Избирательное удаление составных компонентов замасливателя с поверхности стекловолокна

УДК 677.46/47

И. П. Ершов, Л. А. Зенитова, Е. А.Сергеева, И. Ш. Абдуллин

ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ УДАЛЕНИЕ СОСТАВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ЗАМАСЛИВАТЕЛЯ

С ПОВЕРХНОСТИ СТЕКЛОВОЛОКНА

Ключевые слова: Стекловолокно, замасливатель, адгезия, композиционный материал.

Исследована возможность избирательного удаления компонентов технических и прямых замасливателей с поверхности стекловолокна

Keywords: Fiberglass, lubricant, adhesion, composite material.

Investigated the possibility of selective removal of technical components and direct oil from the surface of the glass.

В настоящее время существует более 200 видов наполнителей для полимеров. И их количество с каждым годом увеличивается, что связано с расширением областей применения полимерных материалов: дисперсные, волокнистые, тканые.

Важнейшей характеристикой наполнителей является их морфология и удельная поверхность, от которой зависит эффективность взаимодействия с полимерной матрицей. Это особенно важно в том случае, когда полимерные материалы подвергаются обработке поверхностно активными веществами, модификаторами и другими добавками.

Среди них дисперсные и волокнистые. В группе волокнистых наполнителей особое место занимают стеклянные волокна. Их стоимость невысока и они доступны. Производится достаточно широкая номенклатура стекловолокон, отличающихся по химическому составу, диаметру и прочности. К недостаткам стекловолокон относят их хрупкость и наличие аппретирующих покрытий, снижающих адгезию к полимеру. Стекловолокно используют для усиления термопластов (полиамидов, полипропиленов, полиэфиров, поликарбонатов, полиэтиленов, поливинилхлоридов и т.п.) и особенно термореактивных пластиков на основе эпоксидных смол, ненасыщенных полиэфиров и фенолформальдегидных олигомеров. В термопласты вводят до 40%, а в термореактивные связующие - до 80% стекловолокна. Общее название ПКМ, содержащих стекловолокна, стеклопластики, обладающие совокупностью повышенной прочностью с относительно небольшой плотностью.

Основными компонентами стеклопластиков являются армирующие материалы на основе стекловолокна и синтетические связующие. Сверхтонкие но, в то же время, высокопрочные стекловолокна обеспечивают жесткость и прочность изделий. Связующие элементы способствуют образованию монолитности структуры изделия, равномерному распределению усилий между волокнами, а так же позволяют эффективно использовать механические свойства волокон. Способностью связующих является то, что оно само воспринимает часть нагрузки, которая развивается в материале [1].

Используя различные сочетания свойств связующих и волокон, возможно регулировать

свойства самого ПКМ, таким образом, открывая путь им в различные области современного производства

Стеклянные волокна, сами по себе, довольно хрупкие. Изначально, они характеризуются электрофизическими и фрикционными свойствами, которые делают малоэффективной текстильную переработку таких волокон.

Один из традиционных способов модификации стекловолокон - обработка замасливающими и авиважными составами. В результате такой обработки стеклянным волокнам придаются новые фрикционные и электрофизические свойства.

Замасливание - это процесс нанесения специального технического покрытия на волокно. За-масливатели непрерывных стеклянных волокон делятся в зависимости от назначения на текстильные и гидрофобно-адгезионные (или прямые). Технологические (текстильные) замасливатели защищают элементарные волокна и нити от истирания, образования микротрещин и их разрушения при переработке. Прямые замасливатели (аппреты) применяются для улучшения адгезии поверхности стекловолокна с полимерами в ПКМ и стеклопластиках. Волокна обрабатываются прямыми замасливателями в процессе их получения. Количество и равномерность содержания замасливателя на поверхности волокна существенно влияет физические и механические свойства волокна, а так же на их способность к дальнейшей обработке [2].

В процессе получения ПКМ необходимо удалить с поверхности технический замасливатель, чтобы появилась адгезия к полимерной матрице. В свою очередь, так называемые прямые замасливате-ли, не подлежат удалению, так как улучшают свойства волокна и изделий на их основе. С помощью химических связей аппреты не только обеспечивают хорошую адгезию, как с поверхностью волокна, так и со связующим, но и регулируют физико-химические свойства композиционного материала.

В качестве текстильных замасливателей наиболее часто используется «парафиновая эмульсия», представляющая собой многокомпонентную водоэмульсионную дисперсию, которая состоит из следующих основных элементов: парафин, вазелин, стеарин, трансформаторное масло, закрепитель ди-

циандиамид с формалином в среде уксусной кислоты (ДЦУ) и воду.

Прямые замасливатели характеризуются наличием многокомпонентной малоконцентрированной водоэмульсионной дисперсии, которая состоит из кремнийорганических соединений аппретов и водной дисперсии ПВА.

При изготовлении ПКМ материала наличие обоих видов замасливателей на волокнах и нитях является малоэффективным. Таким образом, появляется необходимость удаления технического за-масливателя, не снимая аппрет с волокна. На сегодняшний день известны только химические и термохимические способы решения этой задачи. Такие методы являются вредными и опасными как для здоровья операторов, задействованных в этом процессе, так и для окружающей среды, так и [3].

Использование неравновесной низкотемпературной плазмы позволяет решить проблему негативного воздействия на окружающую среду и здоровье оператора в процессе удаления текстильного замасливателя с поверхности мультифиламентного волокна.

Из литературы известны следующие виды плазменного воздействия на обрабатываемые объекты:

• травление с поверхности слоя;

• осаждение на поверхности объекта слоя с заданными свойствами;

• изменение структуры поверхности и состава поверхностных слоев.

В работе использовался метод изменения состава определенных функциональных групп на поверхности стекловолокона [4].

Эксперимент по избирательному удалению замасливателя проводился в среде газа аргон в низкотемпературной неравновесной плазме в заранее выбранном режиме. В качестве армируюших волокон выбрано стекловолокно ГОСТ 17139-2000, производства ООО "П-Д Татнефть-Алабуга Стекловолокно" марки ЕС11-2320-А1

Наличие составных частей технического замасливателя и аппрета после обработки стекловолокна в среде газа аргон в неравновесной низкотемпературной плазме представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние плазмообработки на содержание основных компонентов замасливателей

Компонент Массовая доля компонента %

до обработки после обработки

Прямой замасливатель марки 4 «Э»

ПВА 3,00 2,91

ДБС 1,00 0,96

ПЭГ-13 2,00 1,88

Технический замасливатель «парафиновая эмульсия»

ДЦУ 2,5 0,11

Парафин 1,3 0,02

Вазелин 2,00 0,30

Трансформаторное масло 2,00 0,04

Эмульгатор 1,25 0,01

За счет низких рабочих температур аппреты не деструктируют при обработке и остаются на поверхности стекловолокна. В свою очередь высокочастотные токи разрушают связи в закрепителе ДЦУ, а вакуумная среда испаряет составляющие замасливателя, которые осаждаются на фильтрах вакуумной камеры высокочастотной установки.

Использование неравновесной низкотемпературной плазмы относится к сухим и экологически чистым процессам, которые не требуют использования токсичных химических реагентов, поэтому исследование возможностей применения данного способа в технологии производства ПКМ является актуальным [4].

Научные исследования проводятся

Литература

1. Ли Х., Невил К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. Энергия, Москва, 1973. 499с.

2. Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова, И.Ш. Абдуллин. Вестник Казанского технологического университета, 7, 109112 (2010).

3. С.И. Гутников, Б.И. Лазоряк, А.Н. Селезнев. Стеклянные волокна: учебное пособие. Москва, 2010, 53с.

4. И.П. Ершов, Е.А. Сергеева, Л.А. Зенитова, И.Ш. Абдуллин. Вестник Казанского технологического университета, 15, 18, 136-143 (2012).

© И. П.Ершов - м.н.с. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов, аспирант каф. Технологии синтетического каучука КНИТУ; Л. А. Зенитова - д.т.н., проф. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, zenit@kstu.ru; Е. А. Сергеева - д.т.н., проф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов; И. Ш. Абдуллин - д.т.н., проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ.

© I. P. Ershov - Junior research fellow of department of plasma-chemical and nanotechnology of macromolecular materials, graduate student department of technology of synthetic rubber, KNRTU; L. A. Zenitova - Doctor of Technical Science , Full Professor of department of technology of synthetic rubber, KNRTU, zenit@kstu.ru; E. A. Sergeeva - - Doctor of Technical Science, Full Professor, head of department of plasma-chemical and nanotechnology of macromolecular materials, KNRTU; I. Sh. Abdullin - Doctor of Technical Science, Full Professor, head of department of plasma-chemical and nanotechnology of macromolecular materials, KNRTU.