Введение к работе
Актуальность. Композиционные полимерные материалы, в частности стеклопластики, применяются в изделиях ракетной, авиационной и морской техники, в том числе, для конструкций специального назначения, работающих при экстремальных температурах.
Однако большинство стеклопластиков относится к горючим материалам и не обладает стойкостью к высоким температурам. Ежегодно в России происходит около 250 тыс. пожаров, в результате которых уничтожается материальных ценностей более чем на 6,5 млрд р. и погибает свыше 18 тыс. человек. Важной задачей является повышение теплостойкости полимерных композиционных материалов, так как полимерное связующее уже при сравнительно невысоких температурах (выше 100 С) начинает терять упруго-прочностные свойства. Поэтому достижение необходимых показателей ог-нетеплозащиты стеклопластиков является актуальной задачей, решение которой позволит существенно расширить их область применения.
Значительного повышения огнетеплостойкости конструкций из стеклопластиков можно добиться применением огнетеплозащитных покрытий. Задача огнетеплозащитных покрытий увеличить время прогрева материала до критических температур начала деструкции стеклопластиков.
Большой вклад в теорию и практику огнетеплозащитных покрытий внесли А.А. Берлин, Н.А. Халтуринский, P.M. Асеева, А.А. Страхов, А.Н. Гаращен-ко, Г.Е. Заиков, О.И. Тужиков, С.А. Ненахов, Junfeng Xiao и многие другие исследователи. Наиболее эффективным способом для повышения огнетеплостойкости покрытий являются введение интумесцентных добавок в состав покрытия, в частности, фосфорсодержащих соединений.
Характеристики фосфорсодержащих добавок могут быть улучшены путем синтеза новых полифункциональных интумесцентных систем на основе фосфор-, бор-, азот-, галогенсодержащих соединений, при совместном введении которых в полимерные связующие наблюдается синергический эффект, заключающийся в реализации эффектов вспучивания и образования защитного
В постановке задачи и обсуждении результатов принимала участие д.т.н., профессор Кейбал НА
коксового слоя.
Одним из перспективных связующих для огнетеплозащитных покрытий является перхлорвиниловая смола, отличающаяся пониженной горючестью и хорошей адгезией ко многим материалам. В то же время при интенсивных тепловых и огневых воздействиях перхлорвиниловая смола не обладает достаточной огнестойкостью и адгезией к стеклопластикам. Эксплуатационную стойкость огнетеплозащитных покрытий на основе перхлорвиниловои смолы можно повысить ее модификацией элементоорганическими соединениями, в частности, фосфорборсодержащими олигомерами. Однако подобная модификация перхлорвиниловои смолы недостаточно изучена, и исследований по повышению огнестойкости конструкций из стеклопластиков такими покрытиями проведено сравнительно мало, что также подтверждает актуальность диссертационного исследования.
Цель работы заключается в разработке огнетеплозащитных покрытий для стеклопластика на основе перхлорвиниловои смолы, модифицированной новыми фосфор- бор,- азот-, галогенсодержащими олигомерами с улучшенными адгезионными показателями.
Научная новизна. Разработана и научно-обоснована модификация перхлорвиниловои смолы новыми фосфорборазот- и фосфорборхлор-содержащими соединениями, способствующими вспучиванию и коксообразо-ванию покрытия при воздействии пламени и повышению огнетеплозащитных и адгезионных свойств покрытия к стеклопластику.
Изучена структура покрытия, образующаяся в результате микрофазного расслоения модифицированной композиции. Выявлено, что при микрофазном расслоении происходит формирование микронеоднородностей покрытия, представляющих собой ассоциаты модифицированных макромолекул перхлорвиниловои смолы, являющихся активными зонами при коксообразовании покрытия.
Разработано и исследовано покрытие, содержащее дополнительно нано-структурированный интеркалированный терморасширяющийся графит, что приводит к повышению вспучивания покрытия, уплотнению кокса, образова-
нию равномерной мелкодисперсной вспененной массы и улучшения огнетепло-защитных свойств покрытия.
Практическая значимость. Разработаны новые модифицирующие ин-тумесцентные добавки для покрытий на основе перхлорвиниловой смолы, применение которых позволяет значительно повысить огнетеплозащитные свойства и прочность адгезионного взаимодействия покрытия с защищаемым материалом, сохранив при этом высокие физико-механические свойства покрытия. Определены условия проведения модификации перхлорвиниловой смолы.
Применение разработанных огнетеплозащитных покрытий на основе модифицированной перхлорвиниловой смолы дает возможность при воздействии огня увеличить время достижения предельного состояния конструкций из стеклопластика, возникающего из-за нарушения целостности конструкции при прогреве до температур начала деструкции стеклопластика (280-300 С), за счет низкой температуры начала вспучивания покрытия (100-110С), длительного времени пребывания защищаемых конструкций при температурах на уровне 110-160 С при малой толщине покрытия (1,0-1,1 мм).
Проведено имитационное многофакторное математическое моделирование поведения огнетеплозащитных покрытий и найдено оптимальное сочетание физико-химических и теплофизических характеристик покрытия для различных условий эксплуатации.
Разработанные огнетеплозащитные покрытия прошли промышленную апробацию на ряде промышленных предприятий.
Работа выполнена в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», грант №14.В37.21.0837 и отраслевой программы СЧ НИР по теме «Теплозащита».
Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества в 21 веке» (Ставрополь-2010); международной научно-практической конференции «Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии» (Москва-2011); симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва-2011); конференциях 1111С Волжского политехнического
института (Волжский - 2012, 2013); региональных конференциях «Взаимодействие предприятий и вузов по повышению эффективности производства и инновационной деятельности» (Волжский - 2010- 2012); международных конференциях «Олигомеры XI» (Ярославль-2013), «Современные достижения в области клеев и герметиков. Материалы, сырье, технологии» (Дзержинск -2013),«Полимерные материалы пониженной горючести» (Таганрог- 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, из них 6 статей, в том числе 5 научных статей в журналах, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, 18 тезисов научных докладов. По результатам исследования получено 5 патентов РФ. В базе данных Scopus зарегистрирована 1 публикация.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения; литературного обзора; трех глав; выводов; библиографического списка, содержащего 132 наименования. Работа изложена на 127 страницах, содержит 49 рисунков и 22 таблицы.
