Технологические особенности создания рулонных кровельных материалов на основе базальтовых наполнителей и полиэтиленовых пленок
 Скачать 1.02 Mb.
|
Глава 4. Модификация БТ с целью повышения комплекса физико-химических и механических свойств рулонированного материалаИзучение влияния различных методов модификации на свойства базальтопластикаОсновной задачей при решении проблемы создания композиционных материалов на основе термопластичных и, особенно, неполярных материалов является организация эффективного взаимодействия компонентов на границе их раздела. При производстве базальтовых нитей на их поверхность наносятся замас- ливатели, которые закрывают поры, дефекты и трещины на поверхности нитей В связи с этим не в полной мере используется физико-химический потенциал базальтовой нити, что снижает комплекс свойств базальтопластиков. С целью повышения активности к взаимодействию в системе ПЭ-БТ проводили модификацию БТ с применением инфракрасного облучения (ИК- облучения), воздействия сверхвысокими частотами (СВЧ), совместного воздей- ствия СВЧ и ООПГ, а также осуществляли отжиг замасливателя с поверхности ткани при 2500С в течение 30 мин. Проведенные исследования свидетельству- ют о значительном повышении разрушающего напряжения при растяжении разработанного материала после удаления замасливателя, что связано с боль- шей возможностью проникновения связующего в освободившийся объем на- полнителя. Обработка БТ ИК-облучением излучения в тепловом модуле в течение 15с при температуре 500С - 1000С малоэффективна (табл.15). Модификация БТ воздействием СВЧ мощностью 750 вт в течение 1- 3 мин также оказался малоэффективным, по сравнению с отжигом замасливателя с поверхности БТ (табл.15). Таблица 15 Физико-механические характеристики модифицированного рулонированно- го базальтопластика
Таблица 16 Сравнительные характеристики разработанного рулонированного БП из первичного ПЭ с рулонным материалом на основе стекловолокон
* Примечание: в числителе – разрывное усилие при растяжении, Н, в знаменателе – разрушающее напряжение при растяжении р, МПа Эти данные позволяют считать целесообразным применение пленки как из первичного, так и вторичного ПЭ для получения рулонированного БП, так как образцы имеют существенно более высокие механические свой- ства, теплостойкость и меньшее водопоглощение, (табл.16), чем битумный материал на основе стекловолокон, выпускаемый в соответствии с ГОСТ 30547-97 Определение механизма взаимодействия между компонентами компози- ции проводили методом ИКС.  %, пропускание На ИК-спектре базальтовой ткани (табл.17, рис.6, кр.1) наблюдаются отно- сительно интенсивная полоса поглощения с максимумом при 3417 см-1, обу- словлена валентными колебаниями νs адсорбированных на поверхности базаль- товых нитей молекул воды. Полоса сравнительно широкая вследствие того, что поверхность базальтовой ткани химически и энергетически неоднородна и, следовательно, распределение адсорбированных молекул воды по энергиям во- дородных связей неоднородно.  3500 2500 2000 1500 1000  Дли на во л-1 ны , см -1Рис.6. ИК-спектры: 1- базальтовая ткань; 2 – 2 слояПЭ + БТ с замасливате- лем + 2 слоя ПЭ первичного; 3 - 2 слоя ПЭ + БТ отжиг + 2 слоя ПЭпервичного Таблица 17 Характеристика полос поглощения БТ и образцов на основе БТ и пленок из первичного и вторичного ПЭ исследованных методом ИКС
Примечание : сл. – слабый, ср. – средний, о. – очень. Широкая интенсивная полоса с максимумом при 1145см-1 обусловлена ва- лентными колебаниями νs связи Si-O в цепочечном кремнекислородном мотиве полевых шпатов плагиоклазовой серии : анортита CaO·Al2O3·2SiO2, альбита Na2O·Al2O3·6SiO2 и битовнита – твердого раствора между ними. По числу тет- раэдров [SiO4]4-, составляющих период повторяемости в цепочке [SiO3]∞, раз- личают цепи с одним, двумя, тремя, четырмя, пятью, семью тетраэдрами. Ос- новными активными группами являются связи Si-O, Al-О и кремнийкислород- ные мостики Si-O-Si и О-Si-O. В состав базальта в качестве примеси входит ор- тосиликат оливин 2MgO·SiO2 – 2FeO·SiO2, структурной единицей которого яв- ляется изолированный тетраэдр [SiO4]4-. Вследствие неоднородности распреде- ления связи Si-O и других связей в структуре базальта полоса поглощения ши- рокая. Очень слабый максимум при 800 см-1 – валентные колебания связи Si-O в изолированных тетраэдрах. Очень слабый максимум при 1750 см-1 обусловлен валентными колебаниями ионов гидроксония Н3О+. Данные рис. 6, 7 и табл.17, показывают, что для всех образцов БТ+ПЭ более чем в два раза увеличивается относительная интенсивность полосы по- глощения валентных колебаний СН2-групп с максимумами при 2922 см-1 и 2852 см-1. Это объясняется наличием в образцах как первичного так и вторичного ПЭ. Однако смещения этих максимумов в ИК-спектрах всех образцов не на- блюдается. Это значит, что взаимодействие ПЭ пленок с активными центрами поверхности БТ не отражается на силе связей -С-С-С- и -С-Н-. Но деформация этих связей , т.е. изменение валентных углов между связями происходит и до- казательством этому является присутствие в ИК-спектрах всех образцов макси- мумов при 1466 см-1 и 1469 см-1, обусловленных деформационными ножнич- ными колебаниями СН2-групп. Имеется максимум при 1375 см-1 также обу- словленный деформационными колебаниями СН2-групп. Наблюдается смеще- ние полосы поглощении валентных колебаний связи Si-O в сторону больших длин волн, т.е. в сторону уменьшения частоты колебаний связи Si-O, что обу- словлено взаимодействием активных групп поверхности Si-O с макромолеку- лами ПЭ.   %, пропускание 3500 2500 2000 1500 1000 Д л и на вол н-1ы , см Рис. 7. ИК-спектры: 1- базальтовая ткань; 2 – слой ПЭ + БТ с замасли- вателем + слой ПЭ вторичного; 3 - слой ПЭ + БТ отжиг + слой ПЭ вторичного Оценку термостойкости полученных материалов проводили методом термогравиметрического анализа. Разработанные ПКМ характеризуются малыми потерями массы вплоть до 3000С (табл.18). Данные термогравиметрического анализа свидетельствуют о том, что потери массы меньше на 24% для рулонированнолго материала на основе модифицированной методом отжига БТ, чем не модифицированной. При применении вторичного ПЭ для получения кровельного ПКМ потери массы, по данным ТГА, снижаются по сравнению с ПКМ на основе первичного ПЭ и составляют 30 и 37% соответственно. Это свидетельствует о протекании процессов структурирования при переработке ПЭ и приводит к более высокой термостойкости, что еще раз свидетельствует об эффективности и целесообраз- ности применения вторичного ПЭ для получения многослойных пленочных ма- териалов. Таблица 18  Дифференциально-термический анализ разработанных материалов
Базальтовые волокна, в отличии от широко применяемых стеклянных, ха- рактеризуются более высокой способностью к кристаллизации и более высоки- ми термо- и хемостойкостью [41]. ПЭ высокого давления относится к полиме- рам, содержащих кристаллические (40-60%) и аморфные области. Результат исследования ПКМ методом рентгеноструктурного анализа (табл.19), показывает, что при совмещении ПЭ пленок с БТ повышается сте- пень кристалличности сформованного БП, что объясняет их повышенную теп- ло-, термо- и водостойкость. Таблица 19 Степень кристалличности БП на основе первичного ПЭ
В последнее время значительно вырос интерес к вопросам защиты окру- жающей среды от вредных промышленных выбросов, загрязняющих атмосфе- ру. В связи с этим разрабатываются малоотходные технологические процессы с использованием экологически чистых материалов Учитывая, что БП представляют особый интерес как строительные мате- риалы широкого назначения, проводили изучение их токсичности по выделе- нию газообразных веществ в интервале температур 50 - 1000С методом ступен- чатой газовой хроматографии на хроматографе «Кристалл» (Россия). При воздействии температур > 140 0С на ПЭ возможно выделение формаль- дегида и ацетальдегида, содержание которых ГОСТом допускается в количестве 0,05 и 5 мг/м3 соответственно. При исследовании образцов, изготовленных из первичного и вторичного ПЭ, выделения этих продуктов не обнаружено (рис.8 и 9).    Сигнал детектора,м В Время удерживания,мин  0:18 34 Рис.8. Хроматограмма образца: 2слояПЭпервичного+БТ+2слояПЭпервичного   Сигнал детектора,мВ Время удерживания,мин Рис.9.Хроматограмма образца: слой ПЭ вторичного + БТ +слой ПЭ вто- ричного Так как ПЭ относится к группе горючих материалов (КИ=17,5), что огра- ничивает его применение в качестве кровельного материала то, с целью сниже- ния горючести разработанного ПКМ, применялись различные модификаторы, содержащие ингибиторы процесса горения : фосфогипс (ФГ), (отходы произ- водства), хлорпарафин (ХП 1100), а также соединения способные разлагаться с выделением негорючих газов - карбонат кальция (СаСО3). На лицевую сторону материала напыляли данные соединения, просеивая через сито с размером от- верстий 0,063 мм, в количестве 25-30% от массы ПЭ. При поджигании образцов, закрепленных вертикально, на воздухе в течение 120с пламенем газовой горелки потери массы составляют: для образцов без ис- пользования модифицирующих добавок – 47% ; при введении : ФГ - 41%, смеси ХП и карбоната кальция - 43%. Кислородный индекс, характеризующий вос- пламеняемость материалов, увеличивается с 17,5 до 20-21% объем. при введении модифицирующих добавок. Такие показатели горючести не позволяют отнести материалы к классу трудносгораемых. Однако при испытании образцов на ско- рость распространения пламени по горизонтальной поверхности отмечено от- сутствие воспламенения, что позволяет рекомендовать БП в качестве кровель- ных материалов (ГОСТ 30444-94). Кровельное покрытие подвержено, воздействию атмосферных осадков в сочетании с температурными изменениями, вредными осадками, выбрасывае- мые промышленными предприятиями. Поэтому для нормальной эксплуатации кровельных покрытий и сохранения их долговечности большое значение имеет качество кровельных материалов. Для изучения хемостойкости БП, образцы экспонировались в течение 100 часов в 2н НСl и в 2н NаОН (табл.20). Таблица 20 Изменение механических характеристик БП после экспонирования в тече- ние 100 ч в агрессивных средах
Как видно, прочность БП при экспонировании в водном растворе кислоты снижается на 11%, а в 2н NаОН - 14%, что значительно меньше, чем исходного волокна (потери прочности = 50%) [47]. Следовательно, можно сделать вывод, что защищенные полиэтиленом волокна более хемостойки и в целом повышает- ся устойчивость БП в агрессивных средах. Для испытания разработанного материала на долговечность образцы экспо- нировались в условиях внешних воздействий окружающей среды в течение 9 месяцев (табл.21). Таблица 21 Изменение физико-механических характеристик БП после воздействия окружающей среды в течение 9 месяцев
Примечание: в числителе – разрушающее напряжение до испытания, в знаменателе - разрушающее напряжение после испытания Анализ данных табл.21, показывает, что воздействие климатических факто- ров незначительно (от 4,5 до 7%) снижает физико-механические характеристики разработанного материала. Наименьшие потери прочности (4,5%) отмечены для образцов с посыпкой из фосфогипса, это позволяет предположить, что фосфо- гипс не только понижает горючесть БП, но и защищает от вредного воздействия окружающей среды. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||