РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы для исследований
В качестве материалов для исследования использовались составы на основе эпоксидного олигомера ЭД-20 (ДСТУ-2093-92), отвержденные отвердителем аминного типа моноцианэтилдиэтилентриамином марки УП-0633М (ТУ 6-05-1863-78) при стехиометрическом соотношении олигомерных компонентов и отвердителя. Данный отвердитель, имея низкую вязкость, также выступает в олигомерных композициях в роли активного разбавителя. УП-0633М представляет собой прозрачную светло-желтую жидкость, динамическая вязкость которой при 25°С составляет 0,116 Па?с, плотность при 25°С - 1100 кг/м3, массовая доля титруемого азота в нем 19%.
Структурные формулы используемого в работе эпоксидного олигомера и отвердителя представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Структурные формулы используемых эпоксидного олигомера и отвердителя
Марка олигомера,
ДСТУ, ТУ ФормулаЭД-20
ДСТУ-2093-92УП-0633М
ТУ 6-05-1863-78
Основные свойства материалов представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Свойства эпоксидного олигомера и отвердителя
СвойстваЭД-20УП-0633МВнешний видВязкая, прозрачная светло-жёлтая жидкость без видимых механических включений и следов водыПрозрачная светло-жёлтая жидкость без видимых механических включенийСредняя молекулярная масса, г/моль390-430-Содержание эпо-ксидных групп, %21,8-Летучих веществ, не более, %0,4-Гидроксильных групп не более, %1,7-Иона хлора не более, %0,002-Омыляемого хлора, не более, %0,3-Содержание брома, %--Динамическая вязкость при 298 К, Па?с22,960,116Плотность при 298 К, кг/м313001100Массовая доля третируемого азота, %-19Стехиометрический коэффициент-0,92Жизнеспособность при 20 оС, не более, ч-8Время желатинизации, не менее, ч4-
Для регулирования горючести и эксплуатационных свойств эпоксиполимеров использовали антипирены и дисперсные минеральные наполнители, отличающиеся природой, количественным соотношением и формой частиц. В качестве антипирена использовали моноаммонийфосфат - аммофос (МАФ) [163] с размером частиц 50 - 63 мкм. Основной компонент МАФ - NH4H2PO4. Физико-химические показатели МАФ представлены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Физико-химические показатели МАФ
Наименование показателейНорма Массовая доля общих фосфатов (Р2О5), %52+/-1Массовая доля общего азота (N), %12+/-1Массовая доля воды, %, не более1,5
Также, для исследований использовались различные добавки: графиты (промышленные марки ГАК-1, ГЛ-1, ГЧ, металлизированные графиты на основе графита марки ГК-1 - ГК-Cu, ГК-Ni [164], терморасширенный графит марки ABG-74 [165], а также интеркалированые графиты ИГАК-1 и ИГЛ-1) и оксиды металлов (в частности оксид ванадия V2O5).
Интеркалированные графиты представляют собой продукты окисления исходных промышленных графитов (ГАК-1 и ГЛ-1) бихроматом калия в среде серной кислоты с последующей фильтрацией и водной промывкой [166-167]. Основные характеристики используемых в исследованиях добавок приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4
Основные характеристики используемых добавок
ДобавкаОсновные характеристики добавокЦветДисперсность, мкмНасыпная плотность, г/см3Удельная
поверхность,
см2/г12345V2O5Красный50-1002,961312,67ГАК-1Черный7% - 200-315
19% - 160-200
64 % - 63-1602,191643,43Продолжение табл. 2.412345ГЛ-1Черный, серебристый5% - 200-315
34% - 160-200
46 % - 63-160
6,7 % - 50-63
6,3 % < 502,151331,69ГЧСеребристый, черный11% > 315
67% - 200-315
6% - 160-200
9 % - 63-1602,27931,39ГАК-Cu Черный>506,4941,7ГАК-NiМеталлический50-1606,81407,11ИГАК-1 Серебристо-черный60-2001,981294,44ИГЛ-1Серебристо-черный20-702,081917,26ABG-74Черный >502,186244,22
Таблица 2.5
Основные физико-химические показатели используемых графитов
Показатель,
стандартГАК-1ГЛ-1ИГАК-1ИГЛ-1ГК-CuГК-NiABG-74Зольность, %, не более
ГОСТ 17818.4-900,5120,413111Содержание влаги, %, не более
ГОСТ 17818.1-901,01,01,01,00,50,51,0Содержание углерода, %, не менее95889080304798Содержание меди, %
ГОСТ 17818.10-90----69--Содержание никеля, %
ГОСТ 17818.12-90-----53-Коэффициент вспучивания, Кv--70100---Потеря массы при терморасщеплении, %, (800 оС)552015-рН водной вытяжки, не менее
ГОСТ 17818.6-906,57,055555Коэффициент пористости0,60,590,6760,7470,7780,6810,716 Наполненные полимерные материалы являются микрогетерогенными системами с развитой поверхностью раздела. Поэтому многие свойства таких систем определяются физико-химическими процессами, происходящими именно на поверхности раздела фаз полимер - наполнитель. Для теоретически обоснованного выбора наполнителя особенно для отверждающихся эпоксидных систем необходимы характеристики их поверхностных химических свойств.
2.2. Методы исследования
При разработке полимеров со специальным комплексом свойств необходимо проведение исследований по оценке их горючести и огнезащитной эффективности, а также изучение структуры, технологических и эксплуатационных свойств.
2.2.1. Методы оценки горючести и пожарной опасности эпоксиполимеров
При разработке полимерных материалов пониженной горючести, а также огнезащитных материалов существенным является выбор надежного метода оценки их пожароопасных свойств.
Нами использованы методы определения кислородного индекса, жаростойкости по Шрамму и Цебровскому (стойкость к действию накала) и термического анализа [168-172].
Термический анализ проводили на дериватографе Ф. Паулик, Д. Паулик и Л. Эрдей [173], который позволяет регистрировать следующие характеристики: изменение массы (ТГ-кривые), скорость изменения массы (ДТГ) и скорость нагрева (Т). Дериватограммы снимались в интервале температур 293-1273 К при скорости нагрева 10 град/мин в атмосфере воздуха. Чувствительность: ДТГ - 1/10; ТГ - 7 мг.
Стойкость к действию раскаленного стержня (жа