Стеклопластики на основе кубовых остатков фурфурола модифицированного эпоксидными смолами ЭД -20

АННОТАЦИЯ

В статье изучено получение фуран-эпоксидных связующих ДИФА, ЭД на основе фурфурольно ацетонового связующего и стеклопластика на их основе.

ABSTRACT

The article studies the preparation of furan-epoxy binders DIPh, ED based on furfural-acetone binder and fiberglass based on them.

Ключевые слова: Фурфуролацетоновые связующе, ДИФА, ЭД-20, композиция.

Keywords: Furfural- acetone monomeric DIFA, ED-20, composite

Эпоксидные олигомеры применяются в качестве заливочных композиций, клеев, покрытий, полимер замазок, пропиточного состава для получения угле пластов, стеклопластов, применяемого для специального назначения в промышленности.

Создание эпоксидных композиционных материалов с заданными свойствами требует введения в структуру полимерной матрицы модифицирующих добавок, т. е. использования многокомпонентных систем. В качестве таких добавок выступают модификаторы различного механизма действия. В настоящее время для регулирования свойств образующейся эпоксиаминной группы большое распространение получили различные реакционноспособные модификаторы. Для получения новых свойств композиционных материалов часто используют сочетание модификаторов различного типа действия.

При этом, наряду с реакционноспособными модификаторами, могут повлиять на кинетику отверждения и строение образующейся полимерной сетки нереакционноспособных, которые не выстраиваются в трехмерную сетку. Модификаторы в эпоксидных группах, изменяют условий их отверждения которые позволяют регулировать образующейся полимер новой сетки и получить композиционные материалы с заданным составом и свойствами, способный изменять характер межмолекулярного взаимодействия в системе. За последние время всё в большей степени возрастает интерес к полимерным композитам, позволяющим существенно улучшать комплекс свойств традиционных полимерных материалов и создавать новые материалы, аналогов которых не существует в природе. Это относится как к высокопрочному и высокомодульному волокно - наполненным материалам, широко применяющимся в авиационных и космических областях, но и к материалам на основе жидких термореактивных связующих, наполненных зернистыми наполнителями–полимер замазкам, грунтовкам, лаковых покрытиям, полимербетонам, нашедшим значительное применение в качестве современных строительных материалов. Полимерные композиционные материалы принципиально отличаются по свойствам от традиционных применяемых материалов. Они обладают высокой прочностью (прочность при сжатии до 150-200 МПа, что в 10 раз выше прочности рядовых бетонов), универсальной химической стойкостью, в том числе к концентрированным щелочам, кислотам, к агрессивным газам, и повышенной износостойкостью. В связи с высокой стоимостью эпоксидных материалов их применение в широком масштабе весьма ограничено.

Поэтому актуальной представляется задача модификации существующих эпоксидных связующих менее дорогими: термореактивными материалами. К тому же наряду с хорошо известными преимуществами эпоксидных материалов они обладают недостатками, среди которых основным является высокая вязкость большинства эпоксидных смол. Большие перспективы в этом направлении открывает применение смесевых составов на основе эпоксидных и фурановых связующих. Известными и широко применяющимися являются продукты совмещения эпоксидных смол типа ЭД-16 или ЭД-20 с фурфуролацетоновым мономером ФА.[7]. Эти смолы (под названием ФАЭД) часто применяются для изготовления и ремонта строительных конструкций специального назначения и в том числе для ремонта сооружений гидротехнического назначения [1].

При создании конструкционных стеклопластиков представляют интерес фурановые смолы благодаря таким их качествам, как термостойкость, высокая химическая стойкость, низкое водопоглощение, а также высокая смачивающая способность, текучесть и невысокая себестоимость. В химической промышленности Англии применяются армированные пластики на основе фурановых смол для производства резервуаров, дымовых труб, трубопроводов, скрубберов, ванн, бункеров, различных емкостей и в качестве материалов для футеровки и покрытия полов. В Японии на основе фурановой смолы «Пуроминет Q-1001», выпускаемой фирмой «Такеда Якухин Коге», получены стеклопластиковые изделия (трубы 2, 3 и 4-дюймовые и емкости 1-8 м³), которые работают в агрессивных средах при обычных и высоких температурах, в 35% НС1, дихлорбензоле и др. В США из смолы «Пуромине-Q» изготавливают емкости до 200 м³ и скрубберы высотой 38 м. В Польше на основе фурановой смолы «Альфур Ф» и стекломатов получены стеклопластики, которые по химической стойкостью, выше чем на основе эпоксидных смол. В России разработаны различные виды стеклопластики, которые применяются в различных объектах промышленности [2].  На основе литературной проработки по применению фуран эпоксидных смол были заключении хозяйственные договора № 001от 28.12.1987 г. по теме «Разработка технологии получения фуран-эпоксидных смол прямым синтезом для применения экономичных пропиточных составов в условиях «Киргиз электроизолита».

Для этого было проведена научно-исследовательская работа по получению фуран эпоксидных связующих типа ДИФЭДМ, из кубового остатка фурфурола, ацетона и эпоксидных смолы ЭД-20 прямим синтезом которые были названы ДИЭДМ-82; ДИЭДМ-64 и ДИЭДМ-46, где цифры соответствует соотношению фурфурольно-ацетонового связующего-ФАСК к эпоксидным компонентом ЭД-20.[5,6]. При получении профильного стеклопластика в условиях завода «Киргизэлектроизолита» на основе фуранo-эпоксидного компонента была выбранао смола ДИЭДМ-64, которая соответствовала ТУ-16-503-179-78. Полученный профильный стеклопластик на основе ДИЭДМ-64 был испытан на прочность, электропроводность и др. показатели во Всесоюзном Научно-Исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте электровозостроений (ВЭиНИИ) согласно хоздоговору № 92-89 и протокол ИО-4-89.

Испытания проводились при температуре 20⁰С. В качестве рабочей жидкости использовано дистиллированная вода, плотность стеклопластика составляло =2,0793 г/см³. Разрушающее напряжение при статическом изгибе поперек волокна определялось по ГОСТ 4648-71 на пяти образцах. Испытания проводили на прессе П-50 при температуре 21^ОС. Расстоянии между опорами (8±0,01)см.

Предел прочности при статическом изгибе (из 5ти образцов) в среднем ≈12160 кгс/см², разрушающая нагрузка при этом составляло ≈1520 кгс. Разрушающее напряжения при сжатии вдоль волокон определялось по ГОСТ 4651-82 на пяти образцах прямоугольного сечения с размерами (10±0,2) мм. (15±0,2) мм и длиной 15мм.  

Испытания проводили на прессе П-50 при температуре 21^ОС. При этом разрушающая напряжения при сжатии средним составляет ≈2593 кгс/см². Ударная вязкость поперек волокон по Гарпии определялось по ГОСТ 4547-80 Испытания производили на маятниковом копре МК-10, скорость движения маятника 38 м/с. Ударная вязкость при этом составляло в среднем 398кгс^* см/см². Сопротивление раскалыванию вдоль волокон определялось по ГОСТ 13537-68 на пяти образцах прямоугольного сечения с размерами (1,5±0,02) см, (1,0±0,02) см. и длиной 1,5 см. Испытания проводились при температуре 20^оС на прессе П-50.

Время раскалывание 25÷30 с. При этом сопротивление раскалыванию составило в среднем 260 кгс/см². Стойкость к кратковременному нагреву определялось по методике, изложенной в ТУ 16.503.179-78, на трех образцов длиной 100 мм. С размерами поперечного сечения (25х40) мм. Образцы помешали в термостат при температуре 23^оС. Температуру в термостате повышали в течение 40 мин. до 200±2^оС и при этой температуре образцы выдерживали в течение 24 ч. Тришин и отклонений на образцах не обнаружено, образцы обладают стойкостью к кратковременному нагреву. Влагопоглощение при этом составляет всего ≈0,13%.  Удельное поверхностное электрическое сопротивление в исходном состоянии определялось по ГОСТ 6433.2-71 на пяти образцах длинной 100 мм. Размерами поперечное сечение (25х40) мм. Испытания проводились с помощью ленточных электродов на термометре В6-13А, при температуре 22^оС и относительной влажности 75%. Полученные средние значение удельных поверхностных электрических сопротивление составляют в средним 2,2х10¹³ом. Электрическая прочность образцов определялось по ГОСТ 64333-71 в трансформаторном масле при температуре (20±2)^оС, частота тока 50 Гц при плавном подъеме напряжения со скоростью 2 кВт/с. Определение электрической прочности стеклопластика вдоль волокон производилось на пяти образцах прямоугольного сечения размером (10±0,2)мм, (15±0,2) мм. и длиной (10±0,2)мм. При пробивном напряжении ≈25, кВт, электрическая прочность составляет в среднем 2,55 кВт/мм. Также были проведены испытания стеклопластика на электрическую прочность поперек волокон и результаты исследование приведены в таблице:

Таблица 1.

Электрическая прочность стеклопластика поперек волокон

Список литературы:

1. Маматов Ю.М. “Полимерные материалы на основе фурановых смол и их применение” Обзор, НИИТЭХИМ Москва 1975. [1, с. 277]
2. Галиакберова С.Н., Маматов Ю.М., Абдужаббаров Х.С. “Производство и переработка пластмасс и синтетических смол”, НИИТЭХИМ, Москва, №3, 1980, с 12-14.
3. Ахмадалиев М.А., Абдурахманов Х., Абдужаббаров Х.С., Саломатов В.И., “Полимербетонная смесь на основе Дифурфурилиденацетона”, Производства и переработка пласт масс и синтетических смолы, НИНТЭХИМ, М. 1983, № 3, с. 12-15.
4. Ахмадалиев М.А. “Исследование конденсация фурфурола с ацетоном” Научный вестник ФерГУ, Фергана, 2015, № 4. с. 20-27.
5. Ахмадалиев М. А., Юсупова Н. А. Реакция образования дифурфурилиденацетона-ДИФА //Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук. – 2019. – С. 13.
6. Матякубов Р. и др. Гидрирование дифурфурлиденацетона на палладиевых катализаторах //Universum: технические науки. – 2020. – №. 3-2 (72).
7. Абдсарова Д. К., Тожиев Э. А. Получение спиртов из растительных отходов промышленным способом содержащих пятичленных гетероциклических спиртов //Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук. – 2019. – С. 96.