СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ВОЛЛАСТОНИТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается современное состояние и перспективы использования мелкодисперсного волластонита в производстве полимерных композиционных материалов, с особым вниманием к сырьевой базе и технологическим возможностям Республики Узбекистан. Анализируются ключевые аспекты модификации поверхности минерального наполнителя для обеспечения эффективной адгезии с полимерными матрицами, а также глобальные тренды в разработке таких композитов. Предоставляются экспериментальные данные, демонстрирующие положительное влияние модифицированного волластонита месторождения «Койташ» на механические и термические свойства полипропилена.

ABSTRACT

This paper examines the current status and prospects for the use of finely dispersed wollastonite in the production of polymer composite materials, with particular attention to the raw material base and technological capabilities of the Republic of Uzbekistan. Key aspects of mineral filler surface modification to ensure effective adhesion to polymer matrices are analyzed, as well as global trends in the development of such composites. Experimental data are presented demonstrating the positive effect of modified wollastonite from the Koytash deposit on the mechanical and thermal properties of polypropylene.

Ключевые слова: Волластонит, полимерные композиты, мелкодисперсный наполнитель, модификация поверхности, механические свойства

Keywords: Wollastonite, polymer composites, finely dispersed filler, surface modification, mechanical properties

Введение. Узбекистан, обладающий значительными запасами волластонита на месторождении «Койташ», рассматривает перспективы его глубокой переработки, в частности, получения мелкодисперсного порошка, в качестве стратегической задачи для развития высокотехнологичных отраслей промышленности[1]. Интеграция этого природного минерального наполнителя в полимерные матрицы представляет научный и практический интерес для создания новых композиционных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками[2]. Исследование современного мирового опыта применения волластонита в полимерах в сочетании с оценкой сырьевой базы и технологических возможностей республики позволяет определить ключевые направления.

Методика. комплексного анализа пригодности волластонита для полимерных композитов. В качестве базовой методологической основы для оценки потенциала узбекского волластонита целесообразно применять методику комплексного анализа, включающую последовательные этапы модификации поверхности минерала и последующего тестирования получаемых композитов[3,4]. Первичным этапом является подготовка мелкодисперсного порошка с заданным гранулометрическим составом посредством сухого или мокрого помола с последующей классификацией. Ключевым звеном методики выступает химическая модификация поверхности порошка силановыми или титанатовыми связующими агентами, например, амино- или винилтриалкоксисиланами.

Синтез опытных образцов проводится методом расплавного смешивания в лабораторном микросмесителе или экструдере, что позволяет точно контролировать температурные режимы и время обработки для конкретных типов полимеров такими как полипропилен, полиамид, ПЭТ[5]. Заключительная оценка эффективности наполнителя осуществляется путем сравнительного анализа реологических, механических полученных материалов.

Рисунок 1. Сравнительные показатели композитов

Результаты проведенного эксперимента по апробации методики на основе мелкодисперсного волластонита месторождения «Койташ» с фракцией d50 = 8.2 мкм, модифицированного аминосиланом, показали его высокую эффективность в качестве наполнителя для полипропилена. Введение 30 мас. % обработанного минерала в полимерную матрицу методом расплавного смешивания привело к повышению модуля упругости композита на 85% по сравнению с чистым полимером, а прочности при растяжении — на 22%. При этом температура тепловой деформации по Вика увеличилась на 18°C, что свидетельствует о значительном улучшении термостабильности материала.

Таблица 1.

Оборудование, использованное для синтеза и анализа композитов на основе волластонита

Заключение: Результаты настоящего исследования убедительно подтверждают стратегический потенциал природного волластонита Узбекистана для создания новой линейки полимерных композитов с повышенными эксплуатационными свойствами. Дальнейшее развитие этого направления позволит не только вывести на рынок высокотехнологичные материалы, но и заложить основу для собственной инновационной индустрии глубокой переработки минерального сырья, способствуя импортозамещению и технологическому суверенитету республики.

Список литературы:

1. Рахманова И.А., Мананков А.В. Новые функциональные композиционные материалы на основе волластонита для машиностроения // Сборник трудов XV Международной научно-практической конференции. Томск, 2024. С. 50-54. EDN: PRMDMR
2. Исламова Г.Г. Технология синтетического волластонита из природных кальций- и кремнийсодержащих соединений: специальность 05.17.01 - Технология неорганических веществ: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2012. 24 с.
3. Мананков А.В., Рахманова И.А. Инновационные материалы класса «сикам» и концептуальный этап их жизнедеятельности // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2012. № 2. С. 170-182. EDN: OYATHP
4. Мананков А.В., Рахманова И.А. Концептуальная фаза жизненного цикла инновационного материала - синтетического волластонита // Вестник Томского государственного университета. 2013. № 368. С. 108-114. EDN: PWHSGL
5. Белов Н.В. Очерки по структурной минералогии. Москва: Недра, 1976. 344 с.