Пути регулирования характеристик высоконаполненных композиционных материалов на основе природного минерала волластонита

• Автор: Викторов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Глава 1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1 Основные принципы формирования полимерных композиционных материалов
1.2 Классификация композиционных материалов
1.3. Критерии конструирования композита
1.4. Композиты на основе полимерной матрицы. Свойства, методы получения и области применения
1.4.1 Состав и основные свойства полимерных композитов
1.5 Методы модификации полимерных матриц с целью увеличения прочностных свойств композита
Глава 2 ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАТОРОВ ПОЛИМЕРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПРИРОДНОГО МИНЕРАЛА ВОЛЛАСТОНИТ
2.1 Термогравиметрический анализ
2.2 Исследования влияния модификаторов на модуль упругости при изгибе композиционных материалов
2.3 Исследования по влиянию модификаторов на модуль упругости при сжатии композиционных материалов
2.4 Исследования по влиянию на некоторые характеристики композиционных материалов
2.5 Влияние модификаторов на реологические свойства композиционных масс
ГЛАВА 3 УСТАНОВЛЕНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ МОДИФИКАТОРОВ

3.1 Определение эффективной плотности сшивки вулканизационной сетки
3.2 Кинетика процесса вулканизации полимерных материалов
3.3 Фрактографические исследования композиционных материалов
3.4 Исследования зависимости физико-механических свойств композиционных материалов от состава методом динамического механического анализа
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.1 Материалы и методы исследований
4.1.1 Пластификация полимеров
4.1.2 Получение композиционной массы
4.1.3 Вулканизация композиционного материала
4.2 Определение физико-механических характеристик
4.2.1 Исследование прочности на изгиб
4.2.2 Исследование образцов на сжатие
4.2.3 Исследование твёрдости по Бринеллю
4.2.4 Определение коэффициента трения
4.2.5 Определение линейного износа
4.4 Определение числа поперечных связей вулканизата методом равновесного набухания
4.5 Определение кинетики процесса вулканизации
4.6 ИК-спектроскопические исследования исходных полимеров и отвержденных образцов
4.7 Экспериментальная установка и метод ДМА исследования
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

В последние годы в связи с ужесточением экологических требований к объектам техники остро встает вопрос о замене канцерогенного асбеста, являющегося широко применяемым наполнителем в высоконаполненных композиционных материалах (ВКМ), на менее токсичные компоненты. В частности, это в полной мере относится и к таким ВКМ, как фрикционные материалы, поскольку содержащийся в них асбест выделяется в окружающую среду сразу в особо опасном состоянии - в виде пыли. В силу ряда физикохимических и физико-механических свойств таким заменителем может быть природный минерал волластонит, не обладающий канцерогенными свойствами. Однако, в силу того, что длина и морфология поверхности волластони-та существенно отличается от асбеста, создание ВКМ, на основе указанного материала, решается путем аппретирования поверхности, что приводит к удорожанию продукции.
В то же время, как показывают литературные данные, возможен и другой путь регулирования свойств композиционных материалов. Это целенаправленное воздействие на полимерную матрицу за счет введения различных модификаторов.
Целью данной диссертационной работы стал поиск путей регулирования физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов на основе волластонита, которые могли бы составить альтернативу дорогостоящей операции аппретирования поверхности наполнителя.
Автор выражает свою признательность и благодарность научному руководителю доктору химических наук, профессору Белоусову Александру Михайловичу, за помощь в разработке программы исследований и обсуждении научных материалов диссертационной работы, а также Ишкову A.B., Насонову А.Д., Анисимову И.И., Першину Н.С., Кононову И.С., за помощь в проведении экспериментальных работ, обсуждение полученных результатов, полезные замечания, консультации и поддержку.

Малеинаты восков полипропилена также оказались эффективны для увеличения жесткости и прочности композитов слюды с полипропиленом [46] так как улучшают смачивание полимером частиц наполнителя.
Силановые аппреты являются наиболее универсальными аппретирующими добавками, им посвящена обширная литература.
Органосиланы. Первоначально их разрабатывали для стеклонаполненных полимеров, в основном ненасыщенных полиэфиров. В работе [46] приведены данные о росте прочности при изгибе стеклонаполненных полиэфиров, достигнутом благодаря применению новых, все более эффективных си-лановых аппретов.
Силановые аппреты появились одновременно со стеклопластиками. В ту пору существовали и развивались и другие типы аппретов. В 1975 г. на мировом рынке появились и стали конкурентами силанов титанаты, а затем и органические цирконаты. Все они используются как в наполненных пластмассах, так и в резинах [25].
Ранее упоминалось о функциональных восках, стеаратах, поверхностно-активных веществах. Концепция о том, что каждая пара наполнитель — матрица требует специального аппрета для реализации определенного комплекса свойств, находит поддержку всех исследователей и технологов.
При разработке силанов был использован опыт по упрочнению фенопластов целлюлозой [24]. Было установлено, что ОН-группы целлюлозы образуют слабые эфирные связи с матрицей. Поверхность стекла содержит ОН-группы подобно целлюлозе. Правда, алкоксисилоксановые связи легко гидролизуются водой. Другой принципиальный недостаток стеклопластиков — различие в коэффициентах теплового расширения компонентов (у стекла на 1—2 порядка ниже, чем у полимерной матрицы). Органосилоксаны обеспечивают совместимость с полимером (БС—Б1—) и прочную химическую связь с неорганической поверхностью. В США в 1943 г. была создана специальная фирма <Юоу Согшп§ Согр.» для разработки и производства органоси-локсанов, остающаяся ведущей в этой области и в настоящее время.