Сырье, используемое в производстве композиционных хемосорбционных волокнистых материалов Поликон К

6. Сырье, используемое в производстве композиционных хемосорбционных волокнистых материалов Поликон К

Фенол (ГОСТ 23519-93) – С6Н5ОН (молекулярная масса 94,1) при температуре 25 0C твердое белое кристаллическое вещество (в виде ромбических игл), обладает характерным и очень сильным запахом, плохо растворим в воде, хорошо растворяется в этаноле, эфирах, глицерине и других органических растворителях. На воздухе вследствие окисления принимает сначала розовую, а затем бурую окраску.

Плотность = 1,0545 г/см 3;

Тпл = 42,3ОС;

Ткип = 182ОС.

Серная кислота (ГОСТ 667-73) – H2SO4 – бесцветная вязкая жидкость или моноклинные кристаллы.

Молекулярная масса 98,07;

Плотность = 1,8305 г/см 3;

Тпл = 10,31ОС;

Ткип = 279,6ОС с разложением.

Серная кислота смешивается с водой в любых пропорциях.

Формальдегид НСОН – бесцветный газ с резким раздражающим запахом, используется в виде 40%-ного водного раствора (формалин, ГОСТ 1625-89).

Молекулярная масса 30,03.

Плотность = 0,8153 г/см 3;

Тпл = – 92ОС;

Ткип = – 19,2ОС.

Формальдегид хорошо растворяется в воде, спиртах, умеренно – в бензоле и эфирах; нерастворим в хлороформе, петролейном эфире. ПДК 0,05 мг/м3.

Деминерализованная (дистиллированная) вода (ГОСТ 6709-72) – Н2О – бесцветная, прозрачная жидкость, без запаха, жесткость < 0,005 мг-экв/дм3, щелочность < 0,01 мг-экв/дм3. Концентрация ионов водорода (рН) ≈ 5,4 – 6,6.

Допускается содержание в воде следующих веществ: кальций в виде Са2+ – 1,0%; нитраты – 0,2%; хлориды – 0,02%; сульфаты в пересчете на SO42– – 0,5%; аммиак и аммонийные соли в пересчете на NH4+ – 0,05%; сухой остаток – 5,0%; остаток после прокаливания – 1,0%.

Тяжелые металлы сероводородной группы и группы сернистого аммония должны отсутствовать.

Конечный продукт – черно-синий пористый материал без запаха, устойчив к воздействию кислот и щелочей.

7. Особенности способа поликонденсационного наполнения

Предложен и разработан принципиально новый способ получения композиционных материалов на базе термореактопластов и химических волокон. Основным преимуществом поликонденсационной технологии перед традиционными является возможность получения фенолформальдегидного олигомера (ФФО) в структуре и на поверхности наполнителя непосредственно в процессе формирования армированных полимерных композиционных материалов. При этом исключаются наиболее энерго- и трудоемкие стадии вакуумной сушки, охлаждения в вагонах-холодильниках, дробление смолы, транспортировка, размол или растворение в растворителях непосредственно перед использованием в качестве связующего армирующих ПКМ, что в значительной мере улучшает условия труда и снижает экологическую напряженность.

В отличие от метода полимеризационного наполнения, впервые разработанного академиком Н.С. Ениколоповым с сотрудниками, отпадает необходимость в сложных стадиях – формирование на поверхности наполнителя активных центров путем нанесения инициирующих систем, металлокомплексных и металлоорганических соединений – катализаторов и связанных с этим операций по предварительной подготовке поверхности наполнителя (удаление влаги, кислорода, активация поверхности, различные методы термообработки). Предварительная обработка в этом методе необходима для удаления ингибирующих составляющих, которые подавляют процесс полимеризации.

Предлагаемый поликонденсационный способ не требует предварительной прививки катализатора на поверхности волокна, и пропитка волокна осуществляется водным раствором мономеров и катализаторов без какой-либо предварительной обработки поверхности волокна. По сути, синтез указанных полимерных матриц не исключает присутствия воды и кислорода, что значительно упрощает технологическое воплощение этих процессов.

8. Физико-химические особенности синтеза

В результате проведенных исследований показано: синтез полимерного связующего (матрицы) из мономеров на волокне характеризуется следующими физико-химическими особенностями.

При пропитке происходит диффузия молекул мономеров в волокно практически по всему поперечному сечению (рис. 1). Синтез и отверждение полимерного связующего в последующих операциях осуществляются по-разному в ядре, оболочке и на поверхности волокна в зависимости от доступности и активности функциональных групп макромолекул волокна. В результате формируется сложная структура – полиструктура – в самом полимерном волокне и на его поверхности в виде прослойки полимерной матрицы между волокнами в композиции. Такая структура обеспечивает повышенную устойчивость материала к механическим воздействиям.

а	б
Рис. 1. Схематическое изображение влияния способа получения ПКМ на глубину диффузии мономеров и олигомеров в структуру мононити (поперечное сечение): а – 1 – ядро; 2 – оболочка; 3 – приповерхностный слой на волокне, пропитанный олигомерами; б – 1 – ядро; 2 – оболочка мономеризованного волокна

В традиционном процессе при пропитке олигомерами (фенолформальдегидными, эпоксидными, полиэфирными и др.) со степенью поликонденсации 7 – 10 и выше полимерное связующее с молекулярной массой более 1000 распределяется, главным образом, на поверхности волокна (рис. 1), образуя при отверждении матрицу с прослойками между волокнами толщиной 5 мкм и более. Значительные различия в прочностных и деформационных характеристиках между жесткой матрицей и эластичными волокнами в структуре ПКМ снижают одновременность и равномерность восприятия ими нагрузки, прилагаемой к изделию.

При поликонденсационном наполнении после пропитки химических волокон мономерами протекает поликонденсация термореактивных олигомеров в структуре и на поверхности волокон при повышенных температурах и нормальном давлении. В связи с этим, критерием при выборе волокнистых наполнителей служила их устойчивость в среде мономеров и к температурно-временным параметрам технологического процесса, а также наличие в составе полимерного волокна активных функциональных групп. [20]

Заключение

В результате проведенного литературного анализа показано, что углеродные волокна относятся к перспективному классу наполнителей для ПКМ, так как обладают комплексом уникальных свойств: высоким уровнем физико-механических и химических свойств, долговечностью, стабильностью свойств при длительной эксплуатации в различных условиях. Углеродные волокна экологичны, не выделяют опасных для здоровья людей веществ в воздушной и водной средах, негорючие, жаростойкие. [3] Рассмотрена разработка технологии поликонденсационного наполнения, установление закономерностей процесса синтеза и формирования полимерных матриц на поверхности и в объеме химических волокон. Так же рассмотрено, что поликонденсационный способ получения полимерных материалов позволяет:

совместить синтез полимерной матрицы с процессом получения армированных ПКМ, за счет чего значительно сокращается общая стадийность процесса;

интенсифицировать процесс за счет проведения синтеза на «развернутой» поверхности контакта в структуре волокна в тонком слое, при этом увеличивается выход готового олигомерного связующего на единицу сырья; снижается себестоимость материала на 45%, что позволяет экономить материальные, трудовые и энергетические ресурсы, повышать производительность труда. [20]

Список использованной литературы

1. Артеменко С.Е. Наукоемкая технология полимерных композиционных материалов, армированных базальтовыми, углеродными и стеклянными нитями / С.Е.Артеменко // Пластические массы. - 2003 . - № 2.-С. 5-6.

2. Будницкий Г.А. // Хим. Волокна. - 1990. - № 2. - С. 7.

3. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, - М., - 1974. - 400 с.

4. Волков Ю.В. и др.//Хим. волокна. - 1976. - № 2. - С.47-49.

5. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. - М.: Мир. -1965.-216 с.

6. Углеродные волокна. / Под ред. Симамуры С.М. – М.: Мир. - 1987. - 340 с.

7. Гаврилов М.З., Ермоленко И.Н./ / Вестник АН БССР. - 1975. - №3, 32-36 с.

8. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон. – М.: Химия. - 1985.

9.Скрипченко Г.Б. Структура углеродных волокон/ Г.Б. Скрипченко // Хим. Волокна. - 1991. - №3. - С.26-29.

10.Гивен Г., Вассерман Н. Текстура металлических материалов. - М.: Металлургия. - 1969.

11.Вартапетян Р.Ш., Волощук А.М. и др // Изв. АН СССР, Сер.хим.-1987. - № 4. - С. 730.

12. Вартапетян Р.Ш., Волощук А.М. и др. // Изв. АН СССР, Сер.хим. - 1988. - № 7. - С. 14-73.

13. Варшавский В.Я. Кинетика и механизм термических превращений ПАН волокон. - М.: НИИТЭХИМ. - 1989.

14. Углеродные волокна и углекомпозиты. / Под. Ред. Э. Фитцера. - М.: Мир. - 1988.

15. Горбаткина Ю.А. Адгезионная прочность в системах полимер-волокно. – М.: Химия. - 1987.

16. Ениколопов Н.С., Костиков В.И., Будницкий Г.А. и др. // Журн. ВХО им. Д.М. Менделеева. - 1989. - № 5. - С. 5-7.

17. Конкин А.А., Азарова М.Т., Волкова Н.С. и др. // Хим.волокна. - 1977. - №3. - С. 65.

18. Шоршоров М.Х., Саватеева С.М., Чернышева Т.А. и др. Композиционные материалы. - M.: Наука. - 1981. - С. 50.

19. Шоршоров М.Х., Саватеева С.М., Чернышева Т.А. и др. Композиционные материалы. - M.: Наука. - 1981. - С. 70.

20. Кардаш М.М. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. / Саратовский государственный технический университет. Саратов, 2006 г. с. 65.