Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология тугоплавких неметаллических материалов

Диссертационная работа:

Бородина Инна Александровна. Технология и физико-химические свойства композиционных материалов на основе природных силикатов и ненасыщенных полиэфирных смол : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.11 : Томск, 2005 131 c. РГБ ОД, 61:05-5/3786

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ

НАПОЛНИТЕЛЕЙ И НЕНАСЫЩЕННЫХ ПОЛИЭФИРНЫХ

СМОЛ 12

1.1. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 12

1.1.1. Состав и свойства полимерного связующего 15

1.1.2. Основные принципы выбора дисперсных наполнителей для ненасыщенных полиэфирных смол 20

/. 1.3. Структура и свойства природных силикатов 23

1.2. МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

С ПОЛИМЕРНЫМ СВЯЗУЮЩИМ 29

1.2.1. Формирование адгезионного взаимодействия 29

1.2.2. Сруктура граничного слоя 31

1.2.3. Кластеры в структуре композитов 35

1.3. СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ И НПЭС 36

1.4. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К СИНТЕЗУ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ 38

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ СИНТЕЗА, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

МАТЕРИАЛОВ, ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА 45

2.1. МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ СИЛИКАТОВ И НЕНЫСЫЩЕННОИ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ 45

2.2. ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА 46

2.3. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 48

2.3.1. Седиментационный анализ 48

2.3.2. Определение удельной площади поверхности минералов по методу

Клячко-Гурвича 48

2.3.3. Методика определения кислотно-основных свойств наполнителей..49

2.3.4. Рентгенофазовый анализ полиэфирной смолы 50

2.3.5. Модифицирование поверхности минералов 50

2.4. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 51

2.4.1. Исследование изменения вязкости в процессе отверждения КМ. 51

2.4.2. Определение усадки КМ в процессе отверждения 53

2.4.3. Хроматографический анализ летучих продуктов 54

2.5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 55

2.5.1. Термический анализ 55

2.5.2. Водопоглощение 56

2.5.3. Химическая стойкость 57

2.5.4. Физико-механические свойства 57

2.5.5. ИК-спектроскопия 59

2.5.6. Электронная микроскопия 59

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

НА ПРОЦЕСС ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 60

3.1. СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 60

3.2. ИЗМЕНЕНИЕ ВЯЗКОСТИ В ПРОЦЕССЕ ОТВЕРЖДЕНИЯ МАТЕРИАЛА 64

3.3. ИЗМЕНЕНИЕ УСАДКИ ПРИ ОТВЕРЖДЕНИИ 71

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА

ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 76

4.1. ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 76

4.2. УСТОЙЧИВОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ К ДЕЙСТВИЮ АГРЕССИВНЫХ СРЕД 83

4.3. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ СИЛИКАТОВ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 92

4.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И

ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПКМ 99

4.5. СТРУКТУРА ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИЛОВ 101

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА

ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ СИЛИКАТОВ 108

ВЫВОДЫ 113

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 115

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 117

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120 

Введение к работе:

Актуальность темы. Разработка и применение минералнаполненных полимерных композиционных материалов с высокими, эксплуатационными свойствами и новыми функциональными возможностями является важным фактором в решении экономических проблем, таких как освоение природных ресурсов Сибири и создание новых ресурсосберегающих технологий.

Актуальность создания полимерных композиционных материалов на основе природных силикатов - диопсида, волластонита и цеолита - заключается в том, что эти минералы достаточно дешевы и содержатся в большом количестве в Сибирском регионе, кроме того, они способны к образованию прочных адгезионных связей с полимерной матрицей ряда смол, таких как метилметакрилатные, полиэфирные и фурфурол ацетоновые.

Преимуществами использования полиэфирных смол в составе композиционных материалов являются: массовый промышленный выпуск, относительно небольшая стоимость, простота технологического процесса и высокие эксплуатационные свойства материалов на их основе (хорошие механические свойства, низкое водопоглощение, высокая стойкость к действию агрессивных сред). Однако недостатком этих смол является высокая объемная усадка - до 12 %, которую удается скомпенсировать высоким наполнением силикатами.

В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе еще недостаточно изучено влияние дисперсных силикатных наполнителей на физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства ненасыщенных полиэфирных смол и композиционных материалов на их основе. Для разработки и широкого применения таких материалов необходимо установить взаимосвязь между технологическими и целевыми свойствами, составом и условиями получения материалов, исследовать физико-химические процессы при отверждении.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научным

направлением кафедры неорганической химии и отдела «Новые материалы» Томского государственного университета «Химия полифункциональных материалов, объектов окружающей среды и химические технологии»; по госбюджетной теме Министерства образования РФ «Изучение физико-химических закономерностей целенаправленного синтеза и модифицирования полифункциональных материалов»; по программе Министерства образования РФ и Министерства науки и технологий. «Разработка новых строительных материалов на основе вспененного силикатного сырья и полимерных композиций с неорганическими наполнителями».

Цель диссертационной работы заключалась в разработке составов и технологии получения высоконаполненных композиционных материалов сантехнического и бытового назначения на основе природных силикатов и ненасыщенной полиэфирной смолы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

разработка композиционных материалов с учетом целевых характеристик.

- исследование физико-химических процессов, протекающих при отверждении ненаполненной полиэфирной смолы и композиций с природными силикатами.

- изучение зависимости физико-химических свойств полученных материалов от вида наполнителя, степени наполнения и способа модифицирования поверхности наполнителя: ультразвуковой активации и кислотной обработки.

- разработка технологии получения композиционных материалов на основе природных силикатов и полимерной матрицы.

- исследование физико-механических и эксплутационных свойств материалов и разработка рекомендации по их практическому использованию.

Научная новизна работы.

1. Установлено, что введение природных силикатных наполнителей

изменяет ход процесса формирования материалов, содержащих ненасыщенные полиэфирные смолы. На отверждение полиэфирных смол влияют кислотно-основные свойства и адсорбционная способность минеральных наполнителей. Волластонит и диопсид ускоряют, а цеолит замедляет этот процесс. С увеличением количества наполнителя от 30 до 60 % наблюдается усиление отмеченных эффектов. Введение волластонита и диопсида упрочняет структуру получаемых композиционных материалов, замедляет процесс их термической деструкции. Соответствующие экзотермические эффекты смещаются в сторону более высоких температур.

2. Природные силикаты волластонит и диопсид взаимодействуют с полиэфиром с образованием водородной связи и выполняют в композиционных материалах армирующую роль, что способствует увеличению механической прочности. Наиболее высокие значения прочности при сжатии обеспечиваются при введении диопсида, имеющего большую твердость, чем волластонит и цеолит. Более высокие значения прочности при растяжении и изгибе получены при введении волластонита, имеющего игольчатую форму кристаллов. Максимальный прирост деформационно-прочностных характеристик наблюдается в композиции на основе комбинированного диопсид-волластонитового наполнителя.

3. Установлено, что ультразвуковая и кислотная активация диопсида и волластонита приводит к увеличению, а активация цеолита — к уменьшению времени гелеобразования и отверждения композиционных материалов по сравнению с исходными композициями, что обусловлено изменением поверхностных свойств наполнителей и их сродства к полимеру. Использование модифицирования наполнителей приводит к возрастанию прочности композиционных материалов до 35 %.

4. Установлена максимальная степень наполнения для каждого вида минерала, при которой смесь остается технологичной: для волластонита — 55 мас.%, для диопсида - 60 мас.%, для цеолита - 50 мас.%. При таком

введении волластонита и диопсида композиционные материалы имеют водопоглощение (за 30 суток) 0,4—0,6 мас.%; термическую устойчивость 180-195°С.

Практическая ценность.

1. Разработаны составы и технология получения высоконаполненных композиционных материалов на основе природных силикатов - волластонита, диопсида и цеолита и ненасыщенной полиэфирной смолы и выявлены композиции, обладающие высокой механической прочностью, термостабильностью и низким водопоглощением.

2. Предложен способ повышения механической прочности композиционных материалов при помощи кислотной активации наполнителей, который адаптирован к технологии получения композитов.

3. Предложена технологическая схема получения композиционных материалов из природных силикатов и ненасыщенных полиэфирных смол для производства пресс-форм и упрочняющих оболочек акриловых ванн.

Реализация работы.

Полученные композиционные материалы предложены в качестве элементов конструкций изделий сантехнического и бытового назначения. На опытном производстве ОАО «Томскводпроект» апробированы композиционные материалы на основе волластонита и диопсида для изготовления технологических форм акриловой сантехники.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных, всероссийских и региональных конференциях, семинарах, в том числе: на XXXVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2000 г.); на VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем» (Москва 2002 г.); на Российской молодежной научно-практической конференции «Получение и свойства веществ и полифункциональных

материалов, диагностика, технологический менеджмент» (Томск 2004 г.); на IX Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово 2004 г.);. на V Всероссийской конференции «Керамика и композиционные материалы» (Сыктывкар 2004 г.); на Всероссийской конференции «Химия для автомобильного транспорта» (Новосибирск 2004 г.); на Российской научно-практической конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии" (Томск 2004 г.).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликованы следующие работы:

1. Козик В.В. Газовыделение при отверждении ортофталевой полиэфирной смолы / Козик В.В., Слижов Ю.Г., Гавриленко М.А., Бородина И.А. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. — 2001.-Т. 44. -вып. 5.-С. 167-168.

2. Борило Л.П. Наноструктурные тонкие пленки в качестве критерия устойчивости композиционных материалов / Борило Л.П., Козик А.В., Бородина И.А., Турецкова О.В, // Материалы VI Всероссийской (международной) конф. «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем». — М: МИФИ, 2002.-С. 414-415.

3. Козик В.В. Исследование свойств полимерных композиционных материалов на основе полиэфирной смолы и диопсида / Козик В.В., Бородина И.А., Борило Л.П., Слижов ЮТ. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология, — 2004. — Т. 47. - вып.1. — С. 112-115.

4. Бородина И.А. Синтез и изучение свойств композиционных материалов на основе природных минералов и ненасыщенной полиэфирной смолы // Материалы Российской молодежной науч.-практ. конф. «Получение и свойства веществ и полифункциональных материалов, диагностика, технологический менеджмент». — Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2004. - С. 10-11.

5. Бородина И.А. Полимерные композиционные материалы на основе природных минералов и ортофталевой полиэфирной смолы / Бородина И.А., Козик В.В., Борило Л.П. // Доклады IX междунар. конф. «Физико-химические процессы в неорганических материалах». - Кемерово, 2004, - С. 487-488.

6. Заболотская А.В. Разработка технологий получения и изучения физико-химических свойств композиционных материалов на основе природных силикатов / Заболотская А.В., Мухин А.С., Бородина И.А. // Тезисы V Всероссийской конф. «Керамика и композиционные материалы». - Сыктывкар: КомиНЦ УрО РАН, 2004 - С. 172.

7. Бородина И.А. Композиционные материалы на основе волластонита и ненасыщенной полиэфирной смолы / Бородина И. А., Козик В.В. // Материалы Всероссийской конф. «Химия для автомобильного транспорта». — Новосибирск, 2004. -С. 52-55.

8. Бородина И.А. Синтез полимерных композиционных материалов на основе полиэфирных смол и природных силикатов / Бородина И.А., Козик В.В., Борило Л.П. // Материалы Российской науч.-практ. конф, «Полифункциональные химические материалы и технологии». - Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2004. - С. 24-25.

9. Бородина И.А, Композиционные материалы на основе природных силикатов и ненасыщенной полиэфирной смолы // Материалы VIII Всероссийской с международным участием конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и образование». - Томск, 2004.—С. 4344.

10. Бородина И.А. Влияние природных силикатов на отверждение ненасыщенных полиэфирных смол / Бородина И.А., Козик В.В., Борило Л.П. // Известия Томского политехнического университета. - 2005, - Т. 308. - №3 — С. 118-122.

Подобные работы
Заболотская Анастасия Владимировна
Технология и физико-химические свойства пористых композиционных материалов на основе жидкого стекла и природных силикатов
Борило Лариса Николаевна
Технология и физико-химические свойства тонкопленочных материалов на основе системы двойных оксидов ZrO2-GeO2
Лисеенко Ольга Владимировна
Технология и физико-химические свойства тонкопленочных материалов на основе двойных оксидов Ta2O5La2O3
Будницкая Юлия Юрьевна
Конструирование и технология получения оксидных покрытий с заданными физико-химическими свойствами в импульсном микроплазменном режиме
Савченко Наталья Сергеевна
Синтез и исследование свойств конструкционных и функциональных материалов на основе оксида кремния (IV)
Крашенинникова Надежда Сергеевна
Физико-химические процессы при уплотнении стекольных шихт и совершенствование технологии их приготовления
Архипова Надежда Александровна
Синтез, физико-химические свойства и структура кальциевосиликатных стекол с оксидами цинка, стронция, бария
Боброва Галина Ивановна
Слюдофосфатные материалы. Технология, свойства, применение
Грязнов Роман Васильевич
Технология и свойства тонкопленочных материалов ZrO2 - SiO2
Красный Борис Лазаревич
Огнеупорные и строительные материалы на основе фосфатных связующих

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net