Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров и новые металлические сплавы, приоритетные технологии, структура, свойства (стр. 2 из 4)

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что использование импульсного электромагнитного излучения при разрушении композиционных материалов позволяет изучать процессы, происходящие на микроуровне и, используя кинетический подход к проблеме прочности, определять параметры этих процессов на основе данных механических испытаний.

Литература

1. Климов В.И. Контроль разрушения и долговечности композиционных материалов / В.И.Климов, Т.М.Черникова. Кемерово: АИН, 1997. 151 с.

2. Определение кинетических констант и критического размера разрушения композиционных материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при их разрушении / В.В.Иванов, П.В.Егоров, В.И.Климов и др. // Прикладная механика и техническая физика. 1994. Т.35, № 4. С. 153-159.

УДК 678.5

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПРОЦЕССОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ В ПОЛИМЕРНЫХ СОСТАВАХ ДЛЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКОЛ

Н.А.Чиняева, А.Л.Носкова, Е.В.Бычкова, Л.Г.Панова

Энгельсский технологический институт СГТУ

Органические стекла (ОС) представляют собой прозрачные в видимой области спектра твердые материалы на основе полимеров акрилового ряда; поликарбонатов, полистирола, полисульфона и др. [1]. Преимущества перед силикатным стеклом заключаются в более низкой плотности, травмобезопасности, что обусловило широкое применение ОС в различных сферах промышленности и бытовом секторе. Однако из всех вышеперечисленных полимеров только поликарбонат и полисульфон принадлежат к группе самозатухающих. Поэтому в связи с высокой воспламеняемостью и горючестью исходного сырья и, соответственно, готовой продукции снижается спрос на промышленно выпускаемые материалы. Разработанные ранее составы для ОС пониженной горючести обладают рядом существенных недостатков (многокомпонентность состава, невысокие физико-механические свойства и высокая себестоимость готовых изделий), поэтому разработка составов ОС пониженной горючести с оптимальным уровнем физико-механических и оптико-химических свойств является актуальным направлением исследований.

В данной работе определена возможность перехода от многокомпонентного к бикомпонентному составу за счет выбора исходного сырья, отвечающего требованиям, предъявляемым к трудносгораемым ОС: прозрачности, способности к формированию пространственно сшитой структуры в условиях УФ-иницируемой полимеризации, обеспечивающей коксообразование при пиролизе и пониженную горючесть.

В качестве структурообразующего компонента выбран глицидиловый эфир метилакрилата (ГМА), содержащий в составе ненасыщенные углерод-углеродные связи и эпоксидное кольцо, что обеспечивает протекание реакции полимеризации с одновременным формированием трехмерной пространственной структуры. Однако ГМА свойственны высокая горючесть и низкая сопротивляемость к механическим воздействиям (G_р=19,8 МПа), что привело к необходимости введения в состав композиции замедлителей горения (ЗГ) и пластифицирующих добавок.

В качестве такого соединения выбран фосфорсодержащий компонент (ФОК) полифункционального действия, который способен одновременно снизить горючесть материала за счет наличия в составе атомов фосфора и повысить его эластичность.

Анализ спектрограмм заполимеризованного в присутствии фотоинициатора под УФ-излучением и незаполимеризованного ГМА показал значительное снижение интенсивности полосы валентных колебаний двойной углерод-углеродной связи при длине волны 1637 см^-1, что свидетельствует о протекании процесса радикальной полимеризации. Разрыв >C=C<-связи способствует участию атома углерода в межмолекулярной сшивке с образованием трехмерной структуры, что подтверждается содержанием в полимеризате гель-фракции в количестве 88%.

В пространственно сшитом ГМА отмечено наличие колебаний связи ОН-группы (3424 см^-1), отсутствующих у незаполимеризованного компонента. Образование гидроксильных групп обусловлено раскрытием эпоксидного цикла и миграцией атома водорода от углерода к кислороду, что подтверждается отсутствием в полимеризате ГМА пика колебаний связи эпоксидной группы, имеющегося в незаполимеризованном ГМА (945 см^-1).

В заполимеризованном ГМА отмечено наличие пика валентных колебаний >C=О-связи сложноэфирной группы (1720 см^-1), характерной для насыщенных сложных эфиров, в то время как для исходного ГМА, принадлежащего к классу ненасыщенных сложных эфиров, колебания связи >C=О происходят при 1728 см^-1.

Исследование исходного ФОК показало присутствие в составе компонента характерных полос валентных колебаний групп –СН₃ (2959 см^-1), >P=O (1315– см^-1), P–O–С– (1034 см^-1), а также их деформационных колебаний.

Наличие пика, соответствующего валентным колебаниям –ОН– групп (3446 см^-1), свидетельствует о частичном окислении молекул ФОК в присутствии кислорода воздуха с образованием метилольных групп. Это подтверждается проявлением валентных колебаний СН₂-группы (2855 см^-1) и простой эфирной связи –O–С–О– (1240 см^-1), отсутствующих в химическом составе ФОК. Процесс окисления описывается следующей схемой:

Анализом незаполимеризованного состава, содержащего ГМА и ФОК, показано наличие характерных для исходных компонентов валентных колебаний связей –СН₃ (2959 см^-1), –СН₂– (2855 см^-1), а также пика значительной глубины >С=О -связи при 1718 см^-1, характерного для колебаний связи сложноэфирной группы в ненасыщенных сложных эфирах. Обнаружены также колебания двойной >C=C<-связи (1636 см^-1), эпоксидной группы - (950см^-1) и –P–O–С– (1037 см^-1).

В заполимеризованном составе возрастает глубина пика валентных колебаний гидроксильных групп; снижается интенсивность поглощения >C=C<-связи (1640 см^-1) и практически полностью исчезает пик валентных колебаний эпоксидного кольца (950 см^-1). На основании проведенного анализа схему взаимодействия ГМА и ФОК можно представить следующей схемой:

Для ускорения процесса сополимеризации в качестве катализатора использовали фосфорную кислоту.

Варьирование содержания компонентов в композиции показало повышение величины гель-фракции в полимеризате с увеличением количества ГМА с 30 до 70%, соответственно (см.таблицу). Наблюдается увеличение содержания гель-фракции составов 60 ГМА: 40 ФОК; 70 ГМА:30 ФОК сверх аддитивного значения, тогда как для композиций, содержащих ГМА и ФОК в соотношении 1:1, не характерно данное явление. Отмечено увеличение гель-фракции с повышением количества ФК в композиции (см.таблицу) и незначительное влияние времени полимеризации на степень сшитости структуры (см.рисунок).

Зависимость содержания гель-фракции в композиции ОС от количества фосфорной кислоты

Состав, %массКоличествоH₃PO₄, %масс	Содержание гель-фракции в составах, %масс
Состав, %массКоличествоH₃PO₄, %масс	50 ГМА: 50 ФОК	60 ГМА: 40 ФОК	70 ГМА: 30 ФОК
2	43	48	79
3	45	76	79
4	47	81	80
5	50	82	82
6	51	82	86
7	51	83	87
8	53	84	89

График зависимости содержания гель-фракции в полимеризате от времени

УФ-воздействия: 1 – 70 ГМА: 30 ФОК + 5ФК; 2 – 50 ГМА : 50 ФОК + 5ФК

Литература

1. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1977. Т.2. 1032 с.

УДК 678.5

ПЛАСТМАССЫ – КОНКУРЕНТЫ ЦЕННЫХ ПОРОД ДЕРЕВА

В.Д. Чистякова, В.И.Гольцман, А.Д. Панюк, Р.Ф.Кордичева, Н.И. Морева, Л.Ф. Огольцова, Н.А. Сидорова, А.И. Брущенкова, Л.В. Синельщикова, В.А. Саблина , Н.П. Самойленко

ОАО «Лианозовский электромеханический завод», г.Москва

Одной из актуальных проблем человечества третьего тысячелетия является рациональное использование природных ресурсов, внедрение ресурсосберегающих технологий и материалов, сохранение и рациональное использование лесного массива.

Разработка процесса декорирования пластмасс под дерево соответствует этим направлениям.

Технологический процесс изготовления изделий методом литья под давлением с поверхностью, имитирующей ценные породы дерева, состоит из ряда технологических операций. Процесс декорирования полимерного материала базируется на его подвспенивании. Уникальные свойства пенопластов, большое разнообразие способов их переработки обусловили быстрый рост их производства во всех промышленно развитых странах.

Кроме известных и выпускаемых в значительных масштабах пеноматериалов на основе полиуретана, полистирола, поливинилхлорида, большое значение в последние годы приобрели пенопласты на базе полиолефинов, фенольных, карбамидных, эпоксидных смол и др.

Стремление уменьшить материалоемкость при изготовлении различных изделий из монолитных полимерных материалов, а также дефицит ценных пород древесины способствовали развитию научно-исследовательских работ и разработке технологии получения частично вспененных материалов и изделий.

Пенопласты, группирующиеся под таким названием, производят разными методами и из разных полимерных материалов. Основное сходство их заключается в том, что все они представляют собой пенопласты, имеющие ячеистую сердцевину и монолитную корку на поверхности, плотность которой приблизительно такая же, как и у основного монолитного материала.