Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование типа и содержания наполнителей на термостабильность эластомерных композиций

Сведения об участнике
ФИО
Лапина Анна Геннадьевна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Химическая технология. Химическая промышленность
Тема
Исследование типа и содержания наполнителей на термостабильность эластомерных композиций
Резюме
Проводились исследования алюмосиликатных (МСФ) и корундовых (КСФ) полых микросфер в качестве целевой добавки для повышения огнетеплостойкости теплозащитных материалов.

Проведенные испытания показали преимущество алюмосиликатных микросфер перед корундовыми по комплексу свойств. Установлено, что введение МСФ (1-5 масс.ч.) способствует повышению прочности (на 23-42 %) и огнетеплостойкости (в 2,3-2,7 раза) образцов, что быть связано с тем, что поверхность МСФ является более активной в поверхностно-химических взаимодействиях, за счет которых образуются дополнительные координационные связи.

Работа выполнялась в рамках СЧ ОКР 7/107-15 «Барьер-ВПИ»
Ключевые слова
Эластомеры, теплозащитные материалы, алюмосиликатные микросферы, корундовые микросферы, наполнители
Цели и задачи
Цель – исследование влияния полых микросфер на теплостойкость эластомерных композиций.
Задачи:
разработка рецепта резиновой смеси;
определение влияния типа, дисперсности и содержания микросфер на физико-механические показатели вулканизатов;
определение влияния типа, дисперсности и содержания микросфер на огнетеплостойкость вулканизатов.
Введение

Развитие современной техники требует расширения пределов использования материалов, огнетеплозащитный эффект которых реализуется за счет наличия в их составе антипиренов и компонентов с низкой теплопроводностью. К таким продуктам относятся полые микросферы, теплопроводность которых на порядок меньше чем у эластомерной матрицы. Микросферы входят в состав высокопрочных легких бетонов, огнезащитных покрытий, теплоизоляционной керамики. Однако использование микросфер в эластомерных ТЗМ исследовано не достаточно широко, что определяет актуальность данной работы.

Методы и материалы

В работе исследовалось влияние полых алюмосиликатных и корундовых микросфер на свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе этилен-пропилендиенового каучука с серной вулканизующей группой. 

Исследование кинетики вулканизации резиновых смесей проводилось в соответствии со стандартом «Резиновые смеси. Метод определения вулканизационных характеристик на вулкаметре» на реометре MDR 3000. Методика проведения физико-механических испытаний – ГОСТ 270-75, испытания проводились на разрывной машине РМИ-50, при температуре Т = 25 оС и скорости перемещения активного захвата разрывной машины – 500 мм/мин. Плотность вулканизатов резиновых смесей определялась в соответствии с ГОСТ 267-73 гидростатическим методом. Для оценки теплостойкости полученных вулканизатов определялась температура на необогреваемой поверхности образца толщиной 12 мм при действии на него открытого пламени плазматрона. На поверхности создавалась температура 2500 оС.

Описание и обсуждение результатов

Установлено, что введение МСФ диаметром 20-100 мкм уже в малых количествах (1-5 масс.ч.) способствует повышению прочности (на 23-42 %) и огнетеплостойкости (в 2,3-2,7 раза) образцов. При этом наблюдается замедление кинетики прогрева массива образца с одновременным уменьшением потери массы при прогреве.

Результаты дифференциально-термического анализа (дериватограф Q-1500 D-V1326, атмосфера – воздух) подтверждают эффективность использования микросфер – введение исследуемых добавок приводит к увеличению  температуры максимальной потери массы с 458 оС до 475 оС. Дополнительным положительным фактором является увеличение коксового остатка на 16 % и увеличение площади эндотермического пика на 61 %, что свидетельствует о протекающих при нагревании энергоемких процессах, способствующих повышению теплозащитной эффективности материала.

Исследование теплофизических характеристик показало, что введение микросфер позволяет снизить теплопроводность эластомерной композиции на 8 %. Улучшение теплофизических характеристик материала может быть связано с тем, что диаметр микросфер в диапазоне 20-100 мкм, соразмерен с длиной волны теплового инфракрасного излучения, что обеспечивает условия его максимального поглощения микросферами.

Для исследования влияния размеров КСФ на комплекс свойств теплозащитных материалов использовались фракции диаметрами 0-40, 40-70 и 70-100 мкм. Установлено, что с увеличением диаметра частиц и их содержания происходит снижение прочностных и огнетеплозащитных свойств.

Таким образом, проведенные испытания показали преимущество алюмосиликатных микросфер перед корундовыми по физико-механическим и теплофизическим характеристикам. Это может быть связано с тем, что поверхность МСФ, в отличие от КСФ, является более активной в поверхностно-химических взаимодействиях, за счет которых образуются дополнительные координационные связи.

 

Используемые источники
1. Замедлители горения для полимеров С. М. Ломакин, Г.Е. Заиков, А.К. Микитаев, А.М. Кочнев, О.В. Стоянов, В.Ф. Шкодич, С.В. Наумов. Вестник Казанского технологического университета. 2012. №7 (15). С. 71-86
2. Тепло-, термо- и огнестойкость полимерных материалов Ю.А. Михайлин. СПб.: Научные основы и технологии, 2011. – 416 с.
3. Терморасширяющиеся полимерные композиционные материалы Р.В. Кропачев, В.В. Новокшонов, С.И. Вольфсон, С.Н. Михайлова. Вестник Казанского технологического университета. 2015. №5 (18). С. 60-63
4. Изготовление микросферы на Беловской ГРЭС. Территория нефтегаз. 2014. №12. С. 115-117
Information about the project
Surname Name
Lapina Anna
Project title
The influence of type and filler content on the thermal stability of elastomeric compositions
Summary of the project
Investigation of aluminosilicate (MSF) and corundum (CSF) hollow microspheres as targeted additives to improve heat resistance of heat-shielding materials in the elastomeric compositions was carried out.

Thus, our tests have shown the advantage of aluminosilicate microspheres before corundum on physical, mechanical, and thermal characteristics. It is found that the introduction of MSF already in small amounts (1-5 pbw) helps to increase the strength (at 23-42%) and fire-heat resistance (to 2.3-2.7 times) samples. This may be due to the fact that the surface of the MSF unlike CSF is active in a surface-chemical interactions of which are formed due to the additional coordination bonds.

Research carried out in the framework of work unit of development effort 7 / 107-15 "Barrier-VPI"
Keywords
Elastomers, heatproof materials, aluminosilicate microspheres, corundum microspheres, fillers