечено увеличение коксовых остатков, снижение скоростей пиролиза, существенное уменьшение (более чем в 2 раза) потерь массы вплоть до 6000С/г.
Выявленное влияние дисперсного базальта на пиролиз эпоксидной смолы проявляется и в поведении материала при горении на воздухе. Образцы, содержащие 30 и 50 масс. ч. базальта не поддерживают горения на воздухе и потери массы составляют 1,4 и 0,7% соответственно. С увеличением степени наполнения эпоксидной композиции возрастают кислородный индекс и выход карбонизованного остатка.
Таким образом, доказана эффективность и целесообразность использования для наполнения полиэтилена и эпоксидной смолы измельченного базальта, не перерабатывая его в волокна. Установлено повышение физико-химических и механических свойств композиций, наполненных базальтом, что позволяет расширить области применения базальта для создания композиционных материалов широкого спектра использования. Выявлено влияние базальта на показатели горючести полимерматрич-ных композитов на основе полиэтилена и эпоксидной смолы: повышается кислородный индекс, снижается время самостоятельного горения, уменьшаются потери массы при поджигании на воздухе.
