Были получены образцы древесины с покрытием составами, содержащими ЭД-20 + 30NH4Cl + 5ТРГ + 30ФОМ + 25ПЭПА и ЭД-20 +
+ 30NH4Cl + 5ТРГ + 30ТХЭФ + 15ПЭПА.
К разрабатываемым покрытиям предъявляется комплекс требований. В пламени спиртовки горение не поддерживается, покрытие древесины начинает вспениваться и образует кокс. Потери массы составляют 3,9% для состава ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+30ФОМ+25ПЭПА и - 3,5% для состава ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+ 5ТРГ+30ТХЭФ+15ПЭПА.
Под снятым слоем кокса сохраняется структура находящейся под покрытием древесины.
Определение скорости распространения пламени по поверхности неогнезащищенной и огнезащищенной древесины показало, что древесина без покрытия загорается при поднесении пламени газовой горелки через 15 секунд и после удаления газовой горелки горение продолжается. Пламя распространяется в продольном и поперечном направлении одинаково со скоростью 30 мм/мин.
На огнезащищенной древесине загорание происходит через 50 секунд, поверхность покрытия подвспенивается (15×15 мм) и пламя после удаления источника зажигания самозатухает через 10 секунд.
При поджигании образца с нанесенным только на часть его поверхности покрытием со стороны без покрытия древесина загорается через 15 секунд. При соприкосновении пламени с покрытием оно подвспенивается, препятствуя дальнейшему распространению пламени и пламя самозатухает.
Введение в состав композиции NH4Cl, ТРГ, ТХЭФ повышает коэффициент теплопроводности (табл. 13). Однако теплопроводность композиций остается достаточно низкой по сравнению с металлами.
Аналогичные испытания были проведены для образцов металла с предложенными покрытиями. В пламени спиртовки покрытие металла начинает вспениваться и образует кокс. Потери массы составляют 0,62-0,69%.
При определении распространения пламени образцы металла с эпоксидными покрытиями ведут себя аналогично покрытиям по древесине. Покрытие при поднесении очага загорания не горит, поверхность подвспенивается.
Вследствие того, что разработанные составы предлагается наносить в качестве теплоизолирующих, огнезащитных покрытий на металл, им необходимо придать антистатические свойства, чтобы предотвратить накапливание статического электричества, если защищать, например, емкости хранения или цистерны для перевозки пожароопасных жидкостей и т. п.
Таблица 13
Теплопроводность эпоксидных композиций
| Состав, масс. ч. | Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К | Термическое сопротивление, м2·К /Вт |
| ЭД-20+15ПЭПА | 0,134 | 0,111 |
| ЭД-20+30NH4Cl+15ПЭПА | 0,244 | 0,072 |
| ЭД-20+30ТХЭФ+15ПЭПА | 0,166 | 0,089 |
| ЭД-20+30NH4Cl+30ТХЭФ+15 ПЭПА | 0,216 | 0,064 |
| ЭД-20+5ТРГ+15ПЭПА | 0,284 | 0,058 |
| ЭД-20+5ТРГ+30ТХЭФ +15ПЭПА | 0,368 | 0,049 |
| ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+30ТХЭФ+15ПЭПА | 0,458 | 0,043 |
Придание эпоксидной композиции электропроводящих свойств осуществлялось введением наполнителей. Электропроводящие свойства в полимере проявляются при образовании в нем частичками наполнителя цепочечных структур. Облегчение образования таких структур достигается за счет уменьшения взаимодействия между макромолекулами полимера, между частицами наполнителя, между полимером и наполнителем. Для этих целей использовали гибридные наполнители, один из которых не является электропроводящим (ПФА, NH4Cl), а также введение пластификатоов. Это позволило даже при небольших количествах электропроводящего наполнителя (5 масс.ч.), добиться значительного снижения удельного сопротивления и отнести разработанные полимерные составы к классу антистатических материалов (табл. 14).
Таблица 14
Электрические свойства модифицированных эпоксидных композиций, отвержденных ПЭПА
| № п/п | Состав материала в масс. ч.на 100 масс. ч. ЭД-20 | Удельное сопротивление | |
| ρυ, Ом·м | ρS, Ом | ||
| 1 | ЭД-20+15ПЭПА | 2,16·1015 | 8,16·1014 |
| 2 | ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+30ФД+15ПЭПА | 7,6·104 | 7,6·106 |
| 3 | ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+30ФОМ+15ПЭПА | 3,4·104 | 8,0·106 |
| 4 | ЭД-20+30ПФА+5ТРГ+30ФОМ+15ПЭПА | 8,9·105 | 1,8·108 |
| 5 | ЭД-20+30ПФА+5сажа+30ФОМ+15ПЭПА | 2,4·108 | 4,5·109 |
| 6 | ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+20ФД+15ПЭПА | 1·104 | 2,4·106 |
| 7 | ЭД-20+30NH4Cl+5ТРГ+30ТХЭФ+15ПЭПА | 3,9·103 | 3,3·105 |
| 8 | ЭД-20+30ПФА+35ФОМ+15ПЭПА | 1,8·108 | 3,8·1010 |
| 9 | ЭД-20+30ПФА+5ГТ+25ФОМ+25ПЭПА | 1,6·109 | 3,0·1011 |
Кроме того, из анализа показателей удельного сопротивления, очевидно, что имеет значение как природа второго (NH4Cl или ПФА), так и природа графитового наполнителя. Графитовые наполнители имеют слабо связанную слоистую структуру, способную образовывать слоистые соединения с соединениями «внедрения»: хлоридами металлов, щелочными металлами, галогенами, некоторыми окислами. При нагревании ионы соединения внедрения раздвигают слои кристаллической решетки графита, что приводит к увеличению объема графита.
В зависимости от химической природы наполнителей они могут оказывать ускоряющее или замедляющее влияние на формирование сетчатой структуры. Физические свойства наполнителей, такие как размер частиц, их структура, форма и распределение в материале, влияют на прочностные свойства наполненных композиций.
Терморасширенный графит (ТРГ) представляет собой пеноподобные чисто углеродные структуры. Графит тигельный – это бисульфат углерода, представляющий собой электролитическое соединение внедрения графита. Технический углерод (сажа) представляет собой турбостатическую (неупорядоченно-слоевую) форму углерода. Вследствие разности структур электропроводимость материалов существенно различается; так, у составов, содержащих сажу, она на 2-3 порядка меньше, чем содержащих в таком же количестве графит тигельный.
Таким образом, получены составы, обеспечивающие придание эпоксидным полимерам диэлектрических и антистатических свойств и пониженной горючести, которые предлагается использовать для огнезащиты дерева, для покрытия по металлу.
Разработана технологическая схема получения полимерных составов и технология нанесения покрытий.
Доказана экономическая эффективность разработанных составов в сравнении с аналогами.
На основании проведенных исследований выбраны композиции с оптимальным сочетанием свойств: эластичностью, хорошими диэлектрическими и антистатическими свойствами и пониженной горючестью.
Таблица 15
Сравнительная характеристика компаундов
| Свойства | ЭД-20 ++25КПМ+40ГТ | ЭД-20 ++25КПМ+60ГТ | ЭД-20 +30NH4Cl +5ТРГ + +30ТХЭФ +15ПЭПА |
| Начальная температура деструкции, Тн,°С | 175 | 180 | 280 |
| Потери массы при поджигании на воздухе, % | * | * | 6,6 |
| Кислородный индекс, % | - | - | 35,5 |
| Удельное объемное сопротивление, Ом·м | - | - | 3,9·103 |
| Коэффициент теплопровод-ности, Вт/м·К | - | - | 0,485 |
| Кратность вспенивания, раз | 21,16 | 38,63 | 49,6 |
Примечание: КПМ - кубовые производства морфолина (морфолин, диэтиленгликоль, полифункциональные амины); * - не горят после устранения пламени только при содержании 100 масс.ч. графита тигельного.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
· Разработаны составы эпоксидных композиций пониженной горючести, с требуемыми диэлектрическими и антистатическими и физико-механическими свойствами;
· доказана возможность направленного регулирования структуры и
свойств эпоксидных компаундов с применением модифицирующих фосфор- и хлорсодержащих замедлителей горения и наполнителей. При этом установлено наличие химического взаимодействия между замедлителями горения и эпоксидным олигомером и влияние замедлителей горения на процессы структурообразования, обеспечивающие формирование заданной структуры эпоксидного олигомера;
· установлено влияние ЗГ на физико-химические процессы при пиролизе и горении эпоксидных композиций, проявляющиеся в повышении термоустойчивости материала, что подтверждается возрастанием температуры начала деструкции; повышается выход карбонизованного остатка по окончании основной стадии деструкции, соответственно, снижается количество летучих продуктов; увеличивается энергия активации процесса деструкции; снижаются скорости потерь массы.