Модифицированные эпоксидные композиции пониженной горючести
СОДЕРЖАНИЕ: На правах рукописи ПЛАКУНОВА ЕЛЕНА ВЕНИАМИНОВНА МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЭПОКСИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ Технология и переработка полимеров и композитовНа правах рукописи
ПЛАКУНОВА ЕЛЕНА ВЕНИАМИНОВНА
МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЭПОКСИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ
Технология и переработка полимеров и композитов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Саратов - 2005
ОБЩАЯ ХАРАТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Автомобильная, электротехническая и другие области промышленности предъявляют высокие требования к полимерным композиционным материалам.
Эпоксидные композиции, применяемые в качестве пропиточных и заливочных компаундов должны обладать невысокой вязкостью, эластичностью, а также заданным уровнем физико-механических, теплофизических и электрических свойств. Поэтому особую значимость и актуальность представляет выбор модификаторов полифункционального действия, а также наполнителей для направленного регулирования свойств эпоксидных материалов в том числе пониженной горючести.
Целью работы: разработка составов, технологии и свойств эпоксидных композиций пониженной горючести, в том числе с использованием техногенных отходов различных производств.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
· анализ свойств применяемых компонентов;
· изучение взаимодействия компонентов в составе композиции;
· исследование влияния компонентов на кинетику отверждения эпоксидного олигомера;
· определение влияния исследуемых компонентов на реологические свойства эпоксидного олигомера;
· изучение физико-механических свойств разработанных составов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
· установлено наличие химического взаимодействия компонентов композиции, подтвержденное методами инфракрасной спектроскопии и термогравиметрического анализа;
· установлена взаимосвязь свойств применяемых замедлителей горения с процессами структурообразования эпоксидных полимеров;
· доказано влияние замедлителей горения на процессы пиролиза и горение эпоксидного олигомера и определен механизм огнезащиты;
· изучено влияние наполнителей на формирование структуры эпоксидного олигомера;
· определено влияние замедлителей горения и наполнителей на комплекс эксплуатационных свойств эпоксидных компаундов.
Практическая значимость работы заключается в разработке составов эпоксидных композиций пониженной горючести, с требуемыми диэлектрическими и физико-механическими свойствами.
На защиту выносятся следующие основные положения:
· комплексные исследования по оценке свойств замедлителей горения, взаимосвязь химического состава применяемых замедлителей горения с формированием структуры эпоксидного олигомера, процессами при пиролизе и горении и комплексом свойств эпоксидных композитов;
· особенности формирования структуры и свойств в наполненных эпоксидных материалах.
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается комплексом независимых и взаимодополняющих методов исследования: термогравиметрического анализа (ТГА), инфракрасной спектроскопии (ИКС), дифференциально-интегрально-сканирующей калориметрии (ДИСК) и стандартных методов испытаний технологических, физико-механических, теплофизических и электрических свойств.
Апробация результатов работы. Результаты работы доложены на 4 Международных и Всероссийских конференциях: III Международной конференции «Композит-2004» (Саратов, 2004), 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2004), 3-ей Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2005), 2-ой Всероссийской конференции молодых научных «Актуальные проблемы электрохимических технологий» (Саратов, 2005)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка использованной литературы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности темы, цели и задачи исследований, научную новизну и практическую значимость работы.
Глава 1. Литературный обзор
Проведен анализ литературы по современному состоянию проблемы создания эпоксидных полимеров пониженной горючести. Анализом и обобщением литературных данных установлено, что большинство используемых модификаторов не обеспечивает заданного комплекса свойств, предъявляемых к пропиточным и заливочным компаундам, применяемым во многих отраслях промышленности.
Глава 2. Объекты, методики и методы исследования
В работе использовали: эпоксидно-диановый олигомер марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), отвержденный полиэтиленполиамином (ПЭПА) (ТУ6-02-594-85). В качестве модификаторов применялись: фосфорсодержащий диметилакрилат – ФОМ-2 (ТУ 6-02-3-338-88), фосполиол – ФП (ТУ 2226-115-00210045-2000), фостетрол – ФТ (ТУ 6-02—1022-80), фосдиол – ФД (ТУ 6-02-1329-86). В качестве наполнителей использовались: кубовый остаток – отход производства поликапроамида, гальваношлам – отход гальванических ванн производства свечей зажигания и тальк.
Глава 3. Эпоксидные компаунды пониженной горючести, модифицированные фосфорсодержащими замедлителями горения
В качестве замедлителей горения (ЗГ) для коксующихся полимеров, к которым относятся эпоксидные связующие, эффективнее использовать фосфорсодержащие ЗГ. В связи с этим, в исследованиях применялись фосфорсодержащие соединения: фосдиол А (ФД), фостетрол I (ФТ), фосполиол II (ФП) и фосфорсодержащий диметилакрилат (ФОМ).
В связи с тем, что данные соединения выпускаются на опытном заводе по ТУ, и для оценки их дальнейшего взаимодействия с эпоксидным олигомером проведено исследование их химического состава методом ИКС.
В спектрах ФП, ФТ, и ФД отмечено наличие полос поглощения ОН, СН3 групп, групп Р=О, –Р-О-С, что полностью подтверждает химический состав.
ИК-спектр фосфорсодержащего диметилакрилата (ФОМ) показал наличие также полос поглощения групп: карбоксильной, С=О (1720 см-1 ), двойной связи –С=С- (1636 см-1 ). Кроме того, обнаружен пик поглощения (3484см-1 ) групп ОН, отсутствующих у ФОМа, что связано с содержанием в ФОМе гидрохинона, являющегося ингибитором полимеризации ФОМа, рис 2.
Для практического использования эпоксидных композиций большое значение имеют их реологические свойства, в частности, вязкость, которая определяет ряд технологических параметров: текучесть состава, возможность образования равномерного слоя при формировании покрытий и пропитки, например, витков катушек и т.д.
Диановые ЭС характеризуются невысокой начальной вязкостью, составляющей 28 Пас.
Экспериментально (вискозиметрически) и расчетами доказано, что применение модификаторов снижает вязкость исходного олигомера с 28 до 6-19 Па·с за счет увеличения молекулярной подвижности системы, табл.1.
Таблица 1
Влияние состава композиции на вязкость и степень превращения эпоксидных композиций, отвержденных ПЭПА 15 (масс.ч.)
| Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 | Вязкость, h, Пас |
Степень превращения, Х, % | ||
Т=250 С, t=24 ч. |
Т=900 С, t=1 ч. |
Т=900 С, t=3 ч. |
||
| ЭД-20 | 28* | 88 | 94 | 99 |
| Фосполиол | 9* | - | - | - |
| ЭД-20+40ФП | 16,5 | 81 | 86 | 90 |
| Фостетрол | 3,9* | - | - | - |
| ЭД-20+40ФТ | 10,5/6,5* | - | 87 | 92 |
| Фосдиол | 0,8* | - | - | - |
| ЭД-20+40ФД | 5,9/2,8* | 85 | 87 | 92 |
| ФОМ | 6,3* | - | - | - |
| ЭД-20+20ФОМ | 19,5/12* | 99,5 | 99,7 | - |
| ЭД-20+20ФД+20ФОМ | 9,4 | 87 | 95,9 | - |
Примечание: * - определены вискозиметрически
Введение в эпоксидный олигомер ФОМа повышает температуру отверждения до 1400 С, а время гелеобразования сокращается до 16 мин. Аналогичное влияние ФОМа проявляется в эпоксидной композиции, модифицированной ФД, что связано с образованием химических связей между функциональными группами ФОМа и эпоксидного олигомера.
Исследование степени отверждения показало, что максимально возможная степень отверждения достигается при наличии ФОМа при «холодном» отверждении, в присутствии других соединений – только при термообработке, табл.1.
В эпоксидных композициях, содержащих ФД и ФТ отмечены пики валентных колебаний групп ОН, Р=О, Р-О-С-, имеющихся у ЗГ, а также обнаружено образование полосы поглощения при 1183 см-1 , соответствующей валентным колебаниям группы –СО- простой эфирной связи –СН2 -О-СН2 , отсутствующей у ЗГ и ЭД-20, рис.3. Образование этих групп, подтверждает химическое взаимодействие между эпоксидным олигомером и данными ЗГ. Наличие химического взаимодействия ФД и ФТ с эпоксидным олигомером подтверждается также высокими значениями энергии активации деструкции, табл.3.
В эпоксидной композиции, содержащей ФОМ, обнаружено отсутствие пика валентных колебаний –С=С- (1636 см-1 ), принадлежащего ФОМу. Появление новых пиков (1150-1070 см-1 ) группы С-О-С алифатического эфира свидетельствует о том, что ФОМ взаимодействует с эпоксидным олигомером по гидроксильным группам с раскрытием двойной связи.
Методом ДИСК определено наличие высокого значения интегрального теплового эффекта в композиции ФД+ПЭПА. Поэтому, вероятнее всего, в композиции ФД взаимодействует не только с эпоксидным олигомером, но и с ПЭПА, а ФОМ – только с эпоксидным олигомером, табл.2.
Таблица 2
Интегральный тепловой эффект образования эпоксидных композиций
| Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ЭД-20 | Площадь теплового эффекта, S, градс/г | Интегральный тепловой эффект, Qр , Дж/г | Объемное электрическое сопротивление, rv , Ом | Поверхностное электрическое сопротивление, rs , Омм |
| ЭД-20+15ПЭПА | 33456,0 | 906,7 | 2,16·1012 | 8,16·1011 |
| ФД+ПЭПА | 23609,0 | 639,8 | - | - |
| ФОМ+ПЭПА | 6952,6 | 188,4 | - | - |
| ЭД-20+40ФД+15ПЭПА | 5826,9 | 157,9 | 1,57·1011 | 1,48·1011 |
| ЭД-20+20ФОМ+15ПЭПА | 17261 | 368,5 | 1,49·109 | 1,5·1012 |
| ЭД-20+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА | 22711,0 | 615,5 | 1,2·1012 | 9,6·1013 |
Влияние ЗГ на процессы пиролиза и горения эпоксидного полимера определяли методом ТГА. Применяемые ЗГ ФП, ФТ и ФД относятся к достаточно термостойким соединениям и разлагаются в температурном интервале, близком к температуре разложения эпоксидной смолы. Это может обеспечивать эффективное влияние данных ЗГ на процессы горения эпоксидной смолы, табл.3.
Влияние исследуемых ЗГ на поведение эпоксидной смолы при пиролизе проявляется в следующем:
· повышается термоустойчивость материала, что подтверждается возрастанием температуры начала деструкции;
· увеличивается выход карбонизованного остатка по окончании основной стадии деструкции, соответственно, снижается количество летучих продуктов, табл.;
· значительно увеличивается энергия активации процесса деструкции;
· снижаются скорости потерь массы.
Таблица 3
Данные ТГА и горючести эпоксидных компаундов
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ЭД-20 |
Тнач. ,о С | КО, % | Dm, % | Еа , кДж/моль |
| ЭД-20+15ПЭПА | 200 | 53(390о С) | 78 | 95 |
| Фосполиол | 230 | 34(350о С) | - | 148 |
| ЭД-20+40ФП+15ПЭПА | 215 | 58(360о С) | 0,9 | 69 |
| Фостетрол | 260 | 35(350о С) | - | 81 |
| ЭД-20+40ФТ+15ПЭПА | 220 | 57(355о С) | 1,4 | 158 |
| Фосдиол | 260 | 26(350о С) | - | 102 |
| ЭД-20+40ФД+15ПЭПА | 275 | 54(345о С) | 0,8 | 823 |
| ФОМ | 180 | 28(380о С) | - | 297 |
| ЭД-20+20ФОМ+15ПЭПА | 230 | 49(365о С) | 4,0 | 85 |
Выявленное влияние ФП, ФТ и ФД на термолиз эпоксидной смолы проявляется и в поведении материала при горении.
Образцы испытаны при горении на воздухе с применением методов «огневой трубы» и «керамической трубы». Результаты испытаний, полученных обоими методами, коррелируют, табл.3, 4. Образцы, содержащие ЗГ, не поддерживают горение на воздухе, а большие потери массы (0,6-4%) связаны с некоторой деструкцией полимера. Следовательно, все разработанные составы относятся к классу трудногорючих, так как в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 к этому классу относятся материалы, для которых Dt60о C и Dm60%.
Таблица 4
Показатели горючести эпоксидных композиций
| Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 | Приращение температуры, DТ, о С |
Потери массы, Dm, % |
| ЭД-20+15ПЭПА | +650 | 80 |
| ЭД-20+40ФД+15ПЭПА | -20 | 0,15 |
| ЭД-20+40ФОМ+15ПЭПА | -10 | 0,21 |
| ЭД-20+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА | -30 | 0,31 |
| ЭД-20+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА | -40 | 0,35 |
Так как модификаторы влияют на процессы структурообразования эпоксидных композиций, следовательно, возможно изменение их физико-механических свойств.
Введение 40 масс.ч. ФД приводит к увеличению разрушающего напряжения при изгибе в 3 раза, и к удару – в 2 раза, табл.5.
Композиции, содержащие как ФОМ, так и одновременно ФОМ и ФД, обладают более высокой устойчивостью к ударным нагрузкам. При испытаниях на изгиб образцы не разрушаются при прогибе на 1,5 толщины, и напряжение при изгибе составляет 92 и 62 МПа соответственно, табл.5.
Таблица 5
Физико-механические свойства эпоксидных композиций
| Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 | sи , МПа | ауд , кДж/м2 | ТВ , о С |
| ЭД-20+15 ПЭПА | 17 | 5 | 115 |
| ЭД-20+40 ФП+15 ПЭПА | 58 | 3 | 200 |
| ЭД-20+40 ФТ+15 ПЭПА | 16 | 2 | 200 |
| ЭД-20+40 ФД+15 ПЭПА | 69,6 | 12,6 | 200 |
| ЭД-20+20 ФОМ+15 ПЭПА | 91,8* | 15,2 | 200 |
| ЭД-20+40 ФД+20 ФОМ+15 ПЭПА | 71,1 | 14,3 | 200 |
| ЭД-20+20 ФД+20 ФОМ+15 ПЭПА | 62,4* | 12,95 | 200 |
Примечание: * - прогиб на 1,5 толщины.
Анализ физико-химических, физико-механических свойств, а также поведение материалов при пиролизе и горении показал, сто разработанные составы могут применяться в качестве пропиточных и заливочных компаундов пониженной горючести.
Глава 4. Наполненные эпоксидные композиции с пониженной горючестью
В качестве дисперсных наполнителей в работе использовались: кубовый остаток, гальванический шлам и тальк. Использование отходов целесообразно экономически и решает экологические проблемы.
Для оценки возможности использования данных отходов в качестве наполнителя для полимерных композиционных материалов определен ряд их свойств: гранулометрический состав, насыпная и истинная плотности, поведение при воздействии повышенных температур.
Кубовый остаток и шлам полидисперсны. В качестве наполнителя для эпоксидных смол рекомендуется использовать фракцию с размером частиц 140 мкм, так как она характеризуются большей удельной поверхностью, табл.6, обеспечивающей лучшее взаимодействие наполнителя и связующего.
Таблица 6
Свойства наполнителей
| Наполнитель | Плотность, r, кг/м3 | Насыпная плотность, rнас. , кг/м3 |
Удельная поверх- ность, S, м2 /кг |
Потери при сушке или термообработке, % |
| Шлам высушенный | 5100 | 1111 | 679,4 | 85,2 |
| Фракции с dч 140 мкм | 5100 | 1000 | 712,3 | - |
| Шлам с dч 140 мкм термообработанный при 200о С 120 мин | 5100 | 870 | 882,6 | 25 |
| КО с dч 140 мкм | 1050 | 526 | 1150,2 | 3,6 |
| Тальк | 1800 | 800 | - | 0,8 |
Методом ИКС проведен анализ исследуемых соединений, рис.4.
Кубовый остаток многокомпонентен и состоит из олигомеров капролактама, значительную часть которых составляют линейные и циклически димеры и тримеры. В ИК-спектрах кубового остатка отмечены пики валентных колебаний групп СН2 , NH, NH-С=О, что полностью подтверждает его химический состав.
Данные ИКС талька также полностью подтверждают его состав.
В составе высушенного шлама имеются гидроксильные группы (3408, 73 см-1 ), что свидетельствует о присутствии в составе шлама гидроксидов металлов, а также группы NO3 -2 (1401 см-1 ), CO3 -2 (1488,49 см-1 ), Al-O-Al (Si-O-Si) (1042,53 см-1 ), Cu-O-Cu (1088 см-1 ), значительное количество небольших пиков при длинах волн 500-700 см-1 - неидентифицированно, рис.4.
Методом оптической микроскопии определено наличие в составе высушенного шлама частиц различного цвета: белого, желтого и красного. В связи с этим проведен спектральный анализ данных частичек. Установлено, идентичность пиков всех частиц при длинах волн 1500-3400 см-1 и существенные различия при длинах волн 400 - 1500 см-1 . Так, в спектрах частиц белого цвета длины волн 1042,48 см-1 могут соответствовать колебаниям Al-O-Al, Si-O-Si групп, а в спектрах частиц красного цвета пик при 1088 см-1 , может быть вызван колебаниями Cu-O-Cu, а желтого - Cr.
Эмиссионным спектральным анализом установлено наличие в составе шлама кроме указанных элементов также Fe, Zn, Cr, Ni, Al, Cu, Mg, Na,Ca, Si.
Элементным анализом определено количество основных элементов в шламе составе шлама, табл.7.
Таблица 7
Химический состав исходного шлама
Химический состав шлама |
Cr(OH)3 | Ni(OH)2 | Zn(OH)2 | Fe(OH)3 | Влажность | Примеси |
| Содержание элементов, % масс | 6,7 | 6,0 | 13,4 | 61,8 | 85,2 | сульфаты, хлориды, аммоний |
Поведение применяемых наполнителей при воздействии повышенных температур исследовалось методом ТГА, табл.8.
Таблица 8
Данные ТГА наполнителей
| Вещество | Основные стадии термолиза | Потери массы массы, % при температурах ,о С | ||||||
Тн -Тк , о С Тн |
mн - mк , %mн |
100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | |
| Шлам исходный (сухой) | 80-280 140 |
9-22 18 |
3 | 13 | 19 | 24 | 26 | 27 |
| Шлам, обрабтанный при 200о С | 80-280 120 |
7-19 16 |
3 | 11,5 | 16 | 20 | 21 | 21 |
| Шлам, обработанный при 250о С | 80-280 220 |
3-8 5 |
0 | 2,5 | 5 | 8,5 | 10 | 10,5 |
| Кубовый остаток |  |
 |
4 | 16 | 42 | 64 | - | - |
Для повышения термостойкости шламов проводили их термообработку при температурах 200о С в течение 120 минут и 250о С в течение 60 минут. Для высушенного шлама и шламов, обработанных при температуре 200 и 250о С характерны одинаковые температуры начала деструкции, и только температура термообработки 250о С обеспечивает значительное уменьшение ~ в 4 раза потерь массы, табл.7.
Кубовый остаток является термостойким наполнителем (Тн =260о С), видимо за счет наличия в его составе циклических структур, табл.7.
Введение кубового остатка и талька способствует повышению вязкости исходного эпоксидного олигомера. Влияние гальваношлама на вязкость композиций проявляется в меньшей степени, табл.9.
Применение модификаторов, хорошо совместимых с олигомером оказывает пластифицирующее действие на наполненные эпоксидные композиции, так как видимо наряду с пластификацией, уменьшается адгезионное взаимодействие на границе раздела фаз. Снижение вязкости улучшает условия контакта связующего с наполнителем и технологичность переработки состава.
Действие наполнителей на процессы структурообразования эпоксидных композиций весьма неоднозначно, что обусловлено в значительной степени различной активностью наполнителей.
Таблица 9
Влияние наполнителей на вязкость и степень отверждения эпоксидных композиций
| Состав | Вязкость, Па·с | Степень превращения, % | ||
Т=250 С, t=24 ч. |
Т=900 С, t=1 ч. |
Т=900 С, t=3 ч. |
||
| ЭД-20 | 28 | 88 | 94 | 99 |
| ЭД-20+20КО | 62/53,2* | 80 | 87 | 90 |
| ЭД-20+20КО+40ФТ | 5 | - | 79 | 83 |
| ЭД-20+20КО+40ФД | 5 | 80 | 89 | 91 |
| ЭД-20+20 тальк | 87 | 94 | 99 | - |
| ЭД-20+20 тальк +20ФД | 31 | 92 | 96 | 98 |
| ЭД-20+20 тальк +20ФОМ | 44 | 93 | 94 | 99 |
| ЭД-20+20 тальк+20ФД+20ФОМ | 20 | 87 | 98 | - |
| ЭД-20+20Шл* | 58 | 85 | 98 | - |
| ЭД-20+20Шл*+20ФД | 22 | 71 | 77 | 99 |
| ЭД-20+20Шл*+40ФД | 9 | 82 | 97 | |
| ЭД-20+20Шл*+20ФОМ | 34 | 93 | 96 | - |
| ЭД-20+20Шл*+20ФД+20ФОМ | 16 | 92 | 99 | - |
Изучение кинетики отверждения показало, что введение кубового остатка в ЭД-20 ускоряет процесс отверждения, что проявляется в некотором уменьшении времени гелеобразования (с 60 до 50 мин), и снижении максимальной температуры реакции отверждения со 119о С до 92о С.
Тальк аналогично КО ускоряет процесс структурообразования, уменьшая время гелеобразования до 40 мин., при увеличении максимальной температуры отверждения до 150о С.
Исходный шлам существенно снижает (до 48-60 0 С) температуру отверждения эпоксидного олигомера, за счет более высокой теплопроводности частиц наполнителя. Однако совсем иное влияние на процесс отверждения оказывает термообработанный шлам. В этом случае максимальная температура отверждения увеличивается до 130о С. Это, видимо, связано с переходом гидроксидов металлов в оксиды при термообработке. Следует отметить, что тепловыделение при отверждении мало зависит от содержания термообработанного шлама, но его количество значительно влияет на жизнеспособность композиции. Время гелеобразования уменьшается с увеличением содержания шлама, что может быть связано с избирательной сорбцией. В данном случае наполнителем сорбируется эпоксидный олигомер. Молекулы олигомера, находящиеся в адсорбированном слое не участвуют в реакции отверждения, и смола в объеме обогащается избыточным количеством отвердителя (ПЭПА), что приводит к ускорению процесса отверждения.
Модификация составов, содержащих все исследуемые наполнители, введением ФП, ФТ, ФД и ФОМа, не влияет на кинетику отверждения и процесс формирования структуры протекает аналогично ненаполненной системе.
Исследованиями по определению устойчивости ненаполненных композиций к изгибающим нагрузкам, являющейся определяющей характеристикой для компаундов, установлено, что для наполнения наиболее подходят композиции, содержащие ФД и ФОМ одновременно, табл.10.
Таблица 10
Физико-механические свойства наполненных эпоксидных композиций
| Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 | sи , МПа | ауд , кДж/м2 |
| ЭД_20+15ПЭПА | 17 | 5 |
| ЭД-20+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА | 62* | 13 |
| ЭД-20+20КО+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА | 43 | 5 |
| ЭД-20+20 тальк+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА | 60 | 7 |
| ЭД-20+20 талька+40ФД+40ФОМ+15ПЭПА | 47* | 7 |
| ЭД-20+20Шл*+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА | 54 | 6 |
| ЭД-20+20Шл*+40ФД+40ФОМ+15ПЭПА | 40 | 7 |
Анализ физико-механических свойств наполненных композиций показал, что при использовании в качестве наполнителя кубового остатка и гальваношлама комплекс свойств в значительной степени превосходит немодифицированный эпоксидный олигомер и находится на уровне свойств эпоксидных полимеров, содержащих тальк, широко применяемый для наполнения эпоксидных смол.
Кроме того, применение низкомолекулярных соединений (ФОМа и ФД) и наполнителей не ухудшает диэлектрические свойства материала, табл.11.
Таблица 11
Электрические свойства
| Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 | rv ,Ом | rs , Ом·м |
| ЭД-20+20Тальк+15ПЭПА | 6,92·1010 | 2,72·1010 |
| ЭД-20+20Тальк+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА | 1,28·1012 | 3,27·1010 |
Определение горючести эпоксидных композиций методом «керамической трубы», показало, что разработанные материалы относятся к классу трудногорючих, табл.12.
Таблица 12
Показатели горючести наполненных эпоксидных композиций
| Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 | Приращение температуры, Dt, о С | Потери массы, Dm, % |
| ЭД20+20КО+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА | -20 | 1,29 |
| ЭД20+20Тальк+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА | -20 | 0 |
| ЭД20+20шлам+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА | -20 | 0 |
На основании проведенных исследований выбраны композиции с оптимальным сочетанием свойств: эластичностью, хорошими диэлектрическими и пониженной горючестью.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
- Разработаны составы эпоксидных композиций пониженной горючести, с требуемыми диэлектрическими и физико-механическими свойствами;
- Доказана возможность направленного регулирования структуры и свойств эпоксидных компаундов с применением модифицирующих фосфорсодержащих замедлителей горения и наполнителей. При этом установлено: наличие химического взаимодействия между замедлителями горения и эпоксидным олигомером и влияние замедлителей горения на процессы структурообразования, обеспечивающие формирование структуры эпоксидного олигомера с повышенной эластичностью;
- Установлено влияние ЗГ влияние замедлителей горения на физико-химические процессы при пиролизе и горении эпоксидных композиций, проявляющиеся в повышении термоустойчивости материала, что подтверждается возрастанием температуры начала деструкции; увеличивается выход карбонизованного остатка по окончании основной стадии деструкции, соответственно, снижается количество летучих продуктов; значительно увеличивается энергия активации процесса деструкции; снижаются скорости потерь массы.
- Изучены свойства применяемых наполнителей, определяющие структурообразование эпоксидного олигомера (удельная поверхность, насыпная и истинная плотности и т.п.). Для наполнения рекомендуется использовать частицы с размером 140 мкм, так как они характеризуются большей удельной поверхностью, обеспечивающей лучшее взаимодействие наполнителя и связующего;
- Исследовано поведение наполнителей при воздействии повышенных температур и их влияние на процессы при пиролизе и горении эпоксидных композитов – разработанные материалы относятся к классу трудногорючих;
- Установлено, что введение наполнителя талька и шлама , и ЗГ приводит к повышению разрушающего напряжения при изгибе в 3 раза и устойчивости к удару в 2 раза.
Основыне положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:
1. Плакунова Е.В. Модифицированные эпоксидные композиции / Е.В. Плакунова, Е.А. Татаринцева, Л.Г. Панова // Пластические массы.-2003.-№2.-С.39-40;
2. Плакунова Е.В. Наполнение эпоксидных смол отходами производства поликапроамида / Е.В. Плакунова, Е.А. Татаринцева, Л.Г. Панова // Экологические проблемы промышленных городов: Сб. науч. тр., Саратов, 2004 г. - Саратов, 2004. – С.148-150;
3. Плакунова Е.В. Исследование возможности использования шламов гальванических производств в качестве наполнителя полимерных композиций / Е.В. Плакунова, Е.А. Татаринцева, Л.Г. Панова // «Композит-2004»: Докл. Междунар. конф., Саратов, 6 – 9 июля 2004 г. – Саратов, 2004.- С.217-221;
4. Плакунова Е.В. Исследование свойств гальваношламов / Е.В.Плакунова, Е.А.Татаринцева, Л.Г.Панова // Экология и промышленность России.-2005.-№3.-С.38-39;
5. Плакунова Е.В. Техногенные отходы как перспективные наполнители / Е.В. Плакунова, Е.А. Татаринцева // Экологические проблемы промышленных городов: Сб. науч. тр., Саратов, 2005 г. - Саратов, 2004. – С.61-64;
6. Плакунова Е.В. Модификация как способ создания новых композиционных материалов / Е.В.Плакунова, Е.А.Татаринцева, Л.Г.Панова // Актуальные проблемы электрохимической технологии: Сб. статей / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2000. – С.133-138.