Строительные композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов

УДК 691.17 © В.В. Хахинов

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДОБЕНЗИМИДАЗОЛОВ

Рассмотрена возможность использования полимеров на основе полиамидобензимидазолов в качестве строительных термостойких пленочных материалов.

Ключевые слова: термостойкость, строительные материалы

V.V. Khakhinov

BUILDING COMPOSITIONAL MARERIALS BASED ON POLYAMIDOBENZIMIDASOLES

Possibility to use polymers based on polyamidobenzimidasoles as building thermoresistant materials was observed.

Keywords: thermoresistance, building thermoresistant materials

Современные композиционные полимерные материалы нашли широкое применение в строительных и отделочных изделиях, пленочных покрытиях. Преимуществом таких материалов является повышенная стойкость к агрессивным средам, износостойкость, устойчивость к резким перепадам температур и рядом других не менее важных свойств. Однако, большинство полимерных материалов имеют низкую тепло- и термостойкость, малую поверхностную твердость и высокий коэффициент термического расширения, повышенную ползучесть. Существенным недостатком является их горючесть, к малоизученным свойствам следует отнести их эксплуатационную долговечность, особенно в условиях резкого перепада температур.

В этой связи представляет интерес применение гетероцепных полимеров, которые дают промышленности новые виды материалов, свободных от вышеперечисленных недостатков. Из наиболее известных тепло-, термо-, хладо-, химстойкими свойствами обладают полигетероарилены [1]. Были исследованы композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов (ПАБИ) полученных из 3,3',4,4'-тетрааминодифенилоксида, дифенилового оксида адипиновой кислоты и s-капролактама с 1% вес. сажи методом прямого прессования. Пленочные материалы изготовлены методом полива из 10-12%-ных растворов ПАБИ.

Для повышения стабильности материала к воздействию высоких температур была исследована композиция полибисмалеимида (ПБМИ) и 5-15 масс.% наполнителя, в качестве последнего использовали угольную пыль (фракция 2-40 мкм). Согласно данным технического и петрографического анализов, угольная пыль содержит 45-75 масс.% витрена, 15-45 масс.% фюзена с зольностью до 10 масс.%. Композицию ПБМИ (ТУ-605-23-12-59-84) с угольной пылью (дисперсностью 5-14, 19, 35-40, 38 мкм) готовили сухим перемешиванием компонентов в механическом диспергаторе при скорости ротора 900 об/мин. Образцы прессовали на гидравлическом прессе в разъемной пресс-форме при температуре 100-120оС и удельном давлении 25-30 МПа с последующим отверждением при 200оС в течение 12 ч.

Климатическую устойчивость полимерных материалов оценивали по существующим в настоящее время ГОСТам, по изменению физико-механических свойств в процессе старения в конкретных климатических условиях. Количественным показателем старения является коэффициент сохранения Kt=xt/x0 где х0, хt - значения параметра материала до и после испытания. Композиционные и пленочные полимерные материалы экспонировали в естественных условиях холодного климата на полигоне г. Якутска в течение трех лет. Механические испытания проведены на универсальной разрывной машине “Instron” 1195.

В табл. 1 приведены составы полимерной композиции при различных соотношениях ее компонентов и их сравнительные показатели термостойкости. Исследовано влияние дисперсности наполнителя на термостойкость полимерной композиции (оптимальный состав содержания наполнителя 10 масс.%). Как видно, термостойкость полимера возрастает с добавками стабилизатора на 40-50о. Более эффективно работа стабилизатора проявляется при воздействии высоких температур в процессе длительного старения прессованных образцов при 200оС, что подтверждаются расчетами энергии активации данных процессов. Так, разрушающее напряжение при изгибе без добавки стабилизато-

ра снижается на 30% после 500 ч выдерживания, тогда как введение угольной пыли (15 масс.%, дисперсность 35-40 мкм) позволяет сохранить 90% исходных механических показателей.

Таблица 1

Состав полимерной композиции и их сравнительные показатели термостойкости Содержание ПБМИ, Содержание угольной пыли, Тразл., оС Еэфф., кДж/моль

масс.% масс.%

100 - 260 178,4

98 2 270 180,1

95 5 290 205,2

90 10 310 212,0

85 15 290 212,7

80 20 285 202,8

60 40 240 167,6

Полимерные материалы разрушаются гораздо интенсивнее при резких перепадах температур, чем в стационарных условиях. Проведены испытания композиционных материалов на основе ПАБИ с добавками угольной сажи, полученные путем прессования в различных массовых соотношениях. Образцы экспонировались в естественных условиях перепада температур от -40оС до +40оС, в течение трех лет и сравнивались с промышленным полиамидом-6 (ПА-6). В процессе старения полимерных композиций были отслежены следующие характеристики: молекулярная масса (приведенная вязкость растворов полимеров), разрушающее напряжение при растяжении, относительное удлинение при разрыве, снимались кривые термогравиметрического анализа и ИК-спектры.

В табл. 2 приведены данные по изменению прочностных свойств исследованных композиций, которые показывают стабилизирующий эффект в сравнениями с композициями без добавок углеродной сажи. Необходимо отметить, что внешний вид образцов ПАБИ в течение трех лет не изменился, а у ПА-6 через полгода на поверхности появились трещины. Исходя из того, что ПА-6 представляет собой сополимер на основе поликапроамида можно сделать вывод о положительном влиянии бензими-дазольных фрагментов на физико-химические и механо-прочностные свойства ПАБИ.

Таблица 2

Состав полимерной композиции и изменение прочностных показателей

Композиция Время вы- Прочностные показатели

держки, мес. стр, МПа р 0 К % % ,р и Кбр

ПАБИ 0 51,8 1,00 3,5 1,00

ПАБИ + С 63,2 1,00 3,45 1,00

ПАБИ 6 53,2 1,03 3,4 0,97

ПАБИ + С 64,8 1,03 3,7 1,07

ПАБИ 12 51,0 0,98 2,0 0,57

ПАБИ + С 62,5 0,99 4,0 1,16

ПАБИ 24 63,3 1,22 2,0 0,57

ПАБИ + С 73,0 1,15 2,45 0,71

ПАБИ 36 58,4 1,13 2,45 0,70

ПАБИ + С 63,6 1,00 3,2 0,93

Количество сажи составляло 1 вес.%; К - коэффициент сохранения свойств, К = А/А0; А0 - величина показателя до экспозиции, А - после экспозиции

Как видно композиции с наличием сажи имеют более стабильные характеристики показателей. Величина разрушающего напряжения ПЛЕИ с добавками стабилизатора практически не изменяется за три года. У промышленного ПA-6 происходит снижение данного показателя через два года на 40%, после трех лет на 70%. Изменение относительного удлинения при разрыве свидетельствует о том, что у композиций без добавок стабилизатора данные показатели довольно резко снижаются за первый год и далее сохраняются примерно на одном уровне. У композиций с добавками стабилизатора лишь после первого года начинает падать и через три года изменяются не более чем на 20%. Показатели относительного удлинения при разрыве DA-6 начинают стабильно изменяться в сторону уменьшения сразу же после начала экспонирования.

Таким образом, композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов являются перспективными для строительных целей.

Литература

1. Ильина О.М., Хахинов В.В. Термические свойства полимерных материалов на основе полибензимида-золов // Строительные материалы. - 2004. - №7. - С. б4-б5.

Хахинов Вячеслав Викторович, доктор химических наук, Байкальский институт природопользования СО РДН, б70047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, б, khakhinov@mail.ru

Khakhinov Vyacheslav Victorovich, Doctor of Chemistry, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, б70047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy St., б

УДК 624 © И.А. Иванов, Б.К. Сергеев

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В БЕТОНЕ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Исследованы физико-химические свойства бетона при низких температурах.

Ключевые слова: бетон, монолитные конструкции.

I.A. Ivanov, B.K. Sergeev

PHYSICAL-CHEMICAL PROCESSES IN THE CONCRETE OF MONOLITHIC CONSTRUCTIONS

Physical-chemical properties of concrete at low temperatures were investigated.

Keywords: concrete, monolithic constructions.

В настоящее время одним из самых экономичных, быстрых и перспективных, с точки зрения решения архитектурно-строительных задач, является монолитное домостроение. Строительство зданий монолитным способом завоевало заслуженную популярность за рубежом. Свыше 70% зданий возводится этим способом. В нашей же стране монолитное домостроение применяется в три раза реже. Энергичное развитие монолитного домостроения в ряде случаев сдерживается тем, что на значительной части территории страны в течении 6 и более месяцев преобладают отрицательные температуры воздуха, и проведение строительных работ в этих условиях требует использования различных проти-воморозных добавок, или одного из методов зимнего бетонирования с прогревом бетона, или применения специальных вяжущих.

Задачей исследования было с помощью комплексных физико-химических методов изучить влияние различных способов выдерживания в зимнее время на структуру и свойства цементного камня и бетона.

Известно, что при температуре +5оС бетонные смеси резко снижают набор прочности. Все реакции гидратации замедляются. При температуре ниже 0оС химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в обьеме на 9,7%. В результате в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзший бетон обладает высокой прочностью, но только за счет сцепления замерзшей воды. При оттаивании процесс гидратации возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочность значительно ниже, чем прочность бетона, не подвергавшегося замерзанию. Зкспериментами установлено, что на процесс набора прочности бе-