Технологические особенности создания рулонных кровельных материалов на основе базальтовых наполнителей и полиэтиленовых пленок
 Скачать 1.02 Mb.
|
Базальтовые волокна и ткани – эффективный наполнитель ПКМБазальтовые волокна также являются эффективным армирующим наполни- телем полипропилена, поскольку не только повышают механические свойства композитов, но также улучшают их триботехнические характеристики. По сво- им технологическим, экономическим, токсилогическим характеристикам ба- зальтовые волокна могут конкурировать с традиционными наполнителями по- липропилена – стеклянными и асбестовыми волокнами [74]. Исследователи изучили влияние технологических параметров процесса по- лучения базальтопластиков на основе полипропилена методом комбинирован- ной экструзии на механические свойства композитов и установили, что темпе- ратура экструзии является основным параметром, определяющим уровень проч- ностных характеристик базальтопластиков : с повышением температуры от 180 до 240°С снижается вязкость расплава полимерной матрицы, что способствует увеличению адгезионной прочности в системе полимер-волокно, а также увели- чивается остаточная длина базальтовых волокон в композите. Прочность при растяжении пластиков увеличивается от 35 до 42 МПа, а модуль упругости при изгибе – от 3,2 до 4,2 ГПа. Выявлено, что повышение монолитности композитов приводит к росту их хрупкости. Таким образом, более высокая температура экс- трузии позволяет получать материалы, работающие на растяжение и изгиб, а бо- лее низкая – композиты, стойкие к ударным воздействиям. Влияние величины рабочего зазора на механические свойства базальтопластиков не столь сущест- венно, как влияние температуры. Увеличение рабочего зазора между корпусом и диском от 2 до 8 мм способствует улучшению качества пропитки волокон поли- мерным связующим, но производительность экструдера снижается. Таким обра- зом, варьируя параметры комбинированной экструзии, можно целенаправленно изменять механические свойства базальтопластиков на основе полипропилена [75]. Проведено исследование [76] влияния базальтового волокна на температу- ры релаксационных переходов и установлено заметное изменение температуры стеклования фенолформальдегидного связующего, что ведёт к расширению температурного диапазона применения базальтопластиков. Таким образом, осо- бые свойства поверхности базальтовых волокон приводят к изменению процесса взаимодействия полимерной матрицы с армирующим компонентом в двух ас- пектах. Во-первых, изменяет химизм процесса отверждения, что обеспечивает большую глубину процесса отверждения полимерного связующего. Во-вторых, меняется физико-химическое взаимодействие по границе раздела, и соответст- венно изменяются физико-химические свойства полимерного связующего за счёт взаимодействия с поверхностью базальтового волокна. В качестве образцов базальтопластиков изготовлены на основе ткани из базальтовых волокон и фе- нолформальдегидного, кремнийорганического, полиимидного связующих. Эти материалы характеризуются расширением температурного диапазона примене- ния. Для пластиков на основе фенолформальдегидном связующем при армиро- вании стеклянными волокнами характерно понижение прочности уже при 180°С, для базальтовых волокон температура падения прочности сдвигается почти на 60°С, что объясняется влиянием химических свойств поверхности ба- зальтового волокна на процесс более глубокого отверждения феноформальде- гидного связующего. Для пластика на кремнийорганическом связующем рост температуры эксплуатации объясняется тем, что для базальтового волокна свой- ственна кислая реакция среды в отличие от стеклянного волокна, дающего в большинстве случаев щелочную реакцию. Так, в присутствии кислой среды циклизация кремнийорганических смол сводится к минимуму, создаются более благоприятные условия для регулярного соединения олигомера в сетчатый по- лимер, что ведёт к увеличению прочности и термостойкости кремнийорганиче- ских композитов [76]. Базальтопластики на полиимидном связующем обладают работоспособно- стью в интервале температур до 350°С, отличаются сохранением при столь вы- сокой температуре 80% исходной прочности. В этом случае, конечно, в первую очередь сказывается непосредственный вклад термостойкости базальтовых во- локон. Значительное влияние базальтовых волокон на процессы, происходящие в связующих, подтверждается и понижением водопоглощения. На рис.4 приве- дена зависимость водопоглощения стекло- и базальтопластиков на фенолфор- мальдегидном связующем. Как следует из рис.4, базальтопласты существенно меньше поглощают во- ду, а следовательно, и более работоспособны в свойствах материала. Это обес- печивается как за счёт пониженной гигроскопичности самих базальтовых воло- кон, так и за счёт процессов, происходящих в связующем в присутствии базаль- тового волокна. В данном случае, несомненно, основную роль играет более глу- бокое отверждение связующего.  Рис.4.Зависимость водопоглощения стеклопластиков (1) и базальтопластиков на фенолоформальдегидном связующем от времени выдержки в воде. В настоящее время освоен выпуск широкой гаммы базальтопластиков и представляет интерес исследовать возможность получения базальтопластов при различной схеме армирования. В качестве базальтоволокнистых наполнителей использовали вязально-прошивной материал на основе супертонкого волокна – ВП БСТВ, ткань из базальтового ровинга – БТ, рубленый базальтовый ровинг – РБВ. Материалы, армированные рублёным базальтовым ровингом, получены в условиях, аналогичных для изготовления пресс-материалов ДСВ (дозирующих- ся стекловолокнистов), и названы по аналогии – ДБВ (дозирующимися базаль- товолокнитами). На лабораторной установке изготовлены опытные партии ма- териалов на базальтовом волокне с использованием фенолформальдегидного и полиимидного связующих. Базальтопласты, армированные тканью, супер тон- ким волокном и рубленым ровингом, изготавливали прямым прессованием при температурах, соответствующих режимам отверждения связующих, и опти- мальных для каждого вида образцов давлениях прессования. Для каждого типа базальтоволокнистого наполнителя и полимерного связующего рассчитана сте- пень наполнения, обеспечивающая максимальные прочностные свойства ком- позита [76]. Из приведенных в табл.4 данных видно, что при нормальных условиях пластики, армированные базальтовыми волокнами, по основным физико- механическим свойствам находятся на уровне стеклопластиков. Пластики, ар- мированные тканью и рубленым ровингом, по прочностым показателям значи- тельно выше армированных ВП БСТВ. Однако БСТВ характеризуется низкой стоимостью и, кроме того, существуют изделия, для которых требования высо- кой прочности не являются основопологающими, но очень необходима ста- бильность свойств эксплуатации. Одноосноармированные базальтокомпозиты на эпоксидном связующем хорошо зарекомендовали себя при замене металла в гидротехнике, отличаясь повышенной химической устойчивостью. Базальтопласты на полиимидном связующем работоспособны в интервале температур до 350-400°С. Они отличаются от других композитов тем, что со- храняют при 350°С 80% исходной прочности, 90% ударной вязкости и 70% мо- дуля упругости. Диэлектрические их показатели, практически, не меняются до 300°С и сохраняют стабильность при эксплуатации во влажной среде. Базаль- топласты на полиимидном связующем хорошо фольгируются и могут найти применение при изготовлении изделий радиотехнического назначения, дли- тельно эксплуатирующихся в условиях повышенных температур. Это особенно актуально при изготовлении, несущих диэлектриков с учётом растущей плот- ности монтажа, вызывающего перегрев и отказы систем. Базальтопласты на кремнийорганическом связующем могут быть исполь- зованы в конструкционных элементах, работающих при температурах до 300°С в тропических условиях. Из этих материалов можно изготавливать каркасы ка- тушек, корпуса приборов, микровыключатели, штепсельные разъемы и т. д. Базальтопласты на формальдегидных связующих могут быть рекомендо- ваны для применения в изделиях конструкционного радио- и электротехниче- ского назначения в тех случаях, когда требуется повышенная термо- и химо- стойкость. В настоящее время изучается вопрос полной замены асбеста в изде- лиях фрикционного назначения. Использование асбеста на мировом рынке за- прещено постановлением ЕЭС 83/478 со второй половины 1988 года. На заводе АТИ (г. Белая Церковь) наработаны опытные партии материалов для производ- ства фрикционных изделий, в состав которых введено базальтовое волокно (взамен асбестового). Из указанных материалов изготовлены изделия, испытан- ные в заводской лаборатории в условиях, близких к натуральным испытаниям. Результаты испытаний показали, что фрикционный материал с использованием базальтового волокна не уступает асбофрикционному материалу [76]. Таким образом, проведенные исследования показали возможность исполь- зования базальтового волокна при создании фрикционных материалов. Это яв- ляется одним из решений актуальной проблемы современного машинострое- ния, которая заключается в создании безасбестовых фрикционных материалов, не уступающих по прочности и износостойкости, сохраняющих стабильные свойства в различных условиях эксплуатации. Перспективность применения базальтоволокнитов в качестве наполните- лей для композиционных материалов обусловлена не только свойствами ба- зальтовых волокон, как таковых, но и существенным их влиянием на свойства полимерного связующего (химического и физического). И, как следствие этого, можно считать целесообразным использованием базальтовых волокон не толь- ко в тех изделиях, где требуется повышенная теплостойкость, а и в изделиях, эксплуатируемых длительное время в агрессивных средах, в условиях тропиков и в нормальных условиях [76]. Таблица 4 |