Изложение: Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров. Новые металлические сплавы, приоритетные технологии

И.Н. Бурмистров, Л.Г. Панова

Энгельсский технологический институт СГТУ

Необходимость создания технически эффективных, экономически выгодных, экологически безопасных и приемлемых технологически огнестойких светопрозрачных конструкций для строительного остекления в настоящее время не вызывает сомнения. Особое внимание следует обратить на слово «конструкция», так как достижение высокой степени огнестойкости возможно только при оптимальном сочетании параметров всех деталей в конструкции. К ним относят специальную раму, огнестойкий стеклопакет, состоящий из двух или более силикатных стёкол с полимерными или гелевыми прослойками, и специальные средства крепежа.

Конструкции, соответствующие классу остекления не ниже EI30, должны останавливать распространение всех составляющих пожара: огня, дыма и теплового излучения. Для достижения этой цели перспективно использовать триплексы из силикатного стекла и заливочных полимерных гелей. Применяемый гель должен реагировать на повышение температуры при пожаре. При этом положительный эффект достигается за счёт ряда факторов: испарение содержащейся в геле воды охлаждает конструкцию; структурирование полимерной составляющей образует каркас, удерживающий осколки стекла, и обеспечивает целостность конструкции; вспенивание геля обеспечивает высокую степень теплоизоляции уцелевшей части конструкции от высоких температур.

Данная работа посвящена разработке заливочных гелей для создания противопожарных многослойных светопрозрачных строительных конструкций.

В работе проведён анализ составов на основе следующих компонентов: состав «г1» – поливиниловый спирт (ПВС) и фосфорная кислота; состав «г2» – смесь аммониевых солей акриловых олигомеров, олигосахариды, водорастворимые силикаты натрия.

Основной задачей является максимально высокое содержание карбонизированного остатка сжигаемого геля и хорошая адгезия кокса к силикатному стеклу; а также достижение наибольшей вязкости композиции при температуре разложения и оптимальное количества летучих продуктов, вспенивающих состав.

На начальном этапе исследования был определён оптимальный состав гелей. Составы с лучшими реологическими свойствами приведены в таблице 1.

Таблица 1. Составы гелей г1, г2

Наименование компонента	A	B	C	D	E	F
г1	10.72	34.81	54.47	–	–	–
г2	–	–	64,39	3,04	25,40	7,17

В качестве основных методов исследования рассматриваемых составов были выбраны метод термогравиметрического анализа, инфракрасной спектроскопии и масштабные испытания готовых светопрозрачных конструкций в огневой печи. Методом инфракрасной спектроскопии установлено отсутствие для всех составов химических реакций между компонентами гелей. На основе инфракрасных спектров поглощения доказано, что в анализируемых составах основная масса воды связана полимерным гелем. Это подтверждается, по данным TG ТГА также повышенной температурой удаления воды из геля при его разложении.

Данные ТГА-анализа показывают, что разложение гелей протекает в две стадии. На первой стадии наблюдается испарение воды и разрушение гелевой структуры, при этом образуется эластичный клейкий остаток. Энергия активации этого процесса (определяли по данным DTG) для геля г1: Е_1-1 = 130,30 кДж/моль. Процесс протекает в интервале температур 80 – 200 ⁰ С. Процесс удаления воды облегчается снижением вязкости состава на начальной стадии нагревания. На второй стадии протекают процессы окисления полимерной матрицы и образования карбонизованного остатка. Энергия активации процесса Е_1-2 = 123,10 кДж/моль. Процесс протекает в интервале температур 300 – 900 ⁰ С.

В геле г2 доля связанной воды значительно больше, по сравнению с гелем г1. Это объясняет смещение процесса удаления воды в область более высоких температур. Температурный интервал удаления воды и процессов структурирования карбонизованного слоя 100 – 340 ⁰ С. Энергия активации процесса Е_2-1 = 142,10 кДж/моль. Процесс деструкции карбонизованного слоя протекает в интервале температур 380 – 560⁰ С, энергия активации процесса Е_2-2 = 602,99 кДж/моль.

Столь существенные различия в протекании второй стадии процесса в геле г1 и г2 объясняются различным механизмом протекания этих процессов. Доля полимерной матрицы в геле г1 составляет 10,72%. Процесс её деструкции протекает в присутствии образующихся в геле, под воздействием высоких температур, полифосфорных кислот, которые значительно снижают скорость разложения углеводородных соединений за счёт образования защищающих окисляющееся вещество плёнок полифосфорных кислот и нейтрализации активных радикалов оксидами фосфора. Процесс разложения, кипения и возгонки соединений фосфора продолжается до 900⁰ С. Доля полимерной матрицы в геле г2 составляет 3,04%. В геле отсутствуют активные антипирены, поэтому процесс деструкции протекает в более узком интервале температур и завершается при более низкой температуре.

С целью оценки пригодности составов оценили огнестойкость конструкции на основе изучаемых гелей по ГОСТ 30247.0-94.

Протоколы испытаний приведены на рис. 1 и 2. Согласно проведённым испытаниям выбранные составы соответствуют классу противопожарной безопасности для геля г1 EI20, для геля г2 EI60 [1].

Рис. 1. Данные испытания многослойной конструкции на основе геля г1: 1-температура внутри печи по ГОСТ; 2-фактическая температура внутри печи; 3-температура наружного стекла

Рис. 2. Данные испытания многослойной конструкции на основе геля г2: 1-температура внутри печи по ГОСТ; 2-фактическая температура внутри печи; 3-температура наружного стекла

УДК 678.5

БАЗАЛЬТОПЛАСТИКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА

И ПОЛИПРОПИЛЕНА

Т.П. Гончарова , Ю.А. Кадыкова, С.Е. Артеменко

Энгельсский технологический институт СГТУ

Базальтовые волокна являются эффективным армирующим наполнителем полимерных композиционных материалов (ПКМ) [1-3] и по своим технологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными наполнителями – стеклянными и асбестовыми волокнами. Замена этих волокон базальтовыми позволяет создать ПКМ с высокими физико-механическими, эксплуатационными характеристиками и меньшей себестоимостью.

На кафедре «Химическая технология» СГТУ ведется разработка новой технологии армирования полиолефинов базальтовой ватой. Цель работы заключается в создании на основе полиэтилена и полипропилена ПКМ, обладающих необходимым комплексом свойств для различного практического использования. Изучаются факторы, влияющие на прочность, долговечность и другие характеристики ПКМ на основе полиолефинов, армированных базальтовой ватой. Формование осуществляется методом прямого прессования при температуре +115⁰ С, давлении 5 МПа и продолжительности прессования 50 с.

В качестве полимерной матрицы использовали полиэтилен ПЭ-15803-020 и полипропилен ПП-01003, как первичные, так и вторичные; в качестве армирующей системы – некондиционную (отработанную) базальтовую вату (производства г. Брянска). Оптимальная степень наполнения полимера базальтовой ватой (БВ) составляла 15% (табл.1). При более высокой степени наполнения полимера БВ повышается дефектность материала и снижаются его прочностные характеристики.

Из табл. 1 видно, что все исследуемые физико–механические свойства первичных ПЭ и ПП повышаются при введении в полимерную матрицу 15% базальтовой ваты: s_р на 63-74%, s_i на 43-75%, твердость на 69-76 % .

Важно, что при использовании в качестве связующего вторичных полиолефинов физико-механические свойства снижаются незначительно (табл.2).

Таблица 1

Физико-механические характеристики БП на основе ПЭ и ПП, армированных 15% базальтовой ваты

ПКМ	Плотность, кг/м3	Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	Разрушающее напряжение при изгибе, МПа	Твердость по Бринеллю, МПа
ПЭ	910/990	17/28	20/35	25/44
ПП	920/980	30/49	30/43	33/56

Примечание: в числителе ненаполненный материал; в знаменателе - наполненный 15% базальтовой ваты

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--