Физико-механические характеристики базальтопластиков на основе базальтовых нитей разных производителей

В настоящее время проблема получения армированных пластиков на основе термостойких, прочных и химически стойких волокон из недефицитного и дешевого сырья становится важнейшей. Базальтовые нити (БН) из природного минерала базальта обладают высокими прочностными и упругими характеристиками, электроизоляционными свойствами, термостойкостью и химической стойкостью, особенно к действию щелочных сред [1].

Учитывая перспективность БН, кафедра химической технологии Саратовского государственного технического университета с 2002 г. концентрирует свои научно-технические исследования на армировании полимерных композиционных материалов (ПКМ) базальтовыми волокнами. На данном этапе исследований и разработок нами используются комплексные базальтовые нити БН-У производства Беличевского завода (Украина), БН-К (Красноярска), БН-Б (Брянска) и БН – 1 и БН – 2 (НИИ «Графит», г.Москва).

Получение ПКМ на основе БН проводится по интеркаляционной ресурсосберегающей технологии (ИТ). Сущность процесса поликонденсационного наполнения заключается в том, что для формирования полимерной матрицы пропитка нитей осуществляется не фенолоформальдегидной смолой (традиционный способ), а смесью мономеров – фенола с формальдегидом и катализатором NaОН. Речь идет о принципиально новом процессе взаимодействия полимерное связующее - армирующая нить, основанного на интеркаляции (внедрении) смеси мономеров в структуру нитей с последующим синтезом олигомеров в виде ультратонких полиструктур в порах, дефектах, трещинах и на поверхности нитей [2]. Такие БП по сравнению с аналогами, полученными по традиционной смесевой технологии (путем пропитки готовой фенолоформальдегидной смолой), характеризуются повышенными физико-механическими характеристиками (табл.1).

Таблица 1

Сравнительные характеристики ПКМ, полученных по ИТ и традиционному способу на базальтовых нитях различных производителей

Примечание: в знаменателе - базальтопластик, полученный традиционной пропиткой нитей готовой смолой

Анализ полученных экспериментальных данных (табл.1) свидетельствует, что физико-химические и механические свойства БП, полученных ИТ, выше для ПКМ на основе базальтовых нитей брянского и красноярского производства. В целом по физико-химическим и механическим свойствам базальтопластики на основе БН разных производителей образуют ряд: БН-Б > БН-К > БН-У > БН-1 > БН-2.

Эти результаты послужили основанием для изучения методом ИКС взаимодействия БН с фенолформальдегидным связующим в процессе формирования БП (см. рисунок).

Обобщая полученные по ИКС данные (см. рисунок), можно сделать следующий вывод: поскольку изменения в ИК-спектрах всех образцов наблюдаются в области валентных и деформационных колебаний ОН-групп (3440-3400 см-1), молекул кристаллизационной воды (2960-2820 см-1), поверхностных гидроксилов базальтовых волокон [O3 Si - OH ]3- (2390-2340 см-1), то взаимодействие с ними фенолформальдегидного связующего осуществляется преимущественно посредством ОН-групп. Поверхность БН гидратирована и содержащиеся на ней силанольные группы, Si-OH, взаимодействуют с функциональными группами связующего. Силанольные группы обладают способностью катализировать поликонденсацию мономеров. Атом водорода в поверхностных силанольных группах очень подвижен и легко вступает в реакции замещения; он может быть замещен на фенольный радикал, на группу CH2.