ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОДИФИКАЦИИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ОРГАНОСИЛАНОВЫМИ АППРЕТАМИ

UMRQWT

Авторы

  • Наталья Геннадьевна Зубова Балаковский инженерно-технологический институт ‒ филиал Национального исследовательского ядер-ного университета «МИФИ» https://orcid.org/0000-0003-2678-2568

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.024

Ключевые слова:

полиакрилонитрильный технический жгутик, гидратцеллюлозная техническая нить, базаль-товые нити, органосилановые аппреты, модификация, химический состав, прочность, смачи-ваемость.

Аннотация

Модификация волокнистых наполнителей органосилановыми аппретами является эффективным способом направленного регулирования адгезионного взаимодействия между компонентами композиционных материалов. В работе исследованы химический состав и характер поверхности, механические свойства и смачивание модифицированных армирующих систем ‒ полиакрилонитрильного технического жгутика, гидратцеллюлозной технической нити и базальтовых нитей, растворами органосилановых аппретов: АГМ-9, А‑187 и А-174. Исследования образцов модифицированных волокнистых материалов проводились с использованием методов инфракрасной спектроскопии, сканирующей электронной и оптической микроскопии, механических испытаний и оценки их смачиваемости. На спектрах модифицированных нитей идентифицируются пики, характерные для групп, входящих в состав модификаторов, что позволяет предположить физико-химическое взаимодействие между функциональными группами органосиланов и гидроксильными группами волокнистых материалов, дополнительным подтверждением которого являются результаты термовлажностной обработки. Установлено, что на поверхности модифицированных элементарных нитей образуется равномерное плёночное покрытие. Результаты механических испытаний модифицированных волокнистых материалов свидетельствуют о значительном улучшении прочности по сравнению с немодифицированными волокнистыми материалами: относительная разрывная нагрузка ПАН-ТЖ увеличивается в среднем на 44 %, ГЦТН – на 52 %, БН – на 42 %. Проведен сравнительный анализ смачивания модифицированных армирующих систем эпоксидным олигомером, свидетельствующий об эффективном влиянии органосилановых аппретов на увеличение максимальной высоты капиллярного поднятия границы раствора эпоксидного олигомера и средней скорости смачивания нитей. Оценка кинетических данных смачивания модифицированных армирующих систем показала, что наиболее эффективным органосиланом, улучшающим адгезионную совместимость в системе матрица/наполнитель является А-174. Сформулированы физико-химические особенности модификации волокнистых материалов органосилановыми аппретами.

Библиографические ссылки

Функциональные наполнители для пластмасс / под ред. М. Ксантоса. Санкт-Петербург : Научные основы и технологии, 2010. 462 с.

Моцарев Г.В., Соболевский М.В., Розенберг В.Р. Карбофункциональные органосиланы и органосилоксаны. Москва : Химия, 1990. 240 с.

Цвайфель Х., Маер Р.Д., Шиллер М. Добавки к полимерам : Справочник. Санкт-Петербург : ЦОП «Профессия», 2016. 1088 с.

Kumar R., Obrai S., Sharma A. Chemical modifications of natural fiber for composite material // Der Chemica Sinica. 2011. V. 2. № 4. P. 219–228.

Epoxyorganosilane finishing compositions for fibrous fillers of thermosetting and thermoplastic bin¬ders / A.V. Shapagin, N.A. Gladkikh, A.A. Po-teryaev [et al.] // Polymers. 2022. V. 14. № 1. Р. 59–73. doi 10.3390/polym14010059.

Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. Санкт-Петербург : Научные основы и технологии, 2009. 380 с.

Устинова Т.П., Левкина Н.Л., Борисова Н.В. Физико-химические и технологические особенности получения ПАН-волокон и нитей : учеб. пособие. Энгельс : ЭТИ (филиал) СГТУ имени Гагарина Ю.А., 2019. 44 с.

Роговина С.З., Прут Э.В., Берлин А.А. Ком-позиционные материалы на основе синтетических полимеров, армированных волокнами при-родного происхождения // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2019. Т. 61. № 4. С. 291–315. doi 10.1134/S2308112019040084.

Артеменко С.Е., Кадыкова Ю.А. Физико-химические основы технологии базальтопластиков. Структура и свойства : монография. Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2012. 144 с.

Wei B., Cao H., Song S. Surface modifica-tion and characterization of basalt fibers with hybrid sizings // Composites. Part A : Applied Science and Manufacturing. 2011. V. 42. № 1. P. 22–29. doi10.1016/j.compositesa.2010.09.010.

Корчина Л.В., Зубова Н.Г., Устинова Т.П. Выбор режима модификации ПАН-жгутика аппретирующими добавками // Современные твердофазные технологии : теория, практика и инновационный менеджмент : материалы международной научно-инновационной молодежной конференции. Тамбов : ТГТУ, 2013. С. 228–230.

Gerasimova V.M., Zubova N.G., Usti-nova T.P. Influence of hydrate cellulose fibers modi-fication parameters on their properties // Fibre Chem-istry. 2016. № 48. Р. 50–52. doi : 10.1007/s10692-016-9736- z.

Effectiveness of modifying viscose technical and basalt yarns used to reinforce epoxy plastics / V.M. Gerasimova, N.G. Zubova, S.G. Kalganova [et al.] // Fibre Chemistry. 2019. № 3. P. 191–194. doi : 10.1007/s10692-019-10072- x.

Андреева В.Д., Горшков И.И. Электронная микроскопия материалов : учеб. пособие. Санкт-Петербург : Изд-во Политехн. ун-та, 2016. 139 с.

Инфракрасная спектроскопия полимеров / под ред. И. Деханта. Москва : Химия, 1976. 472 с.

Кобляков А.И., Кукин Г.Н., Соловьев А.И. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению : учеб. пособие для вузов. Москва : Легкая промышленность, 1986. 334 с.

ГОСТ 10213.2-2002. Волокно штапельное и жгут химические. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве. Технические условия : введ. 01.11.2003. Москва : Из-дательство стандартов, 2003.

Бычкова Е.В., Кадыкова Ю.А., Левкина Н.Л. Смачивание в композиционных материалах. Саратов : СГТУ, 2012. 20 с.

Кадыкова Ю.А. Физико-химические закономерности создания полимерматричных композитов функционального назначения на основе базальтовых дисперсно-волокнистых наполнителей, углеродных и стеклянных волокон : автореф. дисс. … д ра. техн. наук. Саратов, 2013. 44 с.

Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Москва : Издательство иностранной литературы, 1963. 590 с.

Сытник Р.Д. Модифицирование поверхности силикатных стекол расплавами и растворами. Харьков : Майдан, 1997. 188 с.

Загрузки

Опубликован

10/08/2023

Как цитировать

Зубова, Н. Г. . (2023). ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОДИФИКАЦИИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ОРГАНОСИЛАНОВЫМИ АППРЕТАМИ: UMRQWT. Ползуновский ВЕСТНИК, (3), 177–184. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.024

Выпуск

Раздел

РАЗДЕЛ 2. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ, МЕТАЛЛУРГИЯ