Изучена пластификация эпоксидных смол и установлено, что наиболее эффективным способом пластификации является модификация тиоколами (таблица 1).
Рисунок 2 – Водопоглощение отвержденной полимерной пленки на основе ЭД-20 от содержания ЛТ-1К
Водопоглощение эпоксидных композиций на основе ЭД-20 в при содержании ЛТ-1К до 40 % изменяется от 0,2 до 4,0 % в первые сутки, а через 28 суток от 2,0 до 7,0 % (рисунок 2).
Рисунок 3 – Водопоглощение отвержденных полимерных пленок на основе EPIKOTE
Водопоглощение эпоксидно-тиоколовых композиций на основе ERIKOTE при содержании ЛТ-1К 30-40 % изменяется от 0 до 2,6 % (рисунок 3).
Оптимальным количеством тиокола является 30-40 %.
Жизнеспособность эпоксидно-тиоколовых клеевых композиций (на основе ЭД-20, ERIKOTE 816, 828) составляет 2,5 часа при температуре +200С. Изучена вязкость клеевых композиций (таблица 2).
При изучении структуры эпоксидного полимерного покрытия установлено, что сложное, различное строение макромолекул обусловливает особенности структурных превращений при отверждении полимера и приводит к возникновению неоднородной структуры с вторичными надмолекулярными образованиями различного размера и морфологии, что согласуется с литературными данными.
Наличие такой неоднородной структуры ухудшает физико-механические свойства полимерных покрытий.
Оптимизация рецептуры и технологического режима получения материала приводит к отсутствию значительных отличий в размерах структурных элементов и минимизации сложных надмолекулярных образований (рисунок 4).
По результатам термического анализа при температуре +3240С наблюдается эндоэффект, что свидетельствует о процессе термической деструкции эпоксидного полимера с выделением легколетучих низкомолекулярных фракций. Термодеструкция эпоксидно-тиоколовой композиции происходит при температуре +3510С. Повышение температуры начала деструкции эпоксидной композиции на 270С связано с образованием новых более устойчивых соединений и структурных элементов.
Изучена адгезия клеевых композиций на основе различных марок эпоксидных смол к асбестоцементной плите (таблица 3).
Таблица 3 - Сравнительные характеристики прочности сцепления различных клеевых композиций (при толщине 0,5-2,5 мм), нанесенных на асбестоцементную плиту
Состав клеевой композиции
Прочность сцепления
(через 1 сут.), МПа
эпоксидная смола ЭД-20,
отвердитель полиэтиленполиамин
3,0-3,2
эпоксидная смола EPIKOTE 828,
отвердитель EPICURE F 205
3,5-3,6
тиоколовая мастика ЛТ-1К,
отверждающая паста ЛТ-1К
1,7-1,9
эпоксидная смола ЭД-20,
отвердитель полиэтиленполиамин,
тиоколовая мастика ЛТ-1К
2,4-2,6
эпоксидная смола EPIKOTE 828,
отвердитель EPICURE F 205,
тиоколовая мастика ЛТ-1К
3,2-3,4
эпоксидная смола EPIKOTE 828,
отвердитель EPICURE F 205,
каучук ТПМ-2
>3,9*
* - отрыв носит когезионный характер.
Прочность сцепления при толщине клеевой пленки до 1 мм достигает 3,4 МПа с последующим незначительным увеличением до 3,9 МПа в интервале до 2,5 мм (технологически необходимая толщина 0,5-2,5 мм), через 7 суток наблюдается 100% когезионный отрыв (с частями асбестоцементной плиты), что свидетельствует о хорошем сцеплении клеевой композиции с основой.
Проведена математическая обработка результатов измерений методом наименьших квадратов и получены модели уравнений, описывающие зависимости свойств клеевой композиции от количества добавки тиокола и толщины клеевого слоя.
При испытаниях на термостойкость клеевые пленки сохраняли свою эластичность при нагревании до +1000С и резком охлаждении до +200С в течение 40 циклов. Клеевые композиции, нанесенные на плиту, сохраняли без изменений прочность сцепления в течение 50 циклов.
Эпоксидно-тиоколовые покрытия без пигмента под действием УФ-облучения желтеют через 0,5 часа, а с добавками пигментов при концентрации свыше 3 % выдерживают более 70 часов УФ-облучения без изменения цвета.
Водопоглощение фасадных плит с декоративным слоем составляет 7,9-8,1 %. Установлено, что нанесение декоративных покрытий повышает водостойкость фасадных плит на 12-20 % (коэффициент размягчения составляет 0,9).
Проведено 75 циклов попеременного замораживания и оттаивания фасадных плит с декоративным слоем и установлено, что прочность сцепления снижается в допустимых пределах (не менее 0,3 МПа).
Сцепление декоративной каменной крошки и основы отражено в таблице 4.
Таблица 4 – Прочность сцепления мраморной крошки с подложкой
Размер фракции крошки, мм
5-2,5
2,5-1,25
1,25-0,63
0,63-0,315
0,315-0,14
Прочность сцепления, через 1 сутки, МПа
1,3
2,4
2,9
4,0
4,3
Через 7 суток отрыв происходит по асбоцементной плите.
При сверлении монтажных отверстий отколов декоративного отделочного слоя не происходит, клей к сверлу не прилипает.
Расход клеевой композиции и декоративной каменной крошки в зависимости от размеров частиц приведен в таблице 5.
Таблица 5 – Расход материалов для получения 1 м2 декоративных мелкозернистых покрытий для фасадных плит
Размер фракции декоративной крошки, мм
Расход крошки, кг/м2
Расход клеевой композиции, г/м2
5-2,5
5,1
240
2,5-1,25
3,4
210
0,315-0,14
2,3
150
Прогнозируемая долговечность таких плит составляет 50 лет.
В четвертой главе рассмотрен подбор состава клеевых композиций на основе стирол-акриловых водных дисперсий и результаты изучения свойств фасадных плит с декоративными мелкозернистыми покрытиями.
Эластичность при изгибе отвержденных пленок стирол-акриловых воднодисперсионных клеев достаточно высокая 1 мм и не изменяется в интервале технологически необходимой толщины (0,5-2,5 мм).
Плотность клеевых композиций находится в пределах от 1,2 до 1,5 г/см3 при содержании мраморной муки 25 – 30 %.
Прочность сцепления стирол-акриловых композиций с асбестоцементной плитой составляет 1,8 - 3,0 МПа при толщине слоя 1-2 мм. Предварительное грунтование плиты 10 %-ным водным раствором используемой дисперсии обеспечивает рост прочности сцепления на 10 – 15 %.
Основное отверждение клеевых композиций протекает за 24-48 часов. Водопоглощение стирол-акриловых композиций со временем возрастает от 2,5 %, в первые сутки после отверждения, до 12 % через 28 суток. Увеличение водопоглощения клеевой пленки можно объяснить постепенным разрыхлением мелкодисперсной системы, некоторым набуханием с последующим водонасыщением.
Уровень структурирования полимера оказывает значительное влияние на механические свойства получаемого материала.
а)
б)
Рисунок 5 – Фрагменты стирол-акриловых клеевых композиций через 30 суток твердения (увеличение х 100) а) без наполнителя, б) с наполнителем
После удаления влаги дисперсные частицы могут не коалесцировать, между ними могут сохраняться границы раздела, что приводит, как правило, к последующему самопроизвольному растрескиванию покрытий. Как видно из рисунка 5 пленка, образованная из исследуемых дисперсий не содержит областей некоалесцированных дисперсных частиц и представляет собой достаточно однородное аморфное образование, что хорошо согласуется с исследованиями долговечности данного материала.
На основании полученных данных по ДТА можно сделать вывод, что введение минерального наполнителя – мраморной муки понижает температуру деструкции полимерной композиции на 340С. Понижение температуры деструкции можно объяснить взаимодействием полимера с поверхностью наполнителя, сопровождающееся возникновением ориентированной напряженной структуры около частиц наполнителя. Данное явление согласуется с литературными данными.
Нанесение полимерного покрытия и мелкозернистых каменных материалов позволяет снизить водопоглощение исходных асбестоцементных плит на 15-20 % (таблица 6).
Таблица 6 - Водопоглощение фасадных плит со стирол-акриловой клеевой композицией
Характеристика фасадных плит
Водопоглощение, %
асбестоцементная плита без покрытия
9,8
асбестоцементная плита с покрытием из мраморной крошкой фракции 1,25-2,5 мм
7,9
асбестоцементная плита с покрытием из мраморной крошкой фракции 1,5-3 мм
8,0
асбестоцементная плита с покрытием из мраморной крошкой фракции 3-5 мм
8,3
Установлено, что прочность сцепления клеевого слоя и каменной крошки к основанию находится в допустимых пределах при 60 циклах попеременного замораживания и оттаивания.
Светостойкость фасадных плит с декоративным слоем превышает 70 часов УФ-облучения.
Прочность сцепления каменной крошки с полимерной пленкой составляет 3-3,5 МПа через 2 суток. Через 7 суток отрыв мелкозернистого покрытия от основания происходит с частицами асбестоцементной плиты.
Предел прочности при изгибе фасадных плит с декоративными мелкозернистыми покрытиями составляет 50-55 МПа. При сверлении монтажных отверстий отколов декоративного отделочного слоя не происходит, клей к сверлу не прилипает.
Прогнозируемая долговечность таких плит составляет 25 лет.
В пятой главе разработана технологическая схема производства фасадных плит с декоративным мелкозернистым покрытием. Рассмотрены особенности технологических процессов их производства.
Технология производства фасадных плит включает следующие основные процессы: приемка и подача на технологическую линию сырьевых материалов, подготовка асбестоцементной плиты, приготовление клеевой композиции, нанесение клеевого и мелкозернистого слоев, отверждение клеевой композиции и выдержка, упаковка и складирование.
Приготовление клеевой композиции осуществляется в смесителе в определенной последовательности с дополнительной перетиркой компонентов в течение (420+30) секунд. Для обеспечения равномерного распределения пигменты вводятся совместно с одним из компонентов клея, что позволяет получить однородно окрашенную клеевую массу. Общий объем загружаемых материалов составляет 14 л. Емкость бункера обеспечивает получасовой запас, что обусловлено жизнеспособностью клеевой композиции.
