Бийский технологический институт (филиал)




НазваниеБийский технологический институт (филиал)
страница9/15
Дата03.02.2016
Размер4.12 Kb.
ТипТезисы
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   15

Исследование физико-химических свойств композиционных материалов на основе ацетилированной древесины и

соединений магния


Н.В. Игнатова, Д.А. Шевченко, В.А. Новоженов, М.В. Ефанов


Алтайский государственный университет

г. Барнаул, пр. Ленина, 61; Е – mail: ignatova-natalya@yandex.ru


В последнее время решаются вопросы экономичности производства, безотходности использования сырья при одновременном улучшении экологической ситуации.

Одним из возможных путей решения проблем является изготовление материалов на основе растительного сырья, в частности на основе или с включением в состав композиции древесины, как ежегодно возобновляемого и нетоксичного сырья.

Традиционно для изготовления древесных композиционных материалов (например, древесностружечных и древесноволокнистых плит) используют синтетические термореактивные смолы, приготовленные на основе мочевины, фенолов, формальдегида или изоцианатов) [1]. Производителям в процессе их создания, а потребителям во время эксплуатации приходится сталкиваться с трудноразрешимыми проблемами. Во-первых, синтетические связующие дороги, их стоимость может составлять до 50 % стоимости готового материала. Во-вторых, в процессе эксплуатации такой конструкционный материал выделяет в окружающую среду большое количество летучих компонентов, оказывающих неблагоприятное воздействие на живые организмы. В связи с этим не прекращается поиск решения проблемы использования термореактивных смол и волокнистых материалов на их основе, а также поиск новых связующих веществ в мебельной промышленности и жилищном строительстве.

В работе [2] разработан новый подход к безотходному химическому модифицированию всего лигноуглеводного комплекса древесины осины ацетилированием с применением предварительной кавитационной обработки и использованием при этерификации мягкого катализатора (сульфата аммония), которые позволяют проводить процесс наиболее полного модифицирования древесины без применения токсичных и дорогих органических растворителей.

Изучены свойства продуктов этерификации древесины. Установлено, что полученные продукты ацетилирования содержат до 48 %, связанных ацетильных групп, растворимы в хлороформе до 84 %, обладают термопластичными свойствами, относительно термически устойчивы до 120 ºС и могут быть использованы в качестве термопластичного связующего для получения композиционных материалов.

В настоящей работе на основе ацетилированной древесины осины методом наполнения с последующей термообработкой при 120 ºС и прессованием под давлением 3 МПа получены композиционные материалы (КМ), содержащие в качестве наполнителей соединения магния (соли и гидроксид), вводимые в количествах от 10 до 90 % по массе. Полученные материалы имеют предел разрушения 449 кг/см2 при 70 масс.% содержании хлорида магния и 327 кг/см2 при 70 масс.% содержании гидроксида магния; обладают диэлектрическими свойствами (удельное сопротивление превышает 106 Ом ∙ см).

Методом дифференциального термического анализа изучена термическая устойчивость образцов КМ. Данные термограмм указывают на относительно хорошую устойчивость материалов вплоть до 145 ºС.

Изучение ИК-спекторов КМ показало, что основные полосы поглощения, характерные для связующего, наблюдаются в спектрах всех КМ при незначительном изменении их интенсивностей. При этом в спектре образца композиционного материала, содержащего в качестве наполнителя гидроксид магния, наблюдается резкое разрешение полосы поглощения в области 3800-3000 см-1, ответственной за колебания гидроксильных групп, вовлечённых во внутри- и межмолекулярные водородные связи.

Кроме того, установлено, что при увеличении в образцах КМ содержания модифицированной древесины (уменьшении содержания наполнителей соответственно) улучшаются гидрофобные свойства, что в свою очередь обусловлено гидрофобностью самой ацетилированной древесины [3]. Полученные нами материалы имеют довольно низкую влажность до 8,3 % и обладают хорошими гидрофобными свойствами (водопоглощение до 1,7 % и водоразбухание по толщине менее 1 %) при 90 %-ном содержании МД.

Таким образом, разработан и реализован способ получения новых строительных и отделочных композиционных материалов из модифицированной ацетилированием древесины осины и неорганических наполнителей, позволяющий изготавливать композиты, обладающие хорошими техническими и экологическими характеристиками, и снижать затраты на их получение, решая вопросы экономичности производства, безотходности использования сырья.

Список используемой литературы

1. English, B. Lignocellulosic Composites [Text]/ B. English, J.A. Yongquist, A.M. Krzysik // Cellulosic polymers, blends and composites: collection articles. – New York, 1994. – S. 115–130.

2. Ефанов, М.В. Физико-химические свойства ацетилированной древесины осины, подвергнутой кавитационной предобработке [Текст] / М.В. Ефанов, Н.В. Игнатова, В.А. НовоженовВ.А. // Пластические массы. − 2006. − № 9. − С. 40−41.

3. Базарнова, Н.Г. Химические превращения древесины в реакциях О-алкилирования и этерификации [Текст] : автореферат дис. … докт. хим. наук: 05.21.03 : утв. / Базарнова Наталья Григорьевна. – Красноярск, 1999. – 40 с.

Оптимизация технологии вспенивания

карбамидоформальдегидных смол


А.В. Кайзер, ЕА. Новиковский, Е.С. Ананьева


Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова, пр. Ленина 46; E-mail: a-kaiser@mail.ru


Теплоизоляционные материалы на основе вспененных карбамидоформальдегидных смол имеют ряд преимуществ перед другими вспененными полимерными материалами. Эти пенопласты не горючи, относятся к группе горючести Г1, для их производства может использоваться не дорогостоящее сырьё российского производства, технология вспенивания проста в исполнении и не требует дорогостоящего оборудования. Заливка пенопласта может производиться как в формы в условиях цеха, так и в технологические полости в кладке стен зданий на месте строительства.

Принцип вспенивания карбамидоформальдегидных смол заключается в пропускание смеси смолы, отвердителя, поверхностно активного вещества и сжатого воздуха через пеногенератор, представляющий из себя цилиндр, заполненный пористым материалом. Прохождение смеси жидких компонентов и воздуха через поры пеногенератора приводит к образованию суфлеобразной массы, подаваемой по рукаву в заливочную форму.

На рисунке 1 приведена схема газожидкостной установки, используемой для получения карбамидоформальдегидных пенопластов.



Рисунок 1 – Блок-схема газожидкостной установки

Из бака 2 смола подается в смеситель. В баке 3 находится водный раствор АБСК и ортофосфорной кислоты в заранее заданных соотношениях. В гомогенизаторе 4 при прохождении жидкостей и воздуха через пористый наполнитель происходит смешение компонентов и образование полимерной пены. Через выходное отверстие пена подается в формы, где отверждается в течение 3-х часов. Затем формы вскрываются, и пена нарезается на плиты необходимых размеров.

Преимущества метода: возможность получения сверхлегких пен (плотностью от 20 кг/м3) с высокими коэффициентами вспенивания (25 – по смеси смолы и вспенивателя, 50 – по смоле), большая производительность (6-10 м3/час).

В ходе работы с первоначальным вариантом установки, был выявлен ряд существенных недостатков:

  смесь раствор вспенивателя (вода, АБСК, ортофосфорная кислота) и карбамидоформальдегидной смолы обладает повышенной реакционной способностью, и при её транспортировки по шлангу до гомогенизатора, начинает отверждаться на стенках системы подачи, тем самым засоряет её, приводя к возрастанию рабочего давления установки, что в свою очередь снижает производительность в целом;

  предварительное смешение двух жидких компонентов приводит к возрастанию вязкости раствора и снижает коэффициент вспенивания.

  данный метод не позволяет достичь высокой степени смешения компонентов.

Изначально предлагалось смешивать раствор отвердителя и пенообразователя со смолой еще перед подачей в пеногенератор, но при таком методе пеногенератор быстро забивается, что приводит к аварийной остановке установки. Поэтому был сделан вывод, что в процессе вспенивания смеси компонентов должно производиться самоочищение пеногенератора. Этот процесс возможен только при динамическом смешивании всех компонентов в высокоскоростном смесителе. В качестве такого смесителя был использован ротационный насос с частотой вращения 2700 об/мин. Это позволило повысить равномерность смешивания компонентов пенопласта и исключить проблему забивания пеногенератора.

Также необходимо было решить проблему точности дозирования компонентов, так как невозможно обеспечить высокую точность дозирования компонентов с использованием ротационных насосов подачи. Поэтому ротационные насосы были заменены на шестерёнчатые марки НШ-4Г-3, которые обладают прямой зависимостью между количеством оборотов вала и расходом подаваемой жидкости. В качестве привода были использованы асинхронные двигатели с частотой вращения вала 2750 об/мин. и мощностью 1,1 кВт. Для регулирования частоты вращения двигателя были использованы частотные преобразователи Веспер Е2-8300.

Схема модернизированной установки приведена на рисунке 2.



Рисунок 2 – Схема газожидкостной установки после модернизации


При изготовлении карбамидоформальдегидного пенопласта на основе смолы марки ВПС Г в качестве отвердителя используется ортофосфорная кислота, являющаяся высоко опасным веществом. Ее использование негативно сказывается на здоровье рабочих, занятых на производстве. Поэтому требуется замена ее на менее опасный отвердитель с целью снижения вредности производства предлагаемого материала.

Стоит заметить, что при изготовлении данного типа пенопластов используется большое количество воды в объёме равном объёму использованной смолы. Впоследствии приходится вводить операцию сушки пенопласта. Это приводит к значительной усадке пенопласта (10-15%), увеличению времени изготовления материала и необходимости организации на производстве специальных помещений для сушки плит утеплителя. Поэтому, второй целью является снижение количества воды, используемой при изготовлении пенопласта.

Для снижения вредности производства, ортофосфорная кислота была заменена лимонной. В ходе экспериментов было выявлено, что лимонная кислота (ЛК) может использоваться как эффективный отвердитель для данной марки смолы. При этом ЛК относится к умеренно опасным веществам (III класс), а ортофосфорная – к высоко опасным (II класс). Стоит отметить, что использование ЛК не привело к удорожанию материала. Было установлено, что посредством изменения концентрации раствора лимонной кислоты и его соотношения со смолой, возможно регулировать время отверждения композиции от 5 до 25 минут. Всего было изготовлено 60 композиций с варьированием процентных соотношений компонентов и концентрации раствора отвердителя. Ниже приведены варианты компонентных составов и время их отверждения:

ВПС-Г – 10 ч.; Отвердитель (лимонная кислота 30% водный раствор) – 3 ч., пенообразователь (АБСК) – 0,02 ч. Время отверждения 5 минут.

ВПС-Г – 10 ч.; Отвердитель (лимонная кислота 30% водный раствор) – 1,5 ч., пенообразователь (АБСК) – 0,02 ч. Время отверждения 9 минут.

ВПС-Г – 10 ч.; Отвердитель (лимонная кислота 30% водный раствор) – 0,8 ч., пенообразователь (АБСК) – 0,02 ч. Время отверждения 15 минут.

ВПС-Г – 10 ч.; Отвердитель (лимонная кислота 30% водный раствор) – 0,6 ч., пенообразователь (АБСК) – 0,02 ч. Время отверждения 20 минут.

ВПС-Г – 10 ч.; Отвердитель (лимонная кислота 17% водный раствор) – 1 ч., пенообразователь (АБСК) – 0,02 ч. Время отверждения 25 минут.


Оптимизация физико-механических свойств стеклопластиков конструкционного назначения


А.В. Кайзер, Ф.М. Бетеньков, Е.С. Ананьева


Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46; E-mail: bfm1982@yandex.ru


В последние годы композиционные материалы находят все более широкое применение как перспективные строительные материалы. Наиболее востребованными оказались стеклопластики, так как они являются недорогостоящими материалами по сравнению с угле- и органопластиками, обладают высокими механическими характеристиками, за счёт отсутствия собственной интенсивной окраски, им можно придавать нужный цвет и фактуру, что повышает их потребительские характеристики.

В тоже время технология изготовления стеклопластиков, так же как и их компонентный состав, далеки от совершенства и нуждаются в модификации. Следует заметить, что при проектировании строительных конструкционных материалов, необходимо исследовать поведение их эксплуатационных характеристик в условиях окружающей среды, при циклически меняющихся температурных режимах. Потому, целью данной работы является подбор оптимального по физико-механическим и технологическим параметрам компонентного состава стеклопластика на основе эпоксидной дисперсно-наполненной матрицы, исследование его физико-механических характеристик и влияния на них циклических криогенных температур.

Одним из методов улучшения свойств полимерных композиционных материалов, является модификация матрицы дисперсным наполнителем, в качестве которого был выбран волластонит марки «Воксил – М100». Его игольчатая структура позволяет создать в материале эффект микроармирования, введение частиц увеличивает адгезию связующего к волокнистому наполнителю – стеклоткани.

В ходе исследования были изготовлены образцы на основе эпоксидных смол марок ЭД 22 и Epikote 828 с использованием стеклоткани ЭЗ 200. Производилось наполнение матрицы дисперсными частицами волластонита с варьированием их массовой доли (м.д.) от 0 до 0,3 (от общей массы связующего, с шагом 0,5).

Исследования проводились низкочастотным акустическим методом на обратном крутильном маятнике с частотой 1 Гц. Из экспериментальных результатов рассчитывались: динамический модуль сдвига (G`) и тангенс угла механических потерь (tgδ). Погрешность измерения G` для полимерных композиционных материалов (ПКМ) с G`≥108 Па составляет 3%. В том случае, когда G`=105–106 Па, погрешность возрастает до 7%. Погрешность измерения тангенса угла механических потерь для ПКМ с G`≥108 Па составляет 3%.

Так как результаты проводимых ранее исследований показали стабильное поведение динамического модуля сдвига стеклопластиков на основе эпоксидных матриц в интервале температур от  120 до 00С, было решено изменить температурный интервал проведения измерений до промежутка 20 – 1500С, исключив область исследований при отрицательных температурах [1].

В результате исследований были получены экспериментальные зависимости динамического модуля сдвига (G`) от температуры для серий дисперсно-наполненных образцов (рисунок 1, 2).




Рисунок 1 – Зависимость модуля сдвига (G`) от температуры (Т) для дисперсно-наполненных образцов стеклопластиков на основе

эпоксидной смолы марки «ЭД-22»





Рисунок 2 – Зависимость модуля сдвига (G`) от температуры (Т) для дисперсно-наполненных образцов стеклопластиков на основе

эпоксидной смолы марки «Epikote 828»




Рисунок 3 – Зависимость температуры стеклования (Т,0С) от

процентного содержания наполнителя


Результаты анализа экспериментальных данных:

1) Для образцов на основе эпоксидной смолы марки ЭД-22 (рисунок 1):

Введение дисперсного наполнителя волластонит «Воксил-М100» приводит к незначительному изменению модуля сдвига в интервале температур 20-50 0С. Максимальное значение G` достигается при введении 0,25 массовых долей (м.д.) наполнителя.

Максимальное значение температуры стеклования (105 0С) достигается при введении 0,1 м.д. наполнителя (рисунок 3).

Значения модуля сдвига для образца с содержанием наполнителя 0,1 м.д. остается стабильным в более широком интервале температур (20-105 0С).

При изготовлении образцов было замечено, что введение
0,25 м.д. наполнителя (и более) приводит к резкому возрастанию вязкости композиции, что значительно затрудняет пропитку стекломатериала.

Таким образом, образцы стеклопластика на основе эпоксидной смолы марки ЭД 22 с 0,1 м.д. наполнителя волластонит «Воксил М100» обладают более высокими физико-механическими характеристиками, по сравнению с исходной композицией.

2) Для образцов на основе эпоксидной смолы марки Epikote-828 (рисунок 2):

Модуль сдвига достигает максимального значения при содержании 0,2 м.д. наполнителя.

Изменение температуры стеклования незначительно (рису-
нок 3).

Композиции на основе связующего Epikote-828 показывают более высокие физико-механические характеристики, чем на основе
ЭД-22. Помимо этого, смола Epikote-828 обладает меньшей вязкостью, что положительно сказывается на технологичности процесса изготовления стеклопластиков с её использованием.

Таким образом, композиция стеклопластика на основе эпоксидной смолы марки Epikote 828 с 0,2 м.д. дисперсного наполнителя волластонит марки «Воксил-М100» является оптимальной по исследуемым параметрам.

Так как образцы на основе связующего Epikote-828 показали более высокие физико-механические и технологические характеристики, они были подвергнуты термоциклированию в среде жидкого азота (32 цикла). Затем были проведены измерения их вязкоупругих характеристик (рисунок 4).




Рисунок 4 – Зависимость модуля сдвига (G`) от температуры (Т)
для дисперсно-наполненных образцов стеклопластиков
на основе эпоксидной смолы марки «Epikote-828» после
32-х циклов охлаждения жидким азотом


Анализируя полученные данные, замечаем, что значение модуля сдвига у образцов с содержанием наполнителя волластонит марки «Воксил-М100» от 0 до 0,2 м.д. меняется незначительно, что свидетельствует об их высокой устойчивости к циклическому воздействию криогенных температур в интервале от 0 до  1900С. Поэтому, такие материалы могут применяться не только как перспективные строительные, но и как конструкционные материалы для изготовления деталей и оборудования, работающих при экстремально низких температурах.

Так же замечаем, что у образцов с содержанием 0,25 и 0,3 м.д. волластонита модуль сдвига незначительно возрастает. Данный результат является весьма интересным и требует более подробного исследования, что будет осуществлено в дальнейших работах.

Список используемой литературы

1. А.В.Кайзер, Ф.М.Бетеньков. Полимеры, композиционные материалы и наполнители для них // Материалы I-ой Региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Полимер-2007». Бийск: БТИ АлтГТУ, 2007, С.34-35.

1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   15

Похожие:

Бийский технологический институт (филиал) iconБийский технологический институт (филиал)
Работа подготовлена на кафедре производственной безопасности и управления качеством
Бийский технологический институт (филиал) iconБийский технологический институт (филиал)
«Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» / Т. Н. Зырянова; Алт...
Бийский технологический институт (филиал) iconБийский технологический институт (филиал)
В методических рекомендациях представлены тексты для развития навыков компресии: пересказа, аннотирования, реферирования. Материалом...
Бийский технологический институт (филиал) iconБийский технологический институт (филиал)
Основы обеспечения качества: методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы и изучению дисциплины «Основы обеспечения...
Бийский технологический институт (филиал) iconДимитровградский инженерно-технологический институт филиал нияу мифи
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Бийский технологический институт (филиал) icon1. Схемотехнические проблемы построения цифровых узлов и устройств
Трёхгорный технологический институт – филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
Бийский технологический институт (филиал) iconМинистерство образования и науки РФ старооскольский технологический институт им. А. А. Угарова
Филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования
Бийский технологический институт (филиал) iconРоссийской Федерации Саратовский государственный технический университет Технологический институт (филиал) сгту кафедра Материаловедение
Определение геометрических параметров шарнирного четырехзвенника. Построение плана положений механизма
Бийский технологический институт (филиал) icon«Донской государственный технический университет» Администрация г. Азова
Азовский технологический институт – филиал дгту проводит II региональную научно-практическую конференцию «Модернизация российской...
Бийский технологический институт (филиал) iconСписок членов совета учебно-методического объединения высших учебных заведений РФ по образованию в области авиации, ракетостроения и космоса (умо арк)
Арсеньевский технологический институт (филиал) Дальневосточного федерального университета (двпи имени В. В. Куйбышева)
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница