Регулювання технологічних і експлуатаційних властивостей композиційних полімерних матеріалів на основі епоксиполімерів

Розроблена нова технологія ремонту ділянок тунельних колекторів, яка базується на використанні кислотостійких керамічних плиток, з'єднаних розробленим композиційним матеріалом на основі епоксидіанового олігомера, модифікованого олігоефірепоксидом і електрофільтровим шамотом, та виготовлення великогабаритних облицювальних листів та труб великого діаметру. Запропонована технологія дозволяє проводити ремонтні роботи без використання складної технологічної оснастки і дорогокоштуючої техніки, скорочує час проведення ремонтних робіт, може бути легко освоєна ремонтними службами, вибухо- і пожежобезпечна.

Така технологія була запроваджена при ремонті окремих ділянок каналізаційних мереж у м. Харкові, що дозволило знизити витрати при ремонтно-відновлювальних роботах.

Важкогорючі композиційні матеріали на основі епоксиполімерів та бромвміщуючих олігомерів, мінеральних наповнювачів використані як захисні покриття дерев'яних конструкцій. Визначені кисневий індекс та швидкість розповсюдження полум'я необробленої і покритої полімерними композиціями фанери. Випробування проводились в умовах, наближених до умов пожежі, при постійній дії полум'я. На основі одержаних результатів зроблено розрахунки температурного режиму і газообміну при пожежі у приміщеннях з самозатухаючим покриттям і без нього. Розраховані площа пожежі, середньооб'ємна температура, температура над вогнищем, біля дверей приміщення через 5-20 хвилин після його виникнення. Встановлено, що при обробці дерев'яних конструкцій вогнезахисною композицією температура пожежі на п'ятій хвилині складала 334 К, що у 2 рази менше, ніж необробленої конструкції. Така температура дозволяє проводити роботи по тушінню пожежі. По розробленій методиці проведені натурні випробування дерев'яних конструкцій з покриттям і без нього, під дією теплового потоку від факела природного газу. Встановлена ефективність використання важкогорючих полімерних покрить. В УКРНДІПБ визначено, що розроблені матеріали відносяться до групи важкогорючих. Розроблена технологічна документація, яка передана для запровадження в Харківському метрополітені.

В умовах швидкої зміни номенклатури і виробництва невеликих серій виробів радіоелектронної апаратури виникла необхідність розробки епоксидних заливальних та герметизуючих компаундів з широким спектром технологічних та експлуатаційних властивостей. В свою чергу це передбачає швидку зміну відповідних технологічних параметрів у процесі виготовлення виробів. Враховуючи дану обставину і базуючись на результатах реологічних досліджень, розроблених композицій, запропонована автоматизована система управління і контролю за процесом заливки і герметизації у розливній машині, яка є складовою частиною лінії з приготування і заливки компаундами виробів. Загальний вигляд розливної машини у спрощеному варіанті поданий на рис. 4.

Принцип дії розливної машини полягає у наступному: формівна каретка 2 з виробом 3 встановлюється на рухому основу 13, в цей момент включається ФД1. При включенні пускового вимикача приводиться в дію пневмоциліндр 10 шляхом подачі стисненого повітря формівна камера піднімається вгору до трубок. По закінченні піднімання каретки вмикається ФД2 і місткість 8, наповнена епоксидним компаундом, переміщується двигуном із заданою швидкістю. У цей момент компаунд через відкритий тарільчатий клапан 9 починає витікати з місткості і заповнювати лійки модельної плити. При завершенні операції заповнення компаундом лійок вмикається ФД3, вимикається двигун, що переміщує місткість, і вмикається вакуумний насос, що відсмоктує повітря з камери. Таким чином, компаунд, що заповнює лійки на основі різниці тиску у середині вакуумної частини камери і поза нею, заливається у вироби через трубку.

Перепад тиску у трубці, через яку проводиться заливка епоксидним компаундом, згідно з законом Пуазейля при даних значеннях об'ємної витрати компаунда, радіуса і довжини трубки, пропорційний в'язкості компаунда в момент заливки.

Одержані в даній роботі математичні залежності зміни в'язкості епоксидних композицій у процесі твердіння дозволили вирішити завдання регулювання величини в автоматичному режимі з використанням ЕОМ. В однокристальну ЕОМ (ОЕВМ) типу К 1816ВЕ48 з дешифратором 7-го коду для індикації, 2/10 дешифратором для динамічної індикації, 8-ми розрядним і 7-ми сегментним індикатором та клавіатурою вводяться початкові дані для розрахунку в'язкості і відповідно. Після обробки цих даних ОЕВМ видає керуючий сигнал на ЦАП (через паралельній порт виходу даних Д0...Д7), де протікає перетворення паралельного 8-ми розрядного двоїчного коду відповідно до необхідної величини у напругу. Напруга, виходячи з ЦАП, надходить на операційний підсилювач і далі на двотактний транзисторний підсилювач струму, виповнений на компліментарній парі кремнієвих транзисторів. Після відповідного посилення сигнал подається на двигун постійного струму, з'єднаний через черв'ячну передачу, і лінійний повзунок із задвижкою, яка керує подачою робочого тиску від вакуум-насоса до розливної камери. Система керування величиною у розливній камері є замкненою АСУ. Внаслідок проведених досліджень одержані початкові дані для проектування лінії для заливки і герметизації виробів РЕА, використані в ВО “Моноліт” (Харків).

Встановлені закономірності регулювання технологічними і експлуатаційними властивостями епоксиполімерів знайшли практичне застосування при розробці складів композиційних матеріалів, що відповідають необхідному комплексу властивостей. У ВО “Моноліт” (Харків) впроваджені заливний компаунд на основі епоксидіанового олігомеру, олігоефірепоксиду, тальку і N-фенілнафтиламіну-1 та герметизуючий компаунд на основі епоксидіанового олігомера, олігоефірциклокарбонату і поліетиленоксиду для виготовлення виробів РЕА. На заводі “Радіодеталь” (Воронеж) впрова-джено герметизуючий компаунд на основі епоксидного олігомера, олігоефірепоксиду, маршаліту при виготовленні конденсаторів. В АТ ЗТ “Проммонтажелектроніка” (Харків) впроваджена епоксидна композиція для електроізоляції центробіжного занурливого насосу. Використання цих компаундів дозволило скоротити виробничий цикл виготовлення виробів у 4-5 разів, підвищити їх якість і надійність, збільшити стабільність електричних параметрів у процесі довгочасної експлуатації та під дією агресивних середовищ. Розроблена нормативно-технічна документація.

Електропровідні епоксидні композиції використані для удосконалення технологічного процесу виготовлення радіоелектронної апаратури для медичної техніки. В АТ НДІРВ у виробництві ультразвукових датчиків впроваджено техпроцес монтажу печатних шлейфів до п'єзоелементів з використанням розробленої електропровідної композиції замість раніш використовуваного паяння припоєм. Через дуже малі розміри п'єзоелементів (0,0003 м) при пайці спостерігалось відслоєння металізації, перегрів і, як наслідок, неможливість використання дорогого датчика. Монтаж шлейфів електропровідною композицією підвищив строк використання придатних датчиків, знизив механічні напруги з'єднання і покращав акустичну згоду п'єзоелементів із демпфером і акустичною лінзою.

На підприємстві ЦНДІКМ “Прометей” (Санкт-Петербург) використані для віброзахисту зразків металевих конструкцій вібропоглинаючі композиції на основі епоксидного олігомера, олігоефірциклокарбонату і комплексного наповнювача. Розроблена технологічна документація.

Налагоджений промисловий випуск розроблених епоксидних компаундів на замовлення підприємств галузі в НДІТІП та проведені технологічні випробування даних компаундів і підготовлена технічна документація для включення їх у галузевий стандарт України.

У додатках розглянуто ряд методичних питань, математична обробка результатів досліджень та наведено документи, що підтверджують практичне використання розробок автора.

Висновки

3. Встановлено, що введення дисперсних наповнювачів, незалежно від їх мінерального складу, прискорює процес твердіння на початковій стадії. Швидкість процесу залежить від кислотно-лужних властивостей поверхні наповнювачів, складу олігомер-олігомерних композицій і в присутності бромароматичного N-гліцидиламіну зростає з підвищенням кислотності поверхні наповнювача, а при введенні епоксидованих і циклокарбонатних олігоефірів -- з підвищенням лужності його поверхні.

4. На основі дослідження впливу хімічної будови бромвміщуючих олігомерів і дисперсних наповнювачів на процеси термоокислювальної деструкції, кисневий індекс, встановлено, що використання силікатів лужного характеру призводить до збільшення при деструкції виходу летких речовин і зниження вогнестійкості епоксиполімерів. Спільне використання алюмосилікатів з кислою поверхнею і бромвміщуючих олігомерів змінює хід деструктивних процесів у напрямку збільшення виходу карбонізованого залишку, максимально інгібує процес горіння і сприяє утворенню “самозатухаючих” і важкогорючих епоксиполімерів.

5. Встановлені поліноміальні залежності реологічних і експлуатаційних характеристик від компонентного і концентраційного складу важкогорючих, електропровідних, електроізоляційних композитів на основі епоксиполімерів і з їх використанням розроблена автоматизована система обробки інформації для вибору матеріалів з необхідним комплексом властивостей.

6. Показано, що в присутності антиоксидантів амінного і поліфункціонального типів, різних силікатних наповнювачів покращуються і стабілізуються експлуатаційні властивості модифікованих епоксиполімерів в умовах довгочасного впливу підвищеної температури, вологості, рідких агресивних середовищ.

7. Розроблені нові спеціальні методики оцінки експлуатаційних властивостей важкогорючих покриттів, електроізоляційних заливочних компаундів, клейових складів у виробах електротехнічної промисловості і елементах будівельних конструкцій, що відображають реальні і екстремальні умови експлуатації.

8. На основі одержаних математичних залежностей, що враховують зміну початкової в'язкості і швидкість її зростання в процесі структурування від складу наповнених епоксиамінних композицій, розроблена програма управління технологічним процесом з використанням мікропроцесорної техніки, яка дозволяє регулювати параметри технологічного процесу при виготовленні якісних виробів для будівництва, суднобудування і радіотехнічної промисловості. Розроблені композиції і технологія їх переробки впровадженi у ВО “Моноліт”, АТЗТ “Проммонтажелектроніка”, НДІТП, АТ НДІРВ (Харків), ДКП “Харківкомуночиствод”, Харківському метрополітені, на заводі “Радіодеталь” (Воронеж), ЦНДІКМ “Прометей” (Санкт-Петербург). Розроблена технічна документація на їх використання.

Опубліковані праці, що відбивають основні положення дисертації

2. Яковлева Р.А. Свойства модифицированных эпоксиполимеров повышенной огнестойкости // Экотехнологии и ресурсосбережение.--1997.-- №4.-- С. 30-33.

3. Яковлєва Р.А. Реологічні властивості наповнених епоксиамінних композицій // Хімічна промисловість України.-- 1997.-- №5.-- С. 22-24.

4. Яковлєва Р.А. Старіння модифікованих полімерів у присутності поліфункціональних стабілізаторів // Хімічна промисловість України.--1997.-- № 5.-- С. 24-27.

5. Яковлева Р.А. Определение закономерностей направленного регулирования технологических и експлуатационных свойств эпоксиполимеров пониженной горючести // Проблемы пожарной безопасности.-- Харьков: ХИПБ.-- 1997.-- №2.-- С. 163-166.

6. Яковлева Р.А. Кислотостойкий композиционный полимерный материал для восстановления конструкций тоннельних коллекторов канализационных сетей // Науковий вісник будівництва.-- Харків: ХОТВАБУ, ХДТУБА, 1998.-- №2.-- С. 44-46.

7. Яковлева Р.А. Тиксотропное структурообразование в наполненных эпоксиполимерах // Пластические массы.-- 1997.-- №7.-- С. 10-11.

8. Яковлева Р.А., Деревянко И.Г., Хмельницкий В.Н., Овсепьян А.Н. Трудногорючие композиционные материалы на основе эпоксидных олигомеров // Проблемы пожарной безопасности.-- Харьков: ХИПБ.--1997.-- Вып. 2.-- С. 167-170.

9. Яковлева Р.А., Подгорная Л.Ф., Обиженко Т.Н. Электропроводящие композиционные материалы на основе епоксидных олигомеров // Пластические массы.-- 1997.-- №3.-- С. 5-7.

10. Яковлева Р.А., Подгорная Л.Ф., Обиженко Т.Н. Влияние наполнителей на процессы структурирования и свойства эпоксиаминных композиций // Пластические массы.-- 1997.-- №3.-- С. 36-38.

11. Кузнецова В.М., Яковлева Р.А., Подгорная Л.Ф., Бей Ж.Н., Терещенко А.Ф., Остапчук В.К., Брагина Л.А. Влияние климатических факторов на свойства эпоксиаминных композиций // Пластические массы.-- 1996.-- №3.- С. 32-34.

12. Кузнецова В.М., Яковлева Р.А., Левченко В.И., Поляновская А.И. Процессы структурирования модифицированных эпоксиаминных композиций // Пластические массы.-- 1996.-- №3.-- С. 6-7.

13. Кузнецова В.М., Подгорная Л.Ф., Яковлева Р.А., Обиженко Т.Н., Данилюк О.А. Коррозионностойкие эпоксидные материалы // Химическая промышленность.-- 1994.-- №2.-- С. 21-23.

14. Яковлева Р.А., Деревянко И.Г., Гучмазов В.А. Использование композиционных полимерных материалов с пониженной горючестью для защиты деревянных конструкций // Проблемы пожарной безопасности.-- Харьков: ХИПБ.-- 1998.--№3.- С. 171-173.

15. Салтавец В.И., Яковлева Р.А., Попов В.М., Семкив О.М., Попов Ю.В. Оценка воздействия теплового потока от факела пламени на деревянные образцы, обработанные различными огнезащитными составами // Проблемы пожарной безопасности.-- Харьков: ХИПБ.-- 1998.-- № 4.-- С. 169-171.

16. Кузнецова В.М., Яковлева Р.А., Токарь М.И., Садовская Т.К., Пет-ля И.И. Повышение химической стойкости и физико-механических свойств эпоксиаминных композиций путем легирования ароматическими аминами // Пластические массы.-- 1990.-- №7.--С. 71-73.

Додаток

Таблиця 1. Умовні кінетичні характеристики початкової стадії процесу твердіння систем на основі ЕД-20

Таблиця 2. Експлуатаційні властивості модифікованих епоксиполімерів

Рис. 2. Залежність величини КІ від вмісту тальку (1), маршаліту (2), ЕШ (3)

Рис. 3. Залежність адгезійної міцності при відриві до сталі (1, 2), до сплаву АМГ-6 (3, 4), епоксиполімеру ЕД-20 + УП-645 + ГЕПТ-2 + УП-0633М, від вмісту маршаліту (1, 3) і ЕШ (2, 4)

Рис. 4. Розливна машина: 1 -- камера, 2 -- формівна каретка, 3 -- вироби РЕА, 4 -- двостороння модельна плита, 5 -- ущільнююче кільце; 6 -- лійка, 7 -- трубка, 8 -- місткість для компаунда, 9 -- тарільчатий клапан, 10 -- пневмоциліндр, 11 -- вакуумний фланець, 12 -- вакуумний насос, 13 -- основа камери, 14 -- вакуумна камера, 15 -- рамка; ФД1, ФД2, ФД3 -- фотодатчики, 16 -- вакуумний клапан.

Размещено на Allbest.ru