WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Новоселова Светлана Николаевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НИЗКОВЯЗКИХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бийск2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) Научный руководитель доктор технических наук, доцент, Татаринцева Ольга Сергеевна

Официальные оппоненты: Петров Евгений Анатольевич, доктор технических наук, профессор, Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО АлтГТУ, заведующий кафедрой Луговой Анатолий Николаевич, кандидат технических наук, ООО «Бийский завод стеклопластиков», заведующий лабораторией Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Защита состоится 16 апреля 2012 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.08 в Бийском технологическом институте (филиале) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Бийского технологического института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова».

Автореферат разослан 15 марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Светлов С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Композиционные материалы на основе эпоксидных олигомеров нашли широкое применение в различных областях промышленности благодаря высокой адгезии к материалам разной природы, малой усадки при отверждении и ряду других свойств, что обеспечило их использование в качестве герметиков, пропиточных смол и лаков, набивочных и уплотнительных масс, ремонтных материалов и т.д. Но, несмотря на существование большого ассортимента эпоксидных композиционных материалов (КМ), их свойства не всегда соответствуют современным требованиям, особенно при холодном отверждении, необходимом, в частности, при ремонте бетонных и железобетонных инженерных сооружений, эксплуатирующихся в экстремальных условиях (влажная среда, низкие температуры, механические нагрузки), к числу которых относятся плотины ГЭС.

Не менее актуальной является задача снижения процента брака при разработке карьеров по добыче и переработке природных минералов (мрамора, гранита и др.), которую можно решить применением при восстановлении монолитности минералов ПКМ на основе эпоксидных смол и дисперсных наполнителей. Использование в ПКМ в качестве наполнителей отходов минералов позволит расширить ассортимент наполнителей, рационально использовать сырье, а также частично решить проблему утилизации отходов, что способствует сохранению ландшафта и повышению экологической безопасности.

Целью работы является создание низковязких заливочных композиций для ремонта инженерных сооружений из бетона, железобетона, эксплуатирующихся в экстремальных условиях, а также восстановления природных минералов и изделий из них.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- проанализировать существующие принципы компоновки наполненных полимерных композитов на основе эпоксидных смол с заданными свойствами;

- с использованием доступного отечественного сырья разработать базовую рецептуру композиционного материала (компаунда) с реологическими характеристиками, обеспечивающими его проникновение в «волосяные» трещины восстанавливаемого объекта и способного отверждаться под водой при температуре 4 С;

- исследовать влияние химической природы микрокальцита, дисперсности и содержания его на свойства полимерного композита в целях выбора оптимальных, обеспечивающих эффективное восстановление природных минералов и изделий из них без нарушения текстуры и цветности камня;

- изучить возможность улучшения технологических и эксплуатационных свойств полимерного композита модификацией его наночастицами.

Объектами исследования служили полимерное связующее на основе смеси эпоксидных смол, пластификатора и каучука, отвердители и наполнители, адгезионная добавка. Предметы исследования: выбор компонентов полимерного связующего, отвердителей и наполнителей, адгезионной добавки, проектирование композиций, изучение их свойств, условий получения и экс плуатации. В работе использованы физические и химические методы исследования состава и структуры исходных веществ и композиционных материалов на их основе.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработаны рецептуры низковязких заливочных компаундов холодного отверждения, способных проникать в трещины бетона и горных пород раскрытостью менее 0,1 мм и длительное время оставаться там в условиях непосредственного контакта с водой без изменения прочностных характеристик;

- установлена количественная связь технологических параметров и эксплуатационных характеристик композиционного материала на основе эпоксидных смол, наполненного микрокальцитом, с содержанием и дисперсностью наполнителя, что позволяет прогнозировать свойства ПКМ на стадии проектирования составов. При этом показано, что лучшими свойствами обладает композит, наполненный природным микрокальцитом;

- впервые показано, что введение в качестве нанодисперсного наполнителя оксида железа в определенном концентрационном интервале оказывает модифицирующий эффект, проявляющийся в повышении растекаемости на 5,4 %, водостойкости на 14,0 % и прочности на 4,6 %.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработан состав низковязкого компаунда холодного отверждения на основе эпоксидной матрицы с использованием минеральных наполнителей, обладающий необходимыми для заливки реологическими характеристиками, высокими прочностными и адгезионными свойствами (пат. РФ № 2293099). Расширенные лабораторные и опытно-промышленные испытания, проведенные на ОАО «Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего», показали возможность промышленной реализации компаунда для ремонта железобетонных конструкций, работающих в экстремальных условиях, а также горных пород, подверженных воздействию воды.

Созданный с использованием в качестве наполнителя природного микрокальцита ПКМ обеспечивает восстановление изделий из мрамора без нарушения цветности и текстуры минерала (пат. РФ № 2412973). Рецептура ПКМ прошла цикл экспериментального исследования, рекомендована для промышленного использования и внедрена в производство ОАО «Алтаймраморгранит» (г. Бийск Алтайского края).

Апробация работы. Основные положения и результаты, составляющие содержание диссертационной работы, доложены и обсуждены на научнотехнических конференциях: HEMs-2006 «High energy materials: demilitarization and civil applications» (г. Белокуриха Алтайского края, 2006 г.); «Современные проблемы специальной технической химии» (г. Казань, 2006 г.); «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» (г. Белокуриха Алтайского края, 2006, 2007 гг.); «Полимеры, композиционные материалы и наполнители для них» (г. Бийск, 2008 г.); «Химия XXI век: новые технологии, новые продукты» (г. Кемерово, 2009 г.); «Техника и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (г. Бийск, 2009, 2010 гг.); «Современные техника и технологии» (г. Томск, 20 г.); «Эффективность реализации научного, ресурсного, промышленного потенциала в современных условиях» (п. Славское, Карпаты, 2010 г.).

На защиту выносятся:

- обоснование выбора исходных компонентов для создания базовой рецептуры низковязкой заливочной композиции, обеспечивающей эксплуатацию ремонтного состава в экстремальных условиях: 100 %-ная влажность, низкая температура (~ 4 °С), механические нагрузки;

- результаты экспериментальных исследований свойств и гранулометрического состава высокодисперсного карбоната кальция, обусловившие использование его в качестве эффективного наполнителя ПКМ;

- результаты экспериментальных исследований по изучению влияния концентрации наполнителей на свойства КМ с целью определения оптимальной степени наполнения, при которой реализуются необходимые технологические свойства композиций и максимальные прочностные и адгезионные свойства отвержденных материалов;

- результаты экспериментальных исследований по изучению влияния модификаторов (нанопорошков) на свойства КМ.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 18 научных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, получены 2 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, списка литературы из 165 наименований, приложения. Работа изложена на 131 странице машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования.

Первая глава содержит обзор литературы, в котором изложены сведения о направлениях работ и достигнутых результатах в области создания и эксплуатации наполненных композиционных материалов на основе эпоксидных смол, рассмотрены принципы компоновки рецептур наполненных полимерных композитов с заданными свойствами, определившие направление исследований. Проведенный ретроспективный литературный поиск показал, что наиболее приемлемыми для целей создания эффективных заливочных компаундов являются двухкомпонентные композиции, одним из которых является наполненная полимерная матрица, другим – отверждающая система. Это обусловило выбор компонентов для исследования.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. В работе использованы методы электронной и оптической сканирующей микроскопии, термогравиметрического и дифференциального анализов, стандартные методы определения реологических и физико-механических свойств объектов исследования, а также разработанные методики, позволяющие проводить сравнительную оценку их характеристик.

В третьей главе приведены результаты разработки и оптимизации рецептуры компаунда, предназначенного для ремонта бетонных и железобетон ных конструкций, работающих в экстремальных условиях, в т.ч. арочногравитационной плотины ГЭС.

Большим опытом проведения ремонтных работ обладают фирма «Soletanche Bachy» (Франция) и НПК МТСМ ЦНИИМ (г. Санкт-Петербург), которые осуществляли ремонт бетонного тела и скального основания плотины Саяно-Шушенской ГЭС путем нагнетания в образовавшиеся трещины через предварительно пробуренные скважины полимерного материала, в результате чего фильтрация снизилась, но полностью ее подавить не удалось, так как составы не проникали в «волосяные» трещины с раскрытием менее 0,1 мм.

Вышеизложенное и обусловило выбор технического направления по созданию низковязких компаундов холодного отверждения. Условия эксплуатации определили требования к уровню характеристик разрабатываемых композитов: низкая температура полимеризации (~ 4 С); достаточно продолжительная для осуществления процесса инъектирования жизнеспособность; низкая вязкость, обеспечивающая проникновение композиции в трещины малой раскрытости; прочность на уровне прочности бетона марок 300400 (~ 60 МПа);

высокая адгезия к бетону (не ниже 10 МПа); минимальная токсичность; повышенная трещиностойкость; стабильность свойств при эксплуатации. При этом используемые для его приготовления компоненты должны быть отечественными, доступными и относительно дешевыми.

В процессе выполнения работы были проведены исследования по компоновке и оптимизации рецептуры полимерного связующего (ПС) на основе эпоксидной смолы марки ЭД-20 с молекулярной массой (ММ) 390430. Для придания композиту эластичности и снижения вязкости исходного олигомера в качестве пластификатора использовали дибутилфталат (ДБФ). Введение этого компонента в состав КМ в количестве более 15 масс. ч. является нецелесообразным, так как приводит к ухудшению прочностных свойств отвержденного композита. Поэтому за основу приняли состав при соотношении ЭД20/ДБФ=100/15, обладающий достаточно хорошими литьевыми свойствами в диапазоне температур от 25 °С до 4 °С (вязкость от 4,0 до 21,0 Пас).

Для обеспечения необходимых механических характеристик КМ и сохранения уровня вязкости в состав был введен эпоксидный олигомер с меньшей ММ и азотсодержащими функциональными группами – эпоксигидантоиновая смола ЭГ-10 (ММ 240). Учитывая, что введение олигомера с более низкой ММ увеличивает густоту сетки, следствием чего является повышение жесткости полимера после отверждения, содержание смолы ЭГ-10 было ограничено 1012 масс. ч. на 100 масс. ч. ЭД-20.

Одним из эффективных способов эластификации эпоксидных полимеров является модификация их низкомолекулярными каучуками. Эксперименты, проведенные на композиции ЭД-20/ДБФ/ЭГ-10 при соотношении, равном 100/15/12 масс. ч., отвержденной АФ-2 (25 масс. ч.), показали повышение деформации образцов в допустимых пределах изменения прочности р с увеличением содержания каучука СКН-26-1А (рисунок 1 а), что должно положительно сказаться на адгезионных свойствах композиций.

Поскольку для заливочных ремонтных составов вязкость связующего является главной характеристикой, то компоненты и их концентрации подбирались с учетом ее значений. Проведенные эксперименты показали, что более резкое изменение вязкости наблюдается при концентрации каучука свыше масс. ч. Это и определило содержание каучука в композиции (рисунок 1 б).

· 10-2, отн. ед. р, МПа , Па·с 8,– прочность 8, 6,0 40 – деформация 7,5,7,7,7,5,С, масс. ч.

С, масс. ч. 0 2 4 0 2 4 6 8 10 а) б) 8 10 Рисунок 1 – Зависимость механических (а) и реологических (б) свойств композитов от содержания каучука Таким образом, на основании теоретических и экспериментальных данных был выбран состав связующего при следующем соотношении компонентов: ЭД-20/ДБФ/ЭГ-10/СКН-26-1А=100/15/12/5 масс. ч.

Для отверждения композиций при низких температурах и повышенной влажности широкое применение нашли аминные соединения. Исходя из этого, в настоящей работе изучено влияние некоторых высокоактивных аминных отвердителей (УП-583Д, «Арамин» и АФ-2) на процесс отверждения.

Тестирование проводили при температуре 25 °С на образцах с вышеуказанным соотношением компонентов. Количество вводимого отвердителя (масс. ч.) было определено с учетом стехиометрического соотношения реакционноспособных групп его и эпоксидной смолы. Активность оценивали по экзотермичности реакций отверждения. Результаты, приведенные на рисунке 2, коррелируют с данными по жизнеспособности, составляющей для композиций с УП-583Д 6065 мин, с «Арамином» – 7080 мин, с АФ-2 – 6570 мин.

t, °С Рисунок 2 – Изотермы отверждения системы ЭД-20/ДБФ/ЭГ-10/СКН-261А разными отвердителями – АФ- –УП-583Д – «Арамин» , мин 0 20 40 60 80 1 В целом композиции со всеми исследуемыми отвердителями имеют примерно одинаковый уровень реологических свойств, позволяющий использовать их в качестве основы для заливочных компаундов.

На начальных этапах работы в качестве функционального наполнителя исследован ряд веществ различной природы: тальк, каолин, железный сурик и природный карбонат кальция. Лучшие результаты были получены на образцах с железным суриком и карбонатом кальция. ПКМ на основе железного сурика имеет характеристики: вязкость при 25 °С, равную 36 Па·с, плотность 1,55 г/см3, предел прочности при сжатии сж 80,0 МПа, водопоглощение Wm за 24 ч – 0,16 %. Композит, наполненный карбонатом кальция, обладает низкой (30 Па·с), =1,58 г/см3, сж =90,0 МПа и низким Wm = 0,11 %. Совокупность полученных результатов послужило основанием для использования наполнителей в дальнейших разработках с более глубоким изучением свойств последнего.

В качестве адгезионной добавки, способствующей монолитному сцеплению ремонтного материала с восстанавливаемой поверхностью, рассматривались поверхностно-активное вещество (ПАВ) ланолин и смесь его с полиэтиленгликолем (таблица 1). Суммарный эффект упрочнения, в том числе адгезионного, наблюдается при соотношении ланолин/полиэтиленгликоль, равном 30/70.

Таблица 1 – Влияние содержания адгезионных добавок на свойства компаунда Наименование компонента Содержание компонента, % масс., значение характеи характеристики ристики Ланолин - 0,10 0,35 0,70 0,35 0,35 0,Полиэтиленглиголь - - - - 0,45 0,85 1, при 25 °С, Па·с 36,0 34,2 32,1 28,0 34,0 32,0 25,сж, МПа 80 78 80 77 84 86 0,05 0,08 0,09 0,10 0,09 0,10 0,, отн. ед.

отр, МПа, к поверхности:

сухой 4,2 6,9 7,8 7,6 7,8 8,7 8, влажной 3,8 6,8 7,6 7,4 8,0 8,3 7,Wm за 24 ч, % 0,16 0,17 0,12 0,11 0,12 0,12 0,Примечание: – деформация при сжатии; отр – адгезионная прочность при отрыве.

Образцы отверждали в течение 10 сут.

В целях оптимизации эксплуатационных характеристик КМ проведены исследования по изучению влияния марки и содержания низкомолекулярных каучуков (СКН-26-1А, СКН-18-1А и ПДИ-3А) на механические свойства наполненных составов. В результате экспериментов установлено, что для этих целей можно использовать любой из них, так как влияние их на характеристики компаунда идентично.

При более детальном изучении свойств отвердителя АФ-2 установлено, что в процессе хранения зависимость вязкости от температуры приобретает резкий характер, и он склонен к раннему старению (после хранения при 25 С в течение 1 месяца составила 22,4 Пас, через 5 мес 75 Пас, через 12 мес 105 Пас). Для снижения вязкости композиции опробованы синтезированные в ФНПЦ «Алтай» низковязкие отвердители С-1, С-2. Сравнительная оценка их работоспособности проведена на образцах компаунда, содержащих в качестве наполнителя железный сурик. Результаты исследований (таблицы 24) показали, что лучшие характеристики (технологические, механические) реализуются на образцах при частичной или полной замене ими АФ-2.

Таблица 2 - Влияние отвердителей на характеристики компаундов Значение показателя Показатель АФ-2/С-1 АФ-2/С-1 АФ-2/С-1 АФ-2 С-1 С-(25/75) (50/50) (75/25) при 25 °С, Па·с 24,6 25,1 28,2 32,0 18,0 22,ж при 25 С, мин 100 90 80 65 125 , г/см3 1,58 1,57 1,56 1,56 - 1,сж, МПа 97 95 89 86 - Eсж, МПа 882 864 890 860 - 70,11 0,11 0,10 0,10 - 0,, отн. ед.

Примечание: ж – жизнеспособность; Eсж - модуль упругости при сжатии.

Образцы отверждали в течение 10 сут.

Таблица 3 – Кинетика отверждения компаундов при температуре 4 С Значение показателя Показатель АФ-2 С-3 сут 5 сут 10 сут 3 сут 5 сут 10 сут сж, МПа 15 38 56 18 20 0,37 0,35 0,35 0,44 0,17 0,, отн. ед.

Eсж, МПа 41 109 160 41 118 5отр, МПа, к поверхности:

влажной 3,3 - 7,2 3,4 - 8, сухой 4,6 - 8,1 3,2 - 7,сдв, МПа, к поверхности:

влажной 6,3 - 6,9 4,3 - 8, сухой - - 8,4 3,2 - 7,Примечание: сдв – адгезионная прочность при сдвиге.

Таблица 4 – Изменение прочностных свойств компаундов при хранении Значение показателя АФ-2/С-1 АФ-2/С-1 АФ-2/С-1 АФ-2 С-Показатель (25/75) (50/50) (75/25) исх. 60 исх. 60 исх. 60 исх. 60 исх. сут сут сут сут сут сж, МПа 97 101 95 106 89 102 86 97 95 10,11 0,08 0,11 0,06 0,10 0,04 0,10 0,04 0,12 0,, отн. ед.

Eсж, МПа 882 1263 864 1767 890 2550 860 2425 792 10 С учетом полученных в ходе рецептурных проработок результатов скомпонованы две рецептуры заливочного компаунда КДА-1-02 и КДА-1-06, характеристики которых приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Характеристики заливочных компаундов Значение показателя Показатель Требования Норма по ТУ Результаты испытаний СШ ГЭС КДА-1-02 КДА-1- ж при 25 С, мин 50, не менее 60±5 80±50 , Па·с, при:

25 30 35 34±2 24± 4 - 77±2 - 501 , г/см3 1,6 1,4 1,55±0,05 1,55±0, сж, МПа 60, не менее 60, не менее 85±5 100± сдв, МПа, к поверхности:

влажной 10 10 9,5±0,5 12,7±0, сухой - - 9,3±0,5 12,2±0, отр, МПа, к поверхности:

влажной 10 - 8,3±0,6 15,4±0, сухой - - 8,0±0,7 16,7±0, Высокая адгезия (отр = 9,711,5 МПа) компаундов к поверхности горных пород подтверждена лабораторными испытаниями на водонасыщенных образцах базальта и бетона.

Четвертая глава посвящена изучению возможности использования в качестве наполнителя низковязких заливочных составов карбоната кальция – химически осажденного (пр. №№ 1 и 2) и природного (пр. № 3).

По данным оптической микроскопии исследуемые наполнители представляют собой тонко измельченные порошки белого цвета с частицами, близкими к правильной кубической форме, которые образуют большие рыхлые агломераты размером до нескольких микрон. Диаметр d частиц для пр. № составил 0,5 мкм при удельной поверхности Sуд, равной 4,41 м2/г; для пр. № – 0,8 мкм при Sуд = 2,66 м2/г. Пробы относятся к полидисперсным порошкам с узким распределением частиц по размерам (рисунок 3).

80 60 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 2 Диаметр частиц, мкм Диаметр частиц, мкм а) б) Рисунок 3 Гистограммы распределения частиц по размерам:

а пр. № 1; б пр. № Доля, % Доля, % Пр. № 3 имеет более широкое распределение частиц по размерам – от 0,мкм до 5,0 мкм (рисунок 4). Расчетное значение удельной поверхности порошка пр. № 3, полученное с помощью программной обработки PIP 9.0, составляет 1,02 м2/г.

Рисунок 4 – Диа грамма распределе ния частиц по разме рам в пр. № Исследуемые пробы CaCO3 содержат не более 0,5 % влаги, что соответствует требованию при использовании их в производстве ПКМ. Однако высокая гидрофильность поверхности микрокальцитов приводит к их увлажнению в процессе хранения и образованию агломератов, наличие которых отрицательно сказывается на физико-механических свойствах КМ. Эксперименты показали, что термическая обработка наполнителей в течение 2 ч при 105110 °С снижает остаточную влажность образцов до 0,20 %. При этом увеличивается насыпная плотность и степень наполнения (таблица 6). Наполнитель имеет твердость по Моосу, равную 3, и характеризуется высокой степенью белизны, что позволяет его использовать в КМ, предназначенных для ремонта и восстановления изделий из мрамора.

Таблица 6 – Основные технические свойства наполнителей Показатель Значения показателя Проба № 1 Проба № 2 Проба № pH 9,5 9,5 8, ист, г/см3 2,70 2,70 2, н, г/см3 0,715 / 0,735 * 0,826 / 0,839 * 0,848 / 0,864 * d, мкм 0,5 0,8 0,5-5,76,1 / 77,3 * 77,1/ 77,8 * 80,8 / 81,6 * max, % М.ч., мл/100 г 44/40 * 36/34 * 28/26 * W, % 0,37 0,19 0, Твердость по Моосу 3 3 95,0 95,0 97, K, % Примечание: М.ч. – масляное число; W – исходная влажность наполнителя; K показатель белизны; * – значения характеристик наполнителей, прошедших термообработку.

Изучение кинетики отверждения исходного олигомера, полимерного связующего и наполненного микрокальцитом композита показало, что наполненно-пластифицированные композиции имеют меньшую жизнеспособность. При этом интенсивность протекания процесса отверждения, оцениваемая по максимальной температуре разогрева массы, у них выше (рисунок 5).

Интегральное распределение, % Дифференциальное распределение, % t, °С Рисунок 5 – Кинетические кри вые тепловыделения при от 40 верждении эпоксидных композиций – ЭД-20 – ПС – ПС+ 20 %CaCOХ – ПС+ 40 %CaCO, мин 0 20 40 60 80 1 При изготовлении высоконаполненных композитов большое значение имеют определение максимально возможной степени наполнения, лимитируемой уровнем вязкости неотвержденной композиции, и выбор способов введения наполнителя в полимерную матрицу. В ходе исследований установлено, что применение лабораторного перемешивающего устройства с мешалкой рамного типа и дополнительное воздействие ультразвуком способствует разрушению агломератов, образованию отдельных частиц, что обусловливает более высокую степень взаимодействия ПС с частицами наполнителя. На исследуемых составах экспериментально подтверждено увеличение вязкости с повышением объемной доли наполнителя (рисунок 6). Лучшими литьевыми свойствами обладают композиции с микрокальцитом пр. № 3. Растекаемость является одним из важных показателей для заливочных составов. Результаты, приведенные на рисунке 6 б, коррелируют с данными по вязкости (рисунок а): с повышением удельной поверхности микрокальцита вязкость увеличивается, а растекаемость снижается.

1 , Па·с 6, – пр. № – пр. № – пр. № 5,4, – пр. № 1; – пр. № 2; – пр. № , % об.

а , % об.

20 30 40 50 60 0 20 40 60 а) б) Рисунок 6 – Зависимости вязкости (а) и растекаемости (б) композиций от концентрации наполнителей разной дисперсности Наполнение оказывает существенное влияние и на физико-механические свойства композита. Особенностью композитов с высокодисперсными наполнителями является экстремальное изменение их прочности с увеличением сте Растекаемость, см пени наполнения , что подтверждается данными, приведенными на рисунке 7. При этом вид кривых носит аналогичный характер для всех степеней отверждения.

сж, МПа сж, МПа сж, МПа 111100 1180 80 60 60 – 10 сут 40 – 10 сут – 10 сут – 20 сут – 20 сут – 20 сут 20 –30 сут –30 сут –30 сут 0 , % об. 0 20 40 60 80 , % об. 0 20 40 60 , % об.

0 20 40 60 а) б) в) Рисунок 7 – Зависимость прочности композита от объемной доли наполнителя при различном времени отверждения: а – пр. № 1; б – пр. № 2; в – пр. № Результаты испытаний по определению адгезионной прочности показали, что все образцы выдерживают высокие сдвиговые напряжения (не менее 9,МПа), а отр у них достигает 14 МПа. Лучшими технологическими и физикомеханическими свойствами обладают образцы композита с природным микрокальцитом (при 25 С ж =5060 мин; при 25 С =1315 Па·с; =1,41,5 г/см3;

сж=95110 МПа; = 0,1600,152 отн. ед.; Есж=595740 МПа; сдв =9,510,МПа; отр =11,514,5 МПа).

В работе исследована возможность повышения эксплуатационных характеристик модификацией разработанного композита за счет введения в рецептуру нанопорошков -Fe2O3 и SiO2. Использование нанопорошков различной природы неоднозначно сказывается на их растекаемости (рисунок 8). Эксперименты показали, что данные по растекаемости находятся в соответствии с результатами определения вязкости композиций (рисунок 9), минимальные значения которой реализуются на образцах, наполненных -Fe2O3, при содержании его в пределах 0,300,37 %.

– 0 % -Fe2O1, lg – 0,25 % -Fe2O – -Fe2O3; – SiO2 – 0,30 % -Fe2O1,5,75 – 0,37 % -Fe2O – 0,40 % -Fe2O1,5,1,5,1,1,4,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,4 0,6 0,8 ·102, об/мин 1 1,Содержание, % масс. Рисунок 9 – Логарифмическая зависимость вязкости композиций от содержания Рисунок 8 – Влияние содержания частиц на растекаемость композиций частиц -Fe2O3 при разной скорости сдвига Растекаемость, см Введение наночастиц позволяет повысить влагостойкость образцов, что подтверждается малым водопоглощением (для образцов с -Fe2O3 Wm=0,49 %, с SiO2 – 0,48 %) после погружения в воду на 30 суток.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1 Скомпонована и оптимизирована рецептура полимерного связующего на основе смеси эпоксидных смол, дибутилфталата и синтетического низкомолекулярного каучука, обеспечивающая необходимые литьевые свойства композиций и механическую прочность.

2 Показано, что применение в качестве минеральных наполнителей железного сурика и карбоната кальция обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики композитов, а введение ланолина и полиэтиленгликоля приводит к повышению адгезионной прочности.

3 Изучено влияние ряда низкотемпературных аминных отвердителей (УП-583Д, «Арамин», АФ-2) и синтезированных аналогов АФ-2 марок С-1 и С2 на технологические свойства эпоксидных композиций. Установлено, что АФ2 и С-2 могут использоваться в качестве основного отвердителя, а С-1 – как активный разбавитель АФ-2. Экспериментально доказана их способность отверждать композиции при температуре 4 С и 100 %-ной влажности.

4 Созданы низковязкие заливочные компаунды (КДА-1-02 и КДА-1-06) с высокими прочностными и адгезионными свойствами, обладающие способностью проникать в «волосяные» трещины бетона и горных пород и отверждаться в условиях эксплуатации восстанавливаемых объектов.

5 Экспериментально доказана возможность использования высокодисперсных порошков карбоната кальция в качестве эффективных наполнителей низковязкого заливочного КМ. Установлена количественная связь технологических параметров и эксплуатационных характеристик композиционного материала на основе эпоксидных смол, наполненного микрокальцитом, с содержанием и дисперсностью наполнителя, что позволяет прогнозировать свойства ПКМ на стадии проектирования составов. При этом показано, что лучшими свойствами обладает композит с природным микрокальцитом. Низкая твердость и высокая степень белизны наполнителя придают композиту способность к полировке и не нарушают текстуру и цвет восстанавливаемого объекта.

6 Исследовано влияние наноструктурирующих добавок на свойства заливочного КМ. Введение оксида железа в количестве 0,30–0,37 % масс. способствует повышению растекаемости, водостойкости и прочности при сжатии на 5,4 %, 14,0 % и 4,6 % соответственно. Введение 0,40 % масс. диоксида кремния за счет создания более плотной упаковки улучшает водостойкость композита на 15,8 % при сохранении прочности.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1 Углова, Т.К. Низковязкие ремонтные компаунды холодного отверждения / Т.К. Углова, С.Н. Новоселова, С.Г. Ильясов, О.С. Татаринцева, В.Н.

Золотухин, А.И. Никонов // Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: сб. докл. VI Всерос. науч.-практ.

конф., г. Белокуриха Алтайского края, 31 мая2 июня 2006 г. – М.: ЦЭИ «Химмаш», 2006. – С. 230234.

2 Углова, Т.К. Ремонтные компаунды холодного отверждения / Т.К. Углова, С.Н. Новоселова, С.Г. Ильясов, О.С. Татаринцева, В.Н. Золотухин, А.И.

Никонов // HIGH ENERGY MATERIALS: DEMILITARIZATION AND CIVIL APPLICATIONS: мат. Межд. конф. HEMs-2006, г. Белокуриха Алтайского края, 1114 сентября 2006 г. – М.: ЦЭИ «Химмаш», 2006. – С. 7173.

3 Ильясов, С.Г. Композиционный материал для герметизации трещин в скальном грунте и железобетонных конструкциях / С.Г. Ильясов, А.Т. Степанова, С.Н. Новоселова, Т.К. Углова, О.С. Татаринцева, А.А. Лобанова // Вестник Казанского технологического университета. – 2006. – № 2. – С. 268275.

4 Ильясов, С.Г. Композиционный материал для герметизации трещин в скальном грунте и железобетонных конструкциях / С.Г. Ильясов, С.Н. Новоселова, Т.К. Углова, О.С. Татаринцева, А.А. Лобанова // Современные проблемы специальной технической химии: мат. докл. Межд. науч.-техн. и метод. конф., г. Казань, 68 декабря 2006 г. – Казань: КГТУ. – 2006. – С. 564569.

5 Пат. 2293099 РФ, МПК С09К 3/10, С09D 5/34, С09D 163/00, С08К 3/00.

Компаунд / С.Г. Ильясов, А.А. Лобанова, А.И. Никонов, О.С. Татаринцева, Т.К. Углова, С.Н. Новоселова; заявл. 20.12.2005; опубл. 10.02.2007. – Бюл. № 4.

6 Углова, Т.К. Материал для подавления фильтрации воды в скальном грунте / Т.К. Углова, С.Н. Новоселова, С.Г. Ильясов, О.С. Татаринцева, А.Т.

Степанова // Горный журнал. – 2007. – № 1. – С. 4850.

7 Новоселова, С.Н. Метод оценки водостойкости наполненных композиционных материалов / С.Н. Новоселова // Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: сб. докл. VII Всерос.

науч.-практ. конф., г. Белокуриха Алтайского края, 2224 мая 2007 г. – М.:

ЦЭИ «Химмаш», 2007. – С. 120123.

8 Новоселова, С.Н. Исследование возможности использования отходов Дуковского месторождения в качестве минерального наполнителя полимерных композитов // Полимеры, композиционные материалы и наполнители для них «Полимер 2008»: материалы II Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Бийск Алтайского края, 2325 мая 2008 г. – Бийск:

БТИ АлтГТУ, 2008. – С. 7986.

9 Новоселова, С.Н. Использование отходов мрамора Дуковского месторождения в производстве композиционных материалов / С.Н. Новоселова, Т.К. Углова, О.С. Татаринцева // Химия XXI век: новые технологии, новые продукты: сб. трудов XII науч.-практ. конф., г. Кемерово, 2122 апреля 2009 г.

– Кемерово: КузГТУ, 2009. – С. 6769.

10 Новоселова, С.Н. Комплексное использование мраморных отходов Дуковского месторождения // Техника и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: сб. докл. II Всерос. науч.-практ. конф.

студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Бийск Алтайского края, 1415 мая 2009 г. – Бийск: БТИ АлтГТУ, 2009. – С. 4750.

11 Новоселова, С.Н. Мелкодисперсный наполнитель из отходов мрамора Дуковского месторождения / С.Н. Новоселова, Т.К. Углова // Горный журнал. – 2009. – № 10. – С. 8283.

12 Новоселова, С.Н. Перспективы использования мраморных отходов Пуштулимского месторождения / С.Н. Новоселова, О.С. Татаринцева, Т.К. Углова // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. – 2010. – № 6.

– С. 3538.

13 Новоселова, С.Н. Повышение эксплуатационных свойств ремонтного компаунда модификацией его наночастицами оксида железа / С.Н. Новоселова, Т.К. Углова // Ползуновский вестник. 2010. – № 3. С.130132.

14 Углова, Т.К. Компоновка рецептур высоконаполненных полимерных композитов с заданными свойствами / Т.К. Углова, С.Н. Новоселова, О.С. Татаринцева, С.Г. Ильясов // Ползуновский вестник. – 2010. – № 4-1. – С.243247.

15 Новоселова, С.Н. Композиционный материал для восстановления монолитности блоков и изделий из мрамора // Эффективность реализации научного, ресурсного, промышленного потенциала в современных условиях: сб.

трудов X Юбилейной межд. пром. конф. и блиц-выставки, п. Славское, Карпаты, 1822 февраля 2010 г. – Киев: Украинский информационный центр «Наука.

Техника. Технология», 2010. – С. 35.

16 Новоселова, С.Н. Модификация композиционного материала ремонтного назначения нанодисперсным оксидом железа // Современные техника и технологии: сб. трудов XVI Межд. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Томск, 1216 апреля 2010 г. – Томск: ТПУ, 2010. – Т. 3. – С. 359360.

17 Новоселова, С.Н. Повышение водостойкости ремонтных композиций, эксплуатирующихся в условиях 100 %-ной влажности / С.Н. Новоселова // Технология и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: сб. трудов III Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Бийск Алтайского края, 2830 апреля 2010 г. – Бийск:

БТИ АлтГТУ, 2010. – С. 1921.

18 Пат. 2412973 РФ, МПК С09К 3/10, С09D 5/34, С09D 163/00, С08К 3/00.

Ремонтно-клеящий состав / Т.К. Углова, С.Н. Новоселова, О.С. Татаринцева, С.Г. Ильясов; заявл. 01.07.2009; опубл. 27.02.2011. – Бюл. № 6.

Подписано в печать 12.03.2012. Формат 6084/16 Гарнитура Times. Бумага офсетная.

Печать оперативная.

Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз.

Отпечатано в полном соответствии с авторским оригиналом Отпечатано в ООО «Принт-Маркет» 659322, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая,






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.