Автореферат диссертации (Модифицированные эпоксидные композиционные материалы пониженной пожарной опасности), страница 3

Механизм действия производных ферроцена обусловлен, понашемумнению,образованиемприихразложениивысокодисперсныхкаталитически активных оксидов железа, ингибирующих образование бензола идыма. Большая эффективность ацетил- и α-оксиэтилферроцена по сравнению сферроценомобусловленалёгкостьюобразованияприихразложении15ультрадисперсных оксидов железа. При этом оптимальная концентрацияпроизводных ферроцена в эпоксидных композициях составляет 0,3…0,5% мас.Такимобразом,применениепроизводныхферроценавкачестведымоподавителей позволяет получать слабогорючие эпоксидных ПКМ с Dm൏ 500м2/кг.Рисунок 8 – Зависимость КИэпоксидныхкомпозитовотконцентрации производных ферроцена:1 – α-оксиэтилферроцен; 2 – ферроцен;3–диацетилферроцен;4–ферроцендикарбоновая кислота; 5 –ацетилферроценРисунок9–Зависимостьпрочности при растяжении эпоксидныхкомпозитов от степени наполнения икратности обработки кварцевого пескаНТНП: 1 – 3-х кратная обработка; 2 – 2х кратная обработка; 3 – 1-ая обработка;4 – не обработанный наполнительТаблица 2 − Дымообразующая способность пластифицированных эпоксидныхкомпозицийКоэффициент дымообразования, м2/кг, в режимеПроизводные ферроценапиролизагорения1030890Ферроцен720480Ацетилферроцен660/620340/290Диацетилферроцен560/480430/390α-оксиэтилферроцен580/500380/340Примечание − В числителе содержание производных ферроцена равно 0,23%мас., в знаменателе – 0,45% мас.Перспективным направлением повышения эксплуатационных характеристикПКМявляетсяфизическаямодификацияповерхноститонкодисперсныхминеральных наполнителей низкотемпературной (газоразрядной) неравновесной16плазмой.

Установлено, что обработка тонкодисперсного наполнителя НТНП неприводит к изменению фазового состава кварцевого песка, но способствуетобразованию на его поверхности микро- и макродефектов в виде трещин и раковин,число которых возрастает с ростом кратности обработки SiO2 низкотемпературнойплазмой. При этом существенное изменение удельной поверхности микропор вкварцевом песке наблюдается для пор радиусом 20-35 А.Наполнениеэпоксидныхсвязующихкварцевоймукой(51,5%мас.)обработанной низкотемпературной неравновесной плазмой снижает объемнуюусадку на 6,25–10,4%, повышает прочность при растяжении на 12,6–22,2%(рисунок 9) и на 9,7–17% прочность при изгибе, уменьшает на 16,6 – 38,4%водопоглощение эпоксидных композитов.

Повышение прочности эпоксидныхкомпозитов при плазменной обработке минеральных наполнителей обусловлено,по нашему мнению, улучшением адгезии полимерной матрицы к наполнителю засчет увеличения микродефектов на его поверхности. При этом 2-х кратнаяобработка минеральных наполнителей НТНП является оптимальной.Увеличениепрочностиэпоксидныхкомпозитовнаблюдаетсяиприиспользовании в качестве фибры отходов производства наноструктурированногоферромагнитного микропровода. Установлено, что прочность эпоксидныхкомпозитов зависит от диаметра, длины и содержания наноструктурированногоферромагнитного микропровода (рисунки 10, 11).

Выявлено, что оптимальнойдлиной микропровода является 15-20 мм, а оптимальным содержанием – 0,5–1%мас.Притакомсодержаниинаноструктурированногоферромагнитногомикропровода, прочность эпоксидных композитов при растяжении и изгибедостигает значений соответственно 33,7 – 37,8 и 67,2 – 77 МПа.Таким образом, плазменная обработка минеральных наполнителей ииспользованиевкачествеминеральнойфибрыотходовпроизводствананоструктурированного ферромагнитного микропровода позволяет значительноповысить прочность при растяжении и изгибе эпоксидных ПКМ.17Рисунок 10 – Зависимостьпрочности при растяжении (1, 2, 3) иизгибе (4, 5, 6) эпоксидных композитовот диаметра фибры: 1, 4 – диаметром5,2 мкм; 2, 5 – диаметром 14,8 мкм; 3, 6– диаметром 22,7 мкмРисунок 11 – Зависимостьпрочности при растяжении (1, 2) иизгибе (3, 4) эпоксидных композитовот длинны наноструктурированногоферромагнитного микропровода: 1, 3 –длинной 5 мм; 2, 4 – длинной 15ммВ результате проведенных исследований установлено, что для полученияслабогорючих с умеренной дымообразующей способностью эпоксидных ПКМ,целесообразноприменятьвкачествеантипиреновреакционноспособныебромсодержащие эпоксидные соединения, а в качестве дымоподавителей –α– оксиэтилферроцена, используя в качестве наполнителей смесь Al(OH)3 и кварцевоймуки.

Для повышения физико-механических характеристик эпоксидных композитовследует проводить обработку минеральных наполнителей в установках НТНП идополнительновводитьвихсоставотходынаноструктурированногоферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-25 мм. Физикомеханическиесвойстваипоказателипожарнойопасностиразработанныхмодифицированных эпоксидных ПКМ приведены ниже:температура, oCначала интенсивного разложениявосстановлениясамовосстановлениякислородный индекс, %коэффициент дымообразования, м2/кг, в режимепиролизапламенного горенияразрушающее напряжение, МПа, прирастяженииизгибесжатии−−−−249-251;280-290;500-510;33,4-35,2;−−470-490;320-370;−−−39,6-40,1;76,2-76,9;160,6-162,1;18относительное удлинение при разрыве, %прочность по Бринеллю, МПаудельная ударная вязкость, кДж/см2водопоглощение за 30 суток, %адгезионная прочность при отрыве, МПа, к бетонумарки 300Разработанныемодифицированныеэпоксидные−−−−−1,7-2,0;41,9-42,7;6,8-7,1;0,05-0,07;превышаеткогезионнуюпрочностьбетона.составы, армированныеуглеродными сеткой «FinArmGrid 380/100» и лентой «FibArmTape 230/150», былииспользованыдляусилениятестовыхжелезобетонныхплитперекрытия.Установлено, что внешнее армирование восстановленных плит перекрытия спомощью разработанных модифицированных эпоксидных составов повышает ихнесущую способность более чем в 1,7 раза (таблица 3).№ плитыВидиспользованногоремонтногосостава иусиливающегоэлементаРазрушающаянагрузкаисходныхтестовых плит,кНРасположениеарматурыРазрушающаянагрузкавосстановленных иусиленных плитперекрытия, кНВосстановлениенесущейспособности, %Таблица 3 – Разрушающие нагрузки для исходных, восстановленных иусиленных тестовых плит перекрытия1«Структурит-100»17,45В растянутойзоне12,5972,1345678910Ремонтный состав «MapegroutTixotropic», углеродная лента FibArmTape 230/150Ремонтный состав «MapegroutTixotropic»Структурит-100, углеродная сеткаFibArm Grid 380/1000Ремонтный состав «MapegroutTixotropic»,углеродная сетка FibArm Grid 380/1000Ремонтный состав Структурит-100,углеродная лента FibArm Tape 230/150Ремонтный состав «FibArm Repair ST»,углеродная лента FibArm Tape 230/150Ремонтный состав «FibArm Repair ST»,углеродная сетка FibArm Grid 380/1000Ремонтный состав «FibArm Repair ST»23,40В растянутойзоне40,00170,919,58В сжатой зоне17,9091,427,66В сжатой зоне60,42218,414,25В сжатой зоне50,84356,7717,87В сжатой зоне56,98318,930,56В сжатой зоне61,60201,634,67В сжатой зоне61,88178,528,46В сжатой зоне27,3796,2Проверочный расчёт тестовых плит перекрытия осуществлён в программеАРБАТ программного комплекса SCAD, предназначенной для проверки несущейспособности и вычисления прогибов в железобетонных конструкциях, согласнотребований СП 63.13330.2012.

Результаты расчета исходной плиты перекрытия,19после её восстановления и усиления ПКМ показали, что деформации в сжатой зонебетона и в растянутой арматуре существенно уменьшаются, а прочность понаклонным сечениям без поперечной арматуры возрастает на 22,3%. Прочность попредельному моменту сечения увеличивается более чем в 4 раза (коэффициентиспользования снижается с 5,926 до 1,453).

Таким образом, внешнее армированиеплит перекрытия модифицированными эпоксидными ПКМ повышает их несущуюспособность и трещиностойкость более, чем в 2 раза, а момент, воспринимаемыйсечением плиты перекрытия, после усиления вырос в 5,1 раза.Следовательно, результаты поверочных расчетов исходной и усиленнойжелезобетоннойплитыперекрытияпоказаливысокуюэффективностьразработанных модифицированных эпоксидных составов. Они могут бытьиспользованыдляусиленияжелезобетонныхконструкцийразличногофункционального назначения.Модифицированные пожаробезопасные эпоксидные ПКМ использованы дляусиления монолитных железобетонных плит перекрытий, колонн и фасадной балкиадминистративно-торговогокомплекса«Mirax-Plaza»ижилищно-административного центра в г. Москве, индивидуального жилого дома вМосковской области и железобетонных конструкций коммуникационногоколлектора «Лужники» (г.

Москва) на общей площади более 1900 м2.Экономический эффект от применения разработанных эпоксидных композитовпревысил 599 тыс. рублей.ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.Разработаны основные принципы повышения пожарной безопасности ипрочностиэпоксидныхПКМзасчетсовместногоиспользованияреакционноспособных бромсодержащих эпоксидных соединений, производныхферроцена и модифицированного низкотемпературной неравновесной плазмойтонкодисперсного наполнителя, а также применения в качестве минеральнойфибрыотходовмикропровода.производствананоструктурированногоферромагнитного202.Разработаныслабогорючие(Г1)сумереннойдымообразующейспособностью (Д2) эпоксидные композиционные материалы за счет использованияв качестве антипиренов смеси гидроксидов металлов и реакционноспособныхбромсодержащих антипиренов (продукты бромирования эпоксидной смолы ЭД-22или модифицированного анилином диглицидилового эфира тетрабромдиана), а вкачестве дымоподавителей - производных ферроцена.3.Методами лазерной дифракции, спектроскопии и рентгеновского анализаустановлено влияние плазменной обработки тонкодисперсного кварцевого пескана его макро- и микроструктуру.