Применение дисперсных волокнистых наполнителей для повышения адгезионных и тепозащитных свойств эластомерных композиций

УДК 665.939.57

В. Ф. Каблов, Н. А. Кейбал, К. Ю. Руденко, А. А. Блинов, А. О. Мотченко

ПРИМЕНЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ

АДГЕЗИОННЫХ И ТЕПОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Ключевые слова: наполнитель, волокно, адгезия, композиции на основе полихлоропрена, покрытие, огнетеплозащита.

Проводились исследования о влиянии волокнистых наполнителей на адгезионные и огнетеплозащитных свойства композиций на основе полихлоропренового каучука. Было установлено, что наполнение различными видами волокон значительно улучшает адгезионные и огнезащитные свойства композиций, что в свою очередь может расширить области применения данного состава.

Tags: filler, fiber, adhesion, compositions on polychloroprene-based, coating, flame retardant.

Conducted research on the influence of fibrous fillers adhesion and flame retardant properties compositions polychloroprene-based on rubber. It has been found that filling of different types of fiber greatly improves the adhesive and flame retardant properties compositions, which in turn can extend the application of this composition.

Защита материалов от пожара стало важным вопросом в строительной отрасли. Использование огнестойких покрытия является одной из самых простых, экономичных и наиболее эффективных способов защиты материалов от огня, они легко обрабатываются и могут быть использованы в производстве. Покрытия предоставляют потребителю два основных преимущества: они могут защищать от проникновения тепла внутрь и от распространения пламени. Кроме того, они не изменяют внутренние свойства защищаемых материалов. Покрытия так же должны иметь высокую адгезию к подложке, а при использовании их для защиты полимерных и резиновых материалов, должны обладать эластичными свойствами. Одним из таких представителей являются покрытия на основе полихлоропренового каучука.

К объектам исследования относят составы на основе полихлоропрена серии 88. Модификация составов осуществлялась различными видами измельченных волокон: полиамидные размером 1-3 мм, углеродные размером 2-3 мм, базальтовые размером 5-10 мкм и асбестовые размером 2-3 мм [4].

Исследования проводились на вулканизованных резинах на основе различных каучуков.

При определении влияния типа и содержания волокнистых наполнителей на адгезионные свойства покрытий, описанных выше было выявлено, что введение в композиции волокнистых наполнителей в количествах 0,5 - 1,5% приводит к повышению адгезионной прочности связи покрытия с резиной в среднем на 30% для состава 88-НТ и 40% для состава 88-СА (табл. 1) [1-3].

Как было установлено ранее [1], что усиление адгезионного взаимодействия идет по двум механизмам.

Горизонтальное хаотичное расположение волокон усиливает когезионную прочность плёнки. Данный механизм хорошо известен в литературе и наглядно подтверждается микрофотографиями. Кроме того, на поверхности пленок наблюдалось частичное вертикальное расположение волокон, что приводило к механическому заклиниванию их в порах и неровностях резиновой подложки, тем самым увеличивая

адгезионную прочность связи между покрытием и подложкой.

Таблица 1 - Результаты испытаний адгезионной прочности связи покрытий на основе 88-НТ и 88-СА с вулканизатами

Тип наполнителя Тип каучука в резине

СКИ-3 СКЭПТ-40 СКН-18 Неопрен

Прочность клеевого шва на сдвиг, МПа

88-НТ

Без наполнителя 0,58 0,62 0,85 0,85

Полиамидные волокна 0,81

Углеродные волокна 0,56

Асбестовые волокна 0,57

Базальтовые волокна 0,64

88-СА

Без наполнителя 0,7 0,63 0,71 0,92

Полиамидные волокна 0,67

Углеродные волокна 0,82

Асбестовые волокна 1,19

Базальтовые волокна 0,70

*В таблице указаны лучшие результаты, в скобках количество наполнителя

Испытания составов 88-НТ и 88-СА в качестве огнетеплозащитных покрытий показали, что образцы на основе СКИ-3 без покрытия прогреваются до 200°С за 110с, а с нанесенным покрытием могут выдерживать более продолжительный нагрев до 310 с - для состава 88-НТ. Аналогичные результаты получены с составом 88-СА. Установлено, что наилучшие теплозащитные результаты показали покры-

тия на основе состава 88-НТ содержащие асбестовые волокна в количестве 1 - 1,5% и покрытия на основе 88-СА содержащие асбестовые волокна -1,5% (рис. 2, табл. 2).

25и СКИ с покрытием 88-СА

—•—Образцы без покрытия

200 —•—Образцы с покрытием

без модификаторов  Полизмидные волокна 1%

a iEo J 4

«

Ш ion

ß*

-•—Асбестовые волокна 1,5%

50

ЯП —•—Базальтовые волокна 1,5%

0

Э 50 100 153 200 Время, с 250 300

250 СКИ с покрытем 85-НТ

200 —•— Образцы без покрытия

Wf

of ¿150 я  Образцы с покрытием без модификаторов —с .Поиамидные волокна 1,5%

Й?

Eioo Wl ** —•—Углеродные волокна0,5%

50 J -•-Асбестовые волокна 1,5%

—1 Базальтовые волокна 1,5%

0

50 100 150 200 250 300

Бремя, с

Рис. 2 - Результаты испытаний покрытий на ог-нетеплозащитные свойства, нанесенные на подложку на основе СКИ-3

Таблица 2 - Результаты испытаний покрытий на огнетеплозащитные свойства

Показатель Время прогрева до предельного состояния, с Время прогрева до 100 °С, с Температура через 120 с, °С

88-НТ / 88-СА

Без покрытия 160 152 61,3

С покрытием без наполнителя 230 / 190 125 / 182 98,5 / 56

Полиамидные 1% 280 / 200 175 / 119 64 / 101,1

Углеродные 1% 270 / 250 155 / 176 78 / 74,7

Базальтовые 1,5% 240 / 290 207 / 215 66,2 / 71,3

Асбестовые 1,5% 310 / 300 160 / 310 80,7 / 58,5

В результате проведенных исследований было определено, что для состава 88-СА введение асбестовых волокон одновременно показали лучшие результаты как для адгезионных, так и для огнетеп-лозащитных свойств. Для состава 88-НТ по адгезионным показателям лучшими являются полиамидные волокна, которые, так же, показали хорошие результаты по огнетеплозащитным свойствам.

Таким образом, введение волокнистых наполнителей в составы на основе полихлоропрена способствует не только увеличению адгезионных, но и ог-нетеплозащитных свойств покрытий на их основе, при защите эластомерных материалов от высокотемпературного воздействия.

Работа выполнена при поддержке проекта «Разработка модификаторов и функциональных наполнителей для огне-, теплозащитных полимерных материалов» выполняемого вузом в рамках государственного задания Минобрнауки России.

Литература

1. Руденко К.Ю. Модификация клеевых составов на основе полихлоропрена волокнистыми наполнителями / Руденко К.Ю., Кейбал Н.А., Бондаренко С.Н., Каблов В.Ф. // Клеи. Герметики. Технологии. -2011. - № 12. - С. 21-23

2. Пат. 2435805 РФ, МПК C 08 L 11/00. Клеевая композиция / Кейбал Н.А., Бондаренко С.Н., Каблов В.Ф., Руденко К.Ю., Мунш Т.А. - Заявл. 17.06.2010; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34.

3. Пат. 2448997 РФ, МПК C 09 J 111/00. Клеевая композиция / Кейбал Н.А., Бондаренко С.Н., Каблов В.Ф., Руденко К.Ю. - Заявл. 17.06.2010; опубл. 27.04.2012, Бюл. № 12.

4. Кейбал Н.А., Модификация эластичных клеевых составов и покрытий элементсодержащими промоторами адгезии: монография / В.Ф. Каблов, С.Н. Бондаренко, Н.А. Кейбал. ВПИ (филиал) ВолГТУ. - Волгоград. ИУНЛ ВолГТУ, 2010. 238с.

© В. Ф. Каблов, д.т.н., проф. каф «Химическая технология полимеров и промышленная экология»; директор ВПИ (филиал) ВолгГТУ, kablov@volpi.ru; Н. А. Кейбал, д.т.н., проф. той же кафедры, keibal@mail.ru; К. Ю. Руденко, асп. той же кафедры, asistent0@gmail.com; А. А. Блинов, студент ВПИ (филиал) ВолгГТУ; А. О. Мотченко, студент ВПИ (филиал) ВолгГТУ.

© V. F. Kablov, Ph.D., professor of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" of VPI (Branch) VSTU, kablov@volpi.ru; N. A. Keybal, Ph.D., professor of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU, keibal@mail.ru; K. Y. Rudenko, graduate student of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU, asistent0@gmail.com; A. A. Blinov, student VPI (Branch) VSTU; A. O. Motchenko, student VPI (Branch) VSTU.