Введение к работе
Актуальность проблемы. Современное научно-техническое развитие различных отраслей промышленности базируется на широком использовании полимерных материалов. Многообразие областей применения полимеров и композитов требует придания им повышенных эксплуатационных характеристик или новых функциональных свойств. Наиболее эффективным вариантом достижения поставленной задачи является направленное регулирование взаимодействия в системе полимерное связующее - полимерный наполнитель. Это может быть достигнуто применением новых армирующих систем, полученных химической или физической модификацией приоритетных видов химических волокон, а также использованием модифицированных полимерных связующих. В то же время направленное изменение свойств полимеров позволяет решать вопросы по повышению эксплуатационных характеристик изделий на их основе, что обеспечивает расширение областей применения полимерных материалов и требует разработки дополнительных критериев оценки их качества.
Исследования по актуальным вопросам регулирования структуры и свойств композитов на основе модифицированных дисперсно-волокнистых систем проводились в соответствии с координационными планами программы «Университеты России» Госкомвуза России, по научному направлению 08 В «Разработка научных основ и производственных технологий для пищевой, химической, машиностроительной и легкой промышленности»; в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники (раздел Новые материалы и химические технологии) в соответствии с темпланом Министерства образования РФ (номера госрегистрации: 01 99 0003754, 01 2000 02999, 01 2001 03640, 01 2002 03770, 01 2004 03648), а также договорных работ с предприятиями г. Петрозаводска (ПО «Петрозаводскмаш»), Энгельса (ПО «Химволокно») и Энгельсским экологическим фондом.
Целью работы являлась разработка научно-технологических основ направленного регулирования структуры и свойств композитов па основе модифицированных дисперсно-волокнистых систем.
Научная новизна работы заключается в развитии научных принципов модификации полимеров и композитов, используемых для получения полимерных материалов с заданными структурой и свойствами.
Установлены физико-химические особенности создания эпоксидных полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе модифицированных волокнистых материалов: профилированных поликапроамидных (ПКА) и полипропиленовых (ПП) нитей; новолаксодержащих ПКА нитей и нетканого материала и никельсодержащих полиакрилонитрильных (ПАН) волокон, а также модифицированных полимерных матриц, проявляющиеся в направленном изменении взаимодействия армирующих систем с полимерным связующим и регулировании структуры и свойств композиционных материалов.
Показано, что модификация химически инертных ПП нитей обеспе-чиват их активное участие в процессах структурообразования при синтезе методом поликонденсационного наполненТ^(^]Щ(^$йяд55*1Мальдегид-
1 srs/ш
ных катионообменных волокнистых материалов с формированием новой полимерной структуры хемосорбционного композита.
Установлено, что модификация меламиноформальдегидного связующего капролактамом или кубовым остатком приводит к структурным изменениям в аминопласте на основе диацетата целлюлозы и обеспечивает повышение комплекса свойств композита.
Выявлены физико-химические особенности направленного регулирования свойств волокнообразующего полиамида 6 (ПА6), обеспечивающие получение ПКА нитей повышенной свето- и термостойкости.
Обоснован выбор идентификационных параметров и дополнительных критериев сертификационной оценки качества полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и изделий технического назначения на его основе.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Разработаны эпоксидные композиты, армированные модифицированными волокнистыми системами, отличающиеся повышенными прочностными характеристиками, средо- и водостойкостью, антистатическими свойствами. В опытно-промышленных условиях получены образцы и проведены испытания полимерных покрытий валов бумагоделательных машин (ПО «Петрозаводскмаш») Разработанные ПКМ рекомендованы для изготовления деталей оборудования химических предприятий.
Установлены оптимальные параметры поликонденсационного наполнения фенолоформальдегидных катионообменных волокнистых материалов (КОВМ) на основе профилированных ПП нитей и изучены их свойства. Доказана эффективность применения разработанных хемосорбционных материалов для локальной очистки промышленных сточных вод от капро-лактама. Получено положительное заключение Энгельсского экологического фонда на разработанные КОВМ
Предложена технология модификации аминопластов строительного и хозяйственно-бытового назначения на основе некондиционных ацетатов целлюлозы и отработанных фильтроматериалов. Проведены испытания в условиях Энгельсского ПО «Химволокно» плит строительного назначения. Разработаны проект технических условий на композит и проект участка по выпуску ПКМ.
Разработана методология комплексной оценки качества и конкурентоспособности ПА6, принятая к освоению на ОАО «Энгельсский капрон».
Проведены испытания полиэтилена низкого давления и изделий на его основе на соответствие национальным и международным стандартам с использованием методики ООН №2-228/67-2000, на основании которых выданы сертификаты соответствия.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Физико-химические закономерности формирования структуры и свойств эпоксидных композиционных материалов на основе модифицированных поликапроамидных, полипропиленовых и полиакрилонитрильных волокон и нитей.
-
Технологические особенности поликонденсационного наполнения, структура и свойства фенолоформальдегидных катионообменных волокнистых материалов на основе профилированных полипропиленовых нитей.
3. Методология комплексной оценки вариабельности качественных показателей, стационарности технологического процесса и конкурентоспособности полиамида 6.
4 Система идентификационных параметров и дополнительных критериев сертификационной оценки качества ПЭНД и изделий технического назначения на его основе.
Достоверность и обоснованность научных положений, методических и практических рекомендаций, обобщенных результатов и выводов подтверждаются экспериментальными данными, полученными с применением комплекса современных взаимодополняющих методов исследования: рентгеноструктурного и термогравиметрического анализа, инфракрасной спектроскопии, растровой и сканирующей электронной микроскопии, ступенчатой пиролизной газовой и жидкостной хроматографии, эмиссионного спектрального анализа, фотометрии и стандартных методов испытаний - химических, технологических и физико-механических. Для статистической обработки результатов использовали стандартное программное обеспечение.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследований, теоретическом и методическом обосновании путей их решения. Выполнение исследований, обобщение результатов и освоение разработанных материалов проводилось при непосредственном руководстве автора. Основные положения диссертационной работы разработаны автором лично.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и докладывались на 26 Международных, Всесоюзных, Всероссийских и зональных конференциях, съездах, конгрессах, симпозиумах и семинарах в период с 1980 по 2004 г.г. Разработанные материалы демоне грировались на Международных (Хельсинки, 1987; Лейпциг, 1988), Всероссийских (Казань, 1984; Москва, 1990) и региональной (Саратов, 1990) выставках.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 72 работы, в том числе 23 публикации в центральной печати, 9 статей в сборниках и материалах конференций, 1 патент и 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методического раздела, пяти глав с обсуждением экспериментальных данных, выводов, списка использованной литературы (256 источников) и приложений. Работа изложена на 280 страницах машинописного текста, включая 76 рисунков и 67 таблиц.