WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Результаты, заслуживающие внимания, получены при использовании смеси на основе H3BO3 и ZnO в массовых соотношениях: 1:1; 1:2; 1:3. При этом предполагалось, что их совместное присутствие в полимерных образцах приведет к понижению горючести. Эти предположения подтверждают результаты определения линейной скорости выгорания образцов, содержащие данную смесь (табл. 1).

Как видно из таблицы, найдены оптимальные соотношения этих соединений. При этом такое поведение смеси H3BO3 и ZnO, по видимому, связано с возможностью протекания между ними химической реакции с образованием бората цинка по схеме:

H3BO3 + ZnO Zn3(BO3)2.

Таблица 1.

Характеристики огнестойкости композитов

на основе ПЭВП и ZnO : Н3ВО3

образцы

ПЭВП исх.

ПЭВП + ZnO : Н3ВО3 (1:1)

ПЭВП + ZnO : Н3ВО3 (2:1)

ПЭВП + ZnO : Н3ВО3 (3:1)

, м/с

6,7104

2,0104

гаснет ч/з 10 сек

гаснет ч/з 10 сек

КО, %

0

30

32

36

КИ, %

17,4

31

33

35

Образование бората цинка подтверждается тем обстоятельством, что при экструдировании ПЭВП, содержащего данную смесь, экструдаты получаются шероховатыми. Очевидно, такой характер поверхности экструдатов связан с выделением воды в процессе высокотемпературной переработки композитов. В свою очередь образующийся в результате реакции борат цинка весьма эффективно подавляет горение материала. Это связано с образованием прочной коксовой корки на поверхности полимера. Последнее обстоятельство, естественно, снижает доступ воздуха к поверхности горящего материала. Кроме того, важно отметить, что при повышенных температурах борат цинка не разлагается с выделением токсичных веществ в окружающую среду. В этом плане данная смесь весьма перспективная добавка к полимерным материалам не только для повышения их огнестойкости, но и в качестве экологически чистого антипирена, продукты разложения которых, не представляют опасности для здоровья людей.

2.2 Физико - механические свойства композитов

ПБТ+АП, ПЭВП+АП

2.2.1 Реологические и деформационно-прочностные

характеристики композитов

Как известно, большинство антипиренов оказывают негативное воздействие на комплекс физико-механических свойств полимерных материалов. В связи с этим в нашей работе важным было получение композитов пониженной горючести с сохранением исходного комплекса эксплуатационных характеристик.

Для анализа влияния соединений бора на эксплуатационные характеристики полимеров и нахождение оптимальных концентраций, которые не оказывают пагубное воздействие на физико-механические свойства были проведены реологические и механические испытания образцов. Анализ значений разрывного напряжения (р) и относительного удлинения (р) полученных композитов показывает общую тенденцию снижения значений этих величин (рис. 6).

Рис. 6. Концентрационные зависимости разрывного напряжения (1, 2)

и относительного удлинения при разрыве (3, 4) композитов

ПЭВП + B2O3 (1, 3) и ПЭВП + H3BO3 (2, 4)

При этом величина падения значений р и р зависит от концентрации АП. Наибольшую стабильность показывают образцы с содержанием В2О3, Н3ВО3 0,110,0 масс. %. Повышение содержания АП в полимерной матрице до 50,0 масс. % приводит к охрупчиванию материала. Такое влияние АП обусловлено, очевидно, структурными изменениями в полимерной матрице. В частности, введение В2О3, Н3ВО3, превышающее значений 10,0 масс. %, вероятно, вызывает разрыхление полимерной матрицы в результате ослабления межмолекулярного взаимодействия, а также когезионных сил.

Прочностные свойства композитов ПЭВП+ZnO:Н3ВО3 не претерпевают значительных изменений, однако относительное удлинение резко снижается. Последнее обстоятельство говорит о том, что материал становится более жестким (табл.2).

Таблица 2

Физико-механические свойства прессованных композитов

на основе ПЭВП и ZnO : Н3ВО3

образцы

ПЭВП

исх.

ПЭВП + ZnO : Н3ВО3 (1:1)

ПЭВП + ZnO: Н3ВО3 (2:1)

ПЭВП + ZnO : Н3ВО3 (3:1)

ПТР, г/(10 )мин

2,3

4,0

6,0

8,4

р, МПа

25,5

17,4

16,3

19,8

р, %

>500

35

17

19

Характеристикой практической значимости полимерных материалов служит показатель текучести расплава. По его изменению можно судить о структурных и реологических изменениях, происходящих в полимерной матрице при введении антипиренов.

Исследования зависимости показателя текучести расплава от содержания огнезащитных добавок показали, что они значительно влияют на вязкость расплава образцов (рис. 7).

рис. 7. Зависимость ПТР композитов ПЭВП + АП от содержания

В2О3 (1), Н3ВО3 (2), Na2B4O710H2O (3)

Как видно на рис. 7, введение В2О3 в ПЭВП в количестве до 10,0 масс. % приводит к постепенному увеличению показателя текучести расплава, дальнейшее же повышение концентрации до 50,0 масс. % способствует понижению вязкости. В свою очередь, для композитов ПЭВП + Н3ВО3 зависимость носит несколько иной характер. В частности, значение ПТР образцов с содержанием Н3ВО3 в количестве 1,0 масс. % ниже, чем у исходного полимера. Дальнейшее увеличение содержание Н3ВО3 до 10,0 масс. % приводит к росту значений ПТР, после чего с увеличением концентрации АП до 50,0 масс. % идет постепенное понижение вязкости расплава. Такое различие в поведении композитов объясняется различным поведением добавок в полимерной матрице.

Введение Na2B4O7 10H2O в ПЭВП также приводит к значительному увеличению значений ПТР при концентрации АП 1,05,0 масс. %. По видимому, это связано с разрыхлением материала.

Изучение чувствительности к изменениям вязкостных свойств ПБТ, контролируемой по значениям ПТР, показало, что вязкость расплава монотонно снижается до содержания В2О3 равной 1,0 масс. %. Дальнейшее повышение концентрации АП приводит к более резкому изменению ПТР, что свидетельствует о нарушении надмолекулярной структуры композитов ПБТ + В2О3.

2.2.2 Надмолекулярная структура композитов

ПЭВП+АП, ПБТ+АП

Параметрами, характеризующими надмолекулярную структуру и во многом определяющими механические свойства, являются плотность и степень кристалличности. Плотность оценивали гидростатическим методом, соотношение аморфной и кристаллической фаз рентгеноструктурным анализом.

В работе исследовано влияние АП на плотность композитов ПЭВП+АП, ПБТ+АП. Введение Н3ВО3 в ПЭВП до концентрации 5,0 масс. % не вызывает значительных изменений плотности полимерной матрицы, а следовательно, и степени кристалличности (рис. 8). Дальнейшее повышение содержания Н3ВО3 приводит к снижению плотности, что свидетельствует о разрыхлении материала. Частицы В2О3 равномерно распределяются в полимерной матрице ПЭВП, занимая свободные объемы и тем самым не вызывая значительных возмущений в структуре полимера.

рис. 8. Зависимость плотности композитов ПЭВП + АП от содержания

В2О3 (1), Н3ВО3 (2), Na2B4O710H2O (3)

Для композитов ПЭВП+Na2B4O7 10H2O обнаружено более значительное падение значений плотности, чем у рассмотренных выше образцов. Это, по видимому, связано с разрыхляющим действием паров, выделяющейся кристаллизационной воды. И, как следствие, для этой рецептуры характерны худшие деформационно-прочностные и реологические характеристики.

В случае композитов ПБТ + В2О3 наблюдается снижение плотности с увеличением содержания В2О3. Но эти изменения не носят экстремальный характер при содержании В2О3 в количестве 1,05,0 масс.%.

Данные по изменению плотностей полученных композитов косвенно подтверждаются результатами рентгеноструктурного анализа. Исследование структуры ПЭВП, ПБТ и композитов на их основе позволило получить для них картины интенсивности функции 2. Исходный ПЭВП имеет сильный пик при 21,0° и менее интенсивный при 24,4°. Наличие пиков при 32,0°; 35,0°; 36,5° для композитов ПЭВП + ZnO:H3BO3 указывают, вероятно, на более высокую степень кристалличности.

Постоянство характеристических пиков ПЭВП и композитов ПЭВП + АП без каких-либо дополнительных пиков означает и постоянство кристаллизации в смесях. Как видно из рис. 9, 10, соотношение аморфной и кристаллической фаз исследуемых образцов незначительно изменяется. При этом композиты с содержанием в качестве АП смесь на основе ZnO и Н3ВО3 характеризуются преобладанием кристаллических областей.

Для композитов ПЭВП + В2О3, ПЭВП + Н3ВО3, ПЭВП + Na2B4O7 10H2O

Рис. 9. Рентгенограмма пленки ПЭВП (исх.)

наблюдается общая тенденция по некоторому увеличению доли аморфной фазы в образцах.

Преобладание аморфной части является причиной ухудшения деформационно-прочностных свойств композитов при содержании Н3ВО3, В2О3 более 10,0 масс. %. Это связано с тем, что аморфная часть образца является более дефектной, характеризуется наличием микротрещин.

С целью выяснения изменения соотношения аморфной и кристаллической фаз в полученных композитах, а также распределение добавки в полимерной матрице в работе был использован метод сканирующей зондовой микроскопии. Данные которой, согласуются с рассмотренными выше результатами (рис. 11, 12).

Рис. 10. Рентгенограмма пленки ПЭВП + Н3ВО3:ZnO (1:2)

Рис. 11. Трехмерная визуализация поверхности

пленки ПЭВП (исх.)

При определении свойств полученных композитов пониженной горючести необходимым условием является изменение температур стеклования и размягчения образцов по сравнению с исходными материалами. Для оценки этих изменений был проведен термомеханический анализ. Последний основан на регистрации деформации при нагревании композитов. Согласно результатам термомеханического анализа значений Тразм композитов ПЭВП+АП, ПБТ+АП изменения незначительны.

Рис. 12. Трехмерная визуализация поверхности

пленки ПЭВП + 10% В2О3

Данные этого метода анализа согласуются с дериватографическими испытаниями композитов. Эндотермические пики на кривых дифференциально-термического анализа для ПЭВП исходного и композитов на его основе проявляются при 125-135°С и относятся к температурам размягчения данных образцов. Этот эффект может быть обусловлен термоизолирующим влиянием соединения бора, а также снижением гибкости макромолекулы при их добавлении.

Для ПБТ также характерно изменение температуры размягчения в пределах 223-235°С с увеличением содержания АП, что, по видимому, связано с ограниченностью движения сегментов полимерной цепочки из-за присутствия огнезащитных добавок.

Глава 3. Экспериментальная часть. Включает краткое описание используемых в работе антипиренов и полимерных материалов, а также методов исследования: огнестойких, реологических, физико-механических, и морфологических характеристик образцов.

ВЫВОДЫ

  1. Получены композиты пониженной горючести на основе ПЭВП, ПБТ и соединений бора: В2О3, Н3ВО3, Na2B4O7 10H2O, смеси на основе ZnO и Н3ВО3. Исследованы их физико-механические свойства. Выявлены оптимальные концентрации добавок, при которых композиты сохраняют исходный комплекс эксплуатационных характеристик.
  2. Исследование продолжительности горения, кислородного индекса, коксового остатка полученных композитов показало, что соединения бора способствуют повышению значений этих величин. Получены трудногорючие композиты с содержанием В2О3, Н3ВО3 в количестве 5,010,0 масс.%, смеси на основе ZnO и Н3ВО3 в соотношении: 1:1 для ПЭВП и В2О3 – 1,05,0 масс.% для ПБТ и самозатухающие – с содержанием смеси на основе ZnO и Н3ВО3 в соотношениях: 2:1; 3:1.
  3. Показано, что лучшими антипирирующими свойствами обладает смесь ZnO и Н3ВО3. При этом композиты ПЭВП + ZnO и Н3ВО3 имеют кислородный индекс и коксовый остаток превышающий 30%, что позволяет их отнести к самозатухающим композитам.
  4. Исследование надмолекулярной структуры, деформационно-прочностных, термомеханических, реологических характеристик показало, что оптимальными концентрациями для ПЭВП является содержание В2О3, Н3ВО3 в количестве 5,010,0 масс.%, смеси на основе ZnO и Н3ВО3 в соотношении: 1:1; 2:1; 3:1 для ПЭВП и В2О3 в количестве 1,05,0 масс.% для ПБТ.
  5. Решена задача получения композитов пониженной горючести на основе ПЭВП, ПБТ и соединений бора. При этом удалось получить трудногорючие композиты с сохранением исходного комплекса физико-химических свойств.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»