Показатели горючести эпоксидных композиций.
| Состав материала, масс. ч. на 100 масс. ч. ЭД-20 | Потери массы (Δm) определенные | Кис- лородный индекс, % объем. | ||
| при поджигании на воздухе | по методу «керамическая труба» ГОСТ 12.1.044-89 | |||
| ΔТ,°С | Δm,% | |||
| ЭД-20+15ПЭПА | 78 | +650 | 80 | 19 |
| ЭД-20+30NН4Сl+5ГТО+20ФД+10ПЭПА | 1,05 | -30 | 0 | 38 |
| ЭД-20+30NН4С1+5ГТО+30ТХЭФ+1 5ПЭПА | 6,6 | -30 | 0,19 | 35,5 |
| ЭД-20+30NН4С1+5ГТО+30ФОМ+15ПЭПА | 2,84 | -20 | 0,22 | 36 |
| ЭД-20+30NН4С1+5ГТО+30ФД +15ПЭПА | 0,9 | -20 | 0,13 | 36 |
| ЭД-20+30ПФА+5ГТО+30ФОМ+1 5ПЭПА | 6,09 | -20 | 0 | 40 |
| ЭД-20+30ПФА+5 сажа+30ФОМ+15ПЭПА | 3,15 | -20 | 0 | 37 |
| ЭД-20+35ПФА+35ФОМ+15ПЭПА | 0,519 | -20 | 0 | 33 |
| ЭД-20+25ПФА+5ГТ+25ФОМ+25ПЭПА | 1,38 | -20 | 0,32 | 35 |
| ЭД-20+25ПФА+5ГТО+50ФОМ+25ПЭПА | 3 | -20 | 0,1 | 36 |
Примечание: Δm - потери массы образцов, %; ΔТ- приращение температуры
Следовательно, все разработанные составы относятся к классу трудносгораемых, так как в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 к этому классу относятся материалы, для которых ΔТ<60ºC , Δm<60% и КИ>27% объем.
Таким образом в результате проведенных исследований доказана возможность направленного регулирования структуры и свойств эпоксидных полимеров, обеспечивающих придание материалам на их основе антистатических свойств и пониженной горючести.
Деформационно-прочностные свойства наполненных ПКМ зависят от соотношения компонентов в композиции.
При введении в эпоксидные композиции пластификаторов и наполнителей физико–механические свойства изменяются незначительно и находятся на уровне свойств эпоксидного полимера. А в некоторых случаях превосходят свойства ЭД-20 (табл. 13).
Так как эпоксидные смолы обладают хорошей адгезией к материалам, то их можно использовать в качестве покрытия для древесины и металла, если обеспечить огнезащиту.
Огнезащищенную древесину можно применять в качестве потолочных перекрытий, балок и в других строительных целях.
Были получены образцы древесины с покрытием составами, содержащими ЭД-20 + 30NH4Cl + 5ГТО + 30ФОМ + 25ПЭПА и ЭД-20 +
+ 30NH4Cl + 5ГТО + 30ТХЭФ + 15ПЭПА.
Таблица 13.
Физико-механические свойства эпоксидных композиций, отвержденных 25% ПЭПА.
| № п/п | Состав материала, масс. ч. на 100 масс. ч. ЭД-20 | sи, МПа | ауд, кДж/м2 | НВ, МПа |
| 1 | ЭД-20 + 15 ПЭПА | 17 | 3,5 | 110-120 |
| 2 | ЭД-20+25ПФА+5ГТ+25ФОМ | 33,25 | 4,16 | 202,7 |
| 3 | ЭД-20+25ПФА+5ГТО+25ФОМ ГТО с dч =0,14мм. | 24,57 | 4,02 | 61,4 |
| 4 | ЭД-20+25ПФА+5ГТО+25ФОМ ГТО с dч =0,63мм. | 15,2 | 3,02 | 59,6 |
| 5 | ЭД-20+30ПФА+5ГТО+30ФОМ | 27,3 | 2,3 | 57,1 |
| 6 | ЭД-20+30ПФА+5 сажа+30ФОМ | 28,5 | 3,4 | 81,2 |
| 7 | ЭД-20+30NН4С1+5ГТО+30ФОМ | 15,05 | 3,0 | 29,3 |
| 8 | ЭД20+30NН4С1+5ГТО+30ФД | 20,5 | 4,05 | 58,6 |
Состав ЭД-20+30NH4Cl+5ГТО+30ФОМ+25ПЭПА покрытия и кокса этой композиции был исследован методом эмиссионного спектрального анализа. Анализ полученных спектрограмм показал:
- образцы совпадают по минеральному составу на качественном уровне: основа - кальций, магний, натрий и, вероятно, титан и алюминий; примеси – бор, кремний, фосфор, железо, медь;
- выявлено различие между образцами по относительному количественному содержанию фосфора (таб. 14).
Горючесть полученных образцов оценивалась методом «огневой» трубы при поджигании образцов на воздухе. В пламени спиртовки покрытие древесины начинает вспениваться и образует кокс. Потери массы составляют 3,9% для состава ЭД-20+30NH4Cl+5ГТО+30ФОМ+25ПЭПА и ____% для состава ЭД-20+30NH4Cl+5ГТО+ 5ГТО+30ТХЭФ+15ПЭПА. На воздухе горение не поддерживается. Плотность образовавшегося кокса 0,0014805 г/см3 для состава ЭД-20+30NH4Cl+5ГТО+30ФОМ+25ПЭПА и ___г/см3 для состава ЭД-20+30NH4Cl+5ГТО+ 5ГТО+30ТХЭФ+15ПЭПА.
После испытаний методом «огневой» трубы образцы исследовались с помощью световой микроскопии, увеличение в 98 раз. Выявлено, что при поднесении пламени эпоксидное покрытие начинает вспениваться. Структура находящейся под покрытием древесины остается без изменений. Поэтому данное эпоксидное покрытие можно рекомендовать в качестве огнезащитного покрытия для древесины.
Таблица 14.
Расшифровка качественного и относительного количественного составов, полученных методом ЭСА.
| Элемент | Длина волны | №№ объектов | |
| Кокс ЭД-20+30NH4Cl+ 5ГТО+30ФОМ+25ПЭПА | ЭД-20+30NH4Cl+ 5ГТО+30ФОМ+25ПЭПА | ||
| B | 2496,8 | +2 | +2 |
| Si | 2516,1 | +3 | +3 |
| P | 2535,6 | +3 | +2 |
| Mn | 2576,1 | сл | сл- |
| Fe | 2598,4 | +2 | +2 |
| Mg | 2802,7 | осн | осн |
| Mo | 3170,0 | - | - |
| Cu | 3247,5 | -от сл до + | -от сл до + |
| Ag | 3280,68 | - | - |
| Cd | 3261,05 | - | - |
| Na | 3302,4 | осн | осн |
| Zn | 3345,0 | - | - |
| Ti | 3349,0 | +4 | +4 |
| Ni | 3414,8 | - | - |
| Cr | 3578,7 | - | - |
| Pb | 3883,5 | - | - |
| Al | 3082,8 | +4 | +4 |
| Ca | 3933,7 | осн | осн |
Примечание: - «+» -элемент по данной линии обнаружен, линия нормального почернения; «-» - элемент по данной линии не обнаружен; «сл» - элемент присутствует в следовых количествах; «осн.» - элемент составляет основу минеральной части исследуемого объекта; количество знаков «+» соответствует относительному содержанию элемента.
Было определено распространение пламени по поверхности неогнезащищенной и огнезащищенной древесины.
Древесина без покрытия загорается при поднесении пламени газовой горелки через 15 секунд и пламя распространяется в продольном и поперечном направлении одинаково. Скорость распространения пламени во всех направлениях одинакова и равна 30 мм/мин.
На огнезащищеной древесине загорание происходит через 50 секунд, поверхность покрытия подвспенивается (15×15 мм) и пламя после удаления источника зажигания самозатухает через 10 секунд. Поджигание проводили в течении 5 минут и скорость во всех направлениях одинакова для обоих составов и равна 3 мм/мин.
Введение в состав композиции NH4Cl, ГТО, ТХЭФ повышает коэффициент теплопроводности, табл. 15. Возрастание теплопроводности можно объяснить рассеянием фонов вследствие образования дополнительных поперечных связей.
Таблица 15.
Теплопроводность эпоксидных композиций.
| Состав, масс. ч. | Коэффи- циент теплопровод- ности, Вт/м·К | Термическое сопротив- ление, м2·К /Вт |
| ЭД-20+15ПЭПА | 0,134 | 0,111 |
| ЭД-20+30NH4Cl+15ПЭПА | 0,244 | 0,072 |
| ЭД-20+30ТХЭФ+15ПЭПА | 0,166 | 0,089 |
| ЭД-20+30NH4Cl+30ТХЭФ+15 ПЭПА | 0,216 | 0,064 |
| ЭД-20+5ГТО+15ПЭПА | 0,284 | 0,058 |
| ЭД-20+5ГТО+30ТХЭФ +15ПЭПА | 0,368 | 0,049 |
| ЭД-20+30NH4Cl+5ГТО+30ТХЭФ+15ПЭПА | 0,458 | 0,043 |
В результате повышается молекулярная подвижность, разрыхляется структура эпоксидных композиций, при этом рост числа дефектов сетки (обрывов цепи) и молекулярной подвижности обусловливает рассеивание теплового потока и, как следствие, уменьшение теплопроводности модифицированных систем.
Таким образом, получены составы, обеспечивающие придание эпоксидным полимерам диэлектрических и антистатических свойств и пониженной горючести, которые предлагается использовать для огнезащиты дерева, для покрытия по металлу.
На основании проведенных исследований выбраны композиции с оптимальным сочетанием свойств: эластичностью, хорошими диэлектрическими свойствами и пониженной горючестью.
Таблица 16
Сравнительная характеристика компаундов
| Свойства | |||
| Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | |||
| Ударная вязкость, кДж/ м2 | |||
| Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом×м | |||
| Потери массы при поджигании на воздухе, % | |||
| Коэффициент теплопровод- ности, Вт/м·К |
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:
1. Ширшова Е.С. Модифицированные эпоксидные композиции / Е.С. Ширшова, Е.В. Плакунова, Е.А. Татаринцева, Л.Г. Панова // Докл. Междунар. симпозиума «Композиты XXI века». – Саратов. – С. 125-130.
2. Ширшова Е.С. Использование гибридных наполнителей при создании эпоксидных компаундов пониженной горючести / Е.В. Плакунова, Е.С. Ширшова, Е.А. Татаринцева, В.Н. Олифиренко, Л.Г. Панова // Тезисы докладов III Всероссийской научной конференции «Физико-химия процессов переработки полимеров».- Иваново. – 2006. – С. 54-55.
3. Ширшова Е.С. Огнезащитные покрытия для древесины / Е.С. Ширшова, Е.В. Плакунова, Е.А. Татаринцева, Л.Г. Панова // Весник СГТУ. - №12. – С.
4. Ширшова Е.С. Изучение влияния модификаторов на свойства эпоксидных композиций / Е.С. Ширшова, Е.А. Татаринцева, Е.В. Плакунова, Л.Г. Панова // Пластические массы. – 2006. - №12. – С. 34-36.
5. Ширшова Е.С. Использование науглероженных наполнителей для модификации эпоксидных смол / И.А. Челышева, Е.С. Ширшова, Л.Г. Панова // Химическая промышленность сегодня. – 2007. -