Введение к работе
' 1 ' .
- Л
u < ~і ^актуальность темы. Стеклопластики , обладающие высокой
прочностью и химической стойкостью к агрессивным средам, низ-" кой плотностью и рядом других ценных свойств, успешно конкурируют (как конструкционный материал) со сталью, цветными металлами и сплавами в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в самолето- и ракетостроении.
Высокие эксплуатационные свойства стеклопластиков обусловлены реализацией в полимерном композите свойств стеклянных волокон. Это достигается, в- основном, созданием оптимальных свойств ка границе раздела Фаз в композиционном материале, обеспечивающих хорошую адгезию полимерной матрицы к стеклянному волокну и сохранение ценных свойсти армирующего компонента в пластике. Использование аппретированных кремнийор-гакическими соединениями стекловолокон для армирования полимеров приводит к увеличению адгезии на границе раздела и, как следствие, к повышению в 1.5-2.0 раза физико-механических характеристик композитов и сохранению их при эксплуатации в агрессивных средах. Поэтому на современном этапе изучения резервов повышения прочности полимерных композитов исследование механизма аппретирования армирующих компонентов пластиков является актуальным.
Согласно общепринятой теории химической связи максимальная адгезия полимерной матрицы к.лстеклянному волокну, определяющая в значительной степени эксплуатационные характеристики стеклопластиков, обуславливается образованием ковалент-ной связи между активными центрами поверхности волокон, функциональными группами аппрета и полимерной матрицей. Для понимания механизма аппретирования стеклянных волокон необходимы сведения на атомно-молекулярном уровне о природе и свойствах активных центров поверхности волокон и характере их взаимодействия с функциональными группами кремнийерганических аппретов. Подобная информация в литературе практически отсутствует.
l-123/jr
Нелыо работы являлось:
-
Изучение структуры и свойств поверхности кварцевых и магниевоалюмосиликатных волокон.
-
Исследование влияния масштабного фактора (диаметра) и элементного состава на активность поверхности кварцевых и магниевоалюмосиликатных волокон в реакциях с крекнийоргани-ческими соединениями.
-
Определение условий образования ковалентной связи на границе "стекловолокно-аппрет" и оценка влияния активных центров поверхности кварцевых и магниевоалюмосиликатных волокон на структуру кремнийорганического аппрета.
Научная новизна. Данная работа является первым шагом в исследовании химии поверхности стеклянных волокон. В результате проведенных исследований впервые установлено качественное различие в химии поверхности стеклянных волокон и высокодисперсных кремнезскоз. Онс заключается в том,что па поверхности кварцевых и магниевоалюмосиликатных волокон, кроме изолированных и связанных Н-связью гидроксильных групп присутствуют также реакционноспособные, "напряженные" силоксановые мостики, способные участвовать в хемосорбции аппретов.
Показано, что поверхностная активность стеклянных воло-кон, степень гидроксилирования их поверхности определяются элементным составом, а в пределах одного состава - диаметром волокон.
Обнаружена зависимость концентрации поверхностных активных центров кварцевого и магниевоалюмосиликатных волокон типа УП-67, БМ-П и ВМ-1 от температуры их формования, обуславливающей скорость охлаждения.
Установлено различие в концентрации щелочных и щелочноземельных элементов на поверхности и в "об'єме" магниевоалюмосиликатных ВОЛОКОп.
Показано, что активные центры поверхности кристаллического и стеклообразного (волокно) кварца влияют на структуру модельного аппрета - продуктов гидролитической поликонденсации диметилдихлорсилана и диметилдиэтоксисилана.
Псактичегкая ценность. Созданы методические подходы к
исследованию структуры и свойств поверхности стеклянных волокон, характеризующихся малой удельной поверхностью (10-2-10-1
М*/Г).
Разработана масс - спектральная методика количественной оценки поверхностной активности стеклянных волокон ПС хемо-сорбции гексаметилдисилаэанд.
Выявлена корреляция между температурой формования волокон и концентрацией активных по отношению к кремнийорганичес-ким соединениям центров на их поверхности. Установлено, что на концентрацию активных центров влияет поверхностная дефектность стеклянных волокон. Эти результаты могут быть использованы для получения новых волокон с комплексом заданных свойств.
Исследованы условия хемосорбции продуктов гидролитической поликонденсации (ГПК) дифункционалъных кремнийорганичес-ких аппретов на поверхности стеклянных волокон. Полученные данные позволяют оценить параметры взаимодействия промышленных аппретов с активными центрами поверхности волокон.
Рекомендации- Для повышения физико-механических характеристик композитов, армированных стеклянными волокнами, необходимо решить оптимизационную задачу о соотношении поверхностной дефектности и прочности стеклянных волокон.
Прь разработке новых аппретирующих систем для реализации наиболее полного рэаимодействия функциональных групп аппрета с активными центрами поверхности стеклянных волокон необходимо введение в состав аппретов элементов, характеризующихся более высокими эл'ектронодснорными свойствами, чем атомы кислорода. Только при этом условии в адгезионном соединении могут участвовать "напряженные" силоксановые мостики.
Для увзличечия концентрации активных центров поверхности стеклянних волокон, способных взаимодействовать с кремний-органическими аппретами,необходимо уменьшить дезактивацию поверхностных активных центров органическими соединениями и диоксидом углерода, присутствующими в зоне формования волокна.
При поиске оптимальной температуры закрепления на поверхности стеклянных волокон кремнийорганических аппретов не-
обходимо учитывать, что в ^зависимости от температуры термообработки, кроме процессов хемосорбции аппрета на поверхности и его структурирования, могут протекать также и процессы структурных перегруппировок, приводящие к уменьшению числа сшивок аппрета с волокном. Характер перегруппировочных процессов и их температурные интервалы определяются природой поверхностных активных центров стеклянных волокон.
Лпообяния работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на V и VI научно-технических конференциях молодых ученых НПО "Стеклопластик", Крюково: 1986 и 1988 г.; на Всесоюзном семинаре "Применение спектрального анализа в промышленности и научных исследованиях", Минск: 1987 г. ; на конкурсе научных работ в Институте энергетических проблем химической физики АН СССР, Москва: 1988 г.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы 3 статьи и 2 тезисов докладов.
рб'ен и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа изложена на страницах машинописного текста, ..содержит таблиц и 67 рисунков (приложение). Список цитируемой литературы включает 166 наименований.
