Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

IMPACT OF DIFFERENT DISPERSED MICROFIBER FILLERS ON ADHESION AND FIRE AND HEAT PROTECTIVE PROPERTIES OF ELASTOMERIC COMPOSITIONS

Rudenko K.Yu. 1 Kablov V.F. 1 Keybal N.A. 1 Blinov A.A. 1
1 Volzhsky Polytechnical Institute, branch of Volgograd State Technical University
The paper is related to the research on impact of fiber fillers (polyamide, carbon, basalt and asbestos fiber fillers) on adhesion and cohesion properties of gluing compositions based on polychloroprene. It has been determined that modification of gluing compositions with fiber fillers having functionally active groups in their structure provides an effect of multilayer modifying in a glue joint that increases adhesion characteristics of the last one due to the action of different adhesion mechanisms. A possibility of applying the developed gluing compositions as fire and heat protective coatings has been investigated as well. The investigation has showed improved fire resistance of rubber substrates with the layered coatings containing the microfibers to open flame. It has been established that the modification significantly enhances adhesion and fire protective properties of gluing compositions that, in turn, can expand their application areas.
fillers
microfibers
adhesion
a gluing composition
a coating
fire and heat protection

Актуальной проблемой является огне- и теплозащиты оборудования, конструкций, металлических и полимерных изделий.

По оценкам экспертов, около 4% валового национального продукта европейских стран идет на возмещение потерь от пожаров.

Важной задачей обеспечения огнезащиты является повышение теплостойкости полимерных композиционных материалов, так как полимерное связующее уже при сравнительно невысоких температурах (выше 100 0С) начинает терять упругопрочностные свойства. Одним из представителей композиционных материалов являются клеевые составы, широкое применение, среди которых находят резиновые клеи отличающиеся возможностью создания эластичных швов при склеивании, что существенно улучшает эксплуатационные свойства клеевой конструкции, испытуемой в динамическом режиме [4, 5].

Цель исследования

Изучение возможности повышения адгезионных свойств клеевых составов на основе полихлоропрена путем модификации волокнистыми наполнителями, и исследование применения их в качестве огнетеплозащитных покрытий полимерных композиционных материалов.

Объекты и методы исследования

К объектам исследования относят клеевые составы на основе полихлоропренамарок – 88-НТ и 88-СА.

В качестве микронаполнителей для исследования адгезионно-когезионных свойств использовались 4 вида измельченных волокон: полиамидные, углеродные, базальтовые и асбестовые. Для оценкиогнетеплозащитных свойств покрытия применялись: карбид кремния, углеродные и асбестовые волокна.

Исследовалась адгезия разработанных клеевых составов к вулканизованным резинам на основе изопренового, этилен-пропиленового, бутадиен-нитрильного и неопренового каучука, а огнетеплозащитных свойств – на основе изопренового и этилен-пропиленового каучука.

Для определения прочности крепления методом на сдвиг по ГОСТ 14759-69 клеевого соединения применялись подложки в виде вулканизованных полосок шириной 10 мм и толщиной 2 мм, для проверки огнетеплозащитных свойств использовались шайбы диаметром 50 мм и толщиной 6 мм [6].

Технологический процесс склеивания и оценки свойств в общем случае состоит из следующих операций:

  • приготовление клеевого состава;
  • подготовка поверхности подложки;
  • нанесение клея;
  • сборка и формирование клеевого слоя;
  • контроль качества соединения.

Технологический процесс проверки огнетеплозащитных свойств состоит из следующих операций:

  • приготовление состава покрытия;
  • подготовка поверхности подложки;
  • нанесение покрытия;
  • высушивание покрытия;
  • оценка огнетеплозащитного покрытия.

Обсуждение результатов

При определении влияния типа и содержания волокнистых наполнителей на адгезионные свойства клеёв серии 88 были выявлено, что введение в клеевые композиции волокнистых наполнителей в количествах 0,1 – 0,5% приводит к повышению прочности клеевого крепления резин в среднем на 40% для клея 88-НТ и 20% для клея 88-СА. (таблица 1).

Таблица 1

Влияние типа и содержания волокнистых наполнителей на адгезионные свойства клеёв серии 88 при склеивании резин[2, 3]

Тип волокна

Тип каучука в резине

СКИ-3

СКЭПТ-40

СКН-18

ХК

 

Прочность при сдвиге, МПа

Клей марки 88-НТ

Без наполнителя

0,62

0,60

0,57

1,45

Полиамидные

0,80 (0,3%)

0,93 (0,3%)

0,78 (0,5%)

1,78 (0,5%)

Углеродные

0,56 (0,1%)

0,39 (0,1%)

0,61 (0,3%)

1,02(0,5%)

Базальтовые

0,70 (0,3%)

0,70 (0,3%)

0,64 (0,3%)

1,78(0,5%)

Асбестовые

0,66 (0,3%)

0,69 (0,5%)

0,91 (0,3%)

1,24 (0,3%)

Клей марки 88-СА

Без наполнителя

0,88

0,66

0,53

1,49

Полиамидные

0,70(0,3%)

0,67(0,1%)

0,68(0,1%)

1,23(0,5%)

Углеродные

0,68(0,5%)

0,57(0,3%)

0,56(0,1%)

1,17(0,1%)

Базальтовые

0,80(0,3%)

0,66(0,3%)

0,55(0,1%)

1,27(0,1%)

Асбестовые

0,86 (0,5%)

0,71 (0,5%)

1,09 (0,1%)

1,09 (0,3%)

           

В скобках указано %-ное количество добавляемых волокон

Было установлено, что модификация волокнистых наполнителей повышает прочность склеивания в среднем на 40 – 50%.

На рисунке 1 показаны микрофотографии распределения волокон в клеевой плёнке при 50 кратном увеличении.

Можно предположить, что усиление адгезионного взаимодействия идёт по двум механизмам.

Горизонтальное расположение волокон усиливает когезионную прочность клеевой плёнки. Данный механизм хорошо известен в литературе и наглядно подтверждается микрофотографиями выше.

Полиамидные

Углеродные

Базальтовые

Описание: D:\Институт\Клеи\Кейбал фото пленок с волокнами\пхп с вол.х50.jpg

Описание: D:\Институт\Клеи\Кейбал фото пленок с волокнами\у50_1.jpg

Описание: D:\Институт\Клеи\Кейбал фото пленок с волокнами\б50.jpg

Рис.1. Микрофотографии волокон в клеевой плёнке при 50-кратном увеличении

Кроме того, на поверхности плёнок наблюдалось частичное вертикальное расположение волокон, что приводило механическому заклиниванию их в порах и неровностях резиновой подложки, тем самым увеличивая адгезионную прочность клея[1].

Для определения огнетеплозащитных свойств в качестве наполнителей использовались карбид кремния, углеродные волокна и асбестовые волокна, в количестве 0,5%, ­– 1,5%.

На рисунках2-5 представлены результаты испытаний клеёв 88-НТ и 88-СА как огнетеплозащитных покрытий, на образцах вулканизованных резин на основе изопренового и этилен-пропиленового каучука. Данные представленные на графиках показывают, что образцы на основе СКИ-3 без покрытия прогреваются до 200 ºС за 110 с.ас нанесенным покрытием могут выдерживать более продолжительный нагрев до 310 с. для клея 88-НТ, аналогичные результаты с клеем 88-СА. Установлено, что наилучшие теплозащитные результаты показали покрытия на основе клея 88-НТ содержащие асбестовые волокна в количестве 1 – 1,5% и покрытия на основе 88-СА содержащие карбид кремния – 0,5%.

Рис.2. Результаты испытаний клея 88-НТ как огнетеплозащитного покрытия на образцах вулканизованных резин из изопренового каучука

Рис.3.Результаты испытаний клея 88-НТ как огнетеплозащитного покрытия на образцах вулканизованных резин на основеэтилен-пропиленового каучука

Рис.4. Результаты испытаний клея 88-СА как огнетеплозащитного покрытия на образцах вулканизованных резин на основе изопренового каучука

Рис.5.Результаты испытаний клея 88-СА как огнетеплозащитного покрытия на образцах вулканизованных резин на основе этилен-пропиленового каучука

Выводы

Таким образом, в результате проведенных исследований было определено влияние типа и содержание волокнистых наполнителей на адгезионные свойства клеевых составов серии 88 при склеивании резин.

Были проведены исследования по влиянию дисперсных наполнителей на стойкость покрытия к действию пламени.

Введение волокнистых наполнителей в клеевой состав на основе полихлоропрена способствует не только увеличению адгезионных свойств клея, но и огнетеплозащитных свойств.

Работа выполнена при поддержке проекта «Разработка модификаторов и функциональных наполнителей для огне-, теплозащитных полимерных материалов» выполняемого вузом в рамках государственного задания Минобрнауки России

Рецензенты:

Новопольцева О.М., д.т.н., доцент, профессор, ВПИ (филиал) ВолгГТУ, г. Волжский.

Шиповский И.Я., д.т.н., доцент, профессор, ВПИ (филиал) ВолгГТУ, г. Волжский.