Увеличение эксплуатационных характеристик стеклопластиковых материалов для обустройства шахт

А. В. Ожогин

аспирант кафедры ХТЭМИ Бийского технологического института ФГБОУ ВПО «АлтГТУ им. И. И. Ползунова

М. А. Ленский

канд. хим. наук, доцент, профессор кафедры «ТГВ ПАХТ» Бийского технологического института ФГБОУ ВПО «АлтГТУ им. И. И. Ползунова

Е. А. Петров

д-р техн. наук, проф., начальник отдела ОАО «ФНПЦ «Алтай», заведующий кафедрой ХТЭМИ Бийского технологического института ФГБОУ ВПО «АлтГТУ им. И. И. Ползунова

Ю. Ю. Свирина

канд. техн. наук, доцент кафедры «ЭКО» Бийского технологического института ФГБОУ ВПО ««АлтГТУ им. И. И. Ползунова

Д. В. Корабельников

канд. техн. наук, доцент кафедры «ТГВ ПАХТ» Бийского технологического института ФГБОУ ВПО «АлтГТУ им. И. И. Ползунова

УДК 675

УВЕЛИЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБУСТРОЙСТВА ШАХТ

В статье описаны новые модификаторы стеклопластиков на основе эпоксидного связующего, которые относятся к термостойким борсодержащим полимерам. В ходе проделанной работы установлено, что введение модификаторов увеличивает прочность стеклопластика на 11-13 %, что обуславливает необходимость дальнейших исследований модифицированных композиций на термостойкость, коэффициент дымообразования и т. д.

Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (госконтракт № 8742р/13987 от 02.12.2010 г.).

Ключевые слова: СТЕКЛОПЛАСТИК, МОДИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА, ИСПЫТАНИЯ, УВЕЛИЧЕНИЕ, ПРОЧНОСТЬ

Эффективной заменой традиционных материалов, применяемых в горнодобывающей промышленности для обустройства шахт, является стеклопластик, по прочности не уступающий стали, но имеющий в 4 раза меньший вес и высокую коррозионную стойкость. Благодаря таким свойствам, снижаются трудозатраты и травматизм при монтаже воздуховодов и водопроводов, увеличивается срок их эксплуатации; упрощается установка анкеров крепей шахт, и полностью исключается возможность фрикционного искрения, что также сказывается на повышении безопасности работ.

Основными факторами, затрудняющими применение стеклопластика в шахтах, являются его низкая теплостойкость и горючесть. Для

устранения таких недостатков применяются га-логенсодержащие добавки [1-3], которые значительно снижают горючесть материала, но повышают токсичность продуктов горения. Также известны стеклопластики на основе элементорга-нических [4] и неорганических связующих [5]. Как правило, они обладают худшими (по сравнению с эпоксидными связующими) конструкционными свойствами, а именно меньшей прочностью, деформацией и т. д. Поэтому остается актуальной проблема поиска добавки, которая увеличит теплостойкость, снизит горючесть и не вызовет при этом падения прочности стеклопластика.

В последние годы все больше внимания уделяется термостойким борсодержащим полимерам: полиэфирам и полиметиленэфирам

фенолов и борной кислоты [6]. Данные проведенных исследований показали, что наиболее термостойкими являются полиметилен-п-трифениловый эфир борной кислоты (ПТФЭБК) и полиметилентриэфир резорцина фенола и борной кислоты (ПТЭРФБК) (рис. 1), так как при термодеструкции от 300 до 600 °С степень превращения составила 2,94 и 17,50 % соответственно. Кроме того, при термоокислении свыше 600 °С остаточная масса для данных полимеров составляет 40 % [7]. Следует отметить, что компонентами синтеза данных полимеров служат дешевые соединения, которые производятся в промышленных масштабах, а сам процесс относительно прост и не требует сложного оборудования, что обуславливает их низкую (по отношению к другим элементорганическим соединениям) стоимость.

Эффективность применения полиметилен-п-трифенилового эфира борной кислоты в качестве модификатора полимерных композиционных материалов, увеличивающего эксплуатационные характеристики, в том числе термостойкость, показана во многих работах [8-11].

Нами проведено исследование по модификации связующего ЭДИ (смола ЭД-20 -56,7 %, ИМТГФА - 42,5 %, ускоритель УП 606/2 -0,8 %) и получению стеклопластиков на его основе. Были получены лабораторные образцы однонаправленного стеклопластика с содержанием модификаторов от 1 до 5 %, которые прошли испытания на разрывной машине Shimadzu AG-X по ГОСТ 25.604-82. Оценку влияния модификатора проводили по изменению прочности на трехточечный изгиб. Зависимости предела прочности образцов от концентрации модифика-

9 ^у(сн2)о,5

(?Н2)о,5

ААсно

%

а)

б)

Рисунок 1 - Структурные формулы: а) полиметилен-п-трифениловый эфир борной кислоты; б) полиметилентриэфир резорцина фенола и борной кислоты

торов представлены на рисунке 2.

Из рисунка 2 видно, что при введении добавок термостойких борсодержащих полимеров не происходит снижения прочности образцов, а напротив, увеличение прочности составляет 11 % (ПТФЭБК) и 13 % (ПТЭРФБК) по отношению к немодифицированной композиции.

На наш взгляд, модифицирующий эффект обусловлен изменением адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз «связующее-наполнитель» [4], при этом неорганическая часть молекулы полимера (атома бора) взаимодействует с поверхностью стеклоровинга, а органическая - с компонентами связующего. Как и в случае применения в качестве модификаторов кремнийорганических мономеров [12], при увеличении концентрации усиливается роль модификатора как связующего и прочность снижается.

Следует отметить высокую технологичность модификаторов: они хорошо совмещаются со связующим, не происходит расслоений и выпадения осадка, а также резкого увеличения вязкости и снижения времени живучести.

Проведенные исследования показали перспективность дальнейших исследований влияния полиметилен-п-трифенилового эфира борной кислоты и полиметилентриэфира резорцина фенола и борной кислоты на термостойкость стеклопластиков, применяемых в горнодобывающей промышленности.

Рисунок 2 - Зависимость предела прочности образцов от концентрации добавки полиметилен-п-трифенилового эфира борной кислоты и полиметилентриэфира резорцина фенола и борной кислоты

150

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Пинкас, М. В. Физическая модификация эпоксидных компаундов с целью улучшения эксплуатационных свойств / М. В. Пинкас, Е. В. Плакунова, Л. Г. Панова // Пластические массы. - 2008. -№ 1. - С. 11-13.

2. Идрисова, С. Ш. Модификация эпоксидной смолы полихлорированными бензимидазолами / С. Ш. Идрисова // Пластические массы. - 2008. - № 5. - С. 12-13.

3. Салахов, М. С. Огнестойкие эпоксидные композиции / М. С. Салахов, В. С. Умаева, А. И. Алиха-нова // Пластические массы. - 2008. - № 7. - С. 12-13.

4. Андреевская, Г. Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики / Г. Д. Андреевская. -М.: Наука, 1966. - 367 с.

5. Кириллов, В. Н. Пожаробезопасные строительные пластики / В. Н. Кириллов, Б. Ф. Пронин // Строительные материалы. - 1992. - № 6. - С. 2-3.

6. Ленский, М. А. Полиэфиры и полиметиленэфиры борной кислоты - синтез, структура, свойства, применение : автореф. дис. ... канд. хим. наук : защищена 02.00.06. 2007 / Ленский М. А. - 20 с.

7. Корнева, О. В. Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наноси-стем / О. В. Корнева, М. А. Ленский, Д. И. Дементьева // Исследование термостойкости полиметилен-эфиров фенолов и борной кислоты. - Бийск, 2010. - С. 77-79.

8. Андрощук, А. А. Повышение прочностных характеристик полимерных композиционных материалов модификацией борсодержащими полиэфирами : автореф. дис. ... канд. техн. наук : защищена 05.17.06 / Андрощук Андрей Алексеевич, 2009. - 23 с.

9. Туисов, А. Г. Повышение прочности стеклопластиков конструкционного назначения модификацией эпоксиангидридного связующего добавкой борполимера : автореф. дис. ... канд. техн. наук : защищена 05.02.01 / Туисов Алексей Геннадьевич, 2009. - 19 с.

10. Чипизубова, М. С. Снижение горючести композиционных материалов конструкционного назначения на основе эпоксидного связующего добавками полиметилен-п-трифенилового эфира борной кислоты : автореф. дис. ... канд. техн. наук : защищена 05.02.01 / Чипизубова Марина Сергеевна, 2008. - 17 с.

11. Корабельников, Д. В. Повышение эксплуатационных характеристик полимерных фрикционых композиций добавками полиметиелен-п-трифенилового эфира борной кислоты : автореф. дис. ... канд. техн. наук : защищена 05.02.01 / Корабельников Дмитрий Валерьевич, 2012. - 16 с.

12. Киселев, Б. А. Химия и практическое применение кремнийорганических соединений / Б. А. Киселев, Я. Д. Аврасин. № 4. - Л, 1958. - С. 36.

THE INCREASING OF OPERATIONAL Ожогин Андрей Викторович

CHARACTERISTICS OF FIBERGLASS e-mail: andreiozh@rambler.ru

MATERIALS FOR ARRANGING MINES

A. V.Ozhogin, M. A. Lensky, E. A. Petrov, Ленский Максим Александрович

Y .Y Svirina, D. V. Korabelnikov e-mail: lenskiy@bk.ru

In article new modifiers of fibreglasses on

the basis of epoxy binding which refer to heat- Петров Евгений Анатольевич

resisting, boron-containing polymers are described. e-mail: post@frpc.secna.ru

In the course of this work found that the addition

of modifiers increases the strength of fiberglass by Свирина Юлия Юрьевна

11-13 % that causes need of further researches of e-mail: uusvirina@mail.ru

the modified compositions on the thermal stability,

smoking coefficient etc. Корабельников Дмитрий Валерьевич

The work was supported by the Foundation e-mail: korabelnikovDV@mail.ru

for Assistance to Small Innovative Enterprises in

Science and Technology (Government contract

№8742r/13987 from 02.12.2010).

Key words: FIBERGLASS, MODIFICATION,

CHARACTERISTICS, TESTING, INCREASE,

STRENGTH