Разработка трудногорючих слоистых композиционных материалов на основе фторсодержащих эластомеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.16, кандидат технических наук Мусин, Руслан Рустемович

• Мусин, Руслан Рустемович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мусин, Руслан Рустемович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы и постановка задачи

исследования

1.1. Влияние химического строения полимеров на горючесть композиционных материалов

1.2. Виды и свойства волокнистых органических наполнителей, применяемых для изготовления трудногорючих композиционных материалов

1.3. Основные виды полимерных покрытий, применяемых при изготовлении трудногорючих слоистых материалов

1.4. Основные сведения о технологическом процессе изготовления слоистых композиционных материалов

1.5. Выводы и постановка задачи исследования

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.2.1. Метод кислородного индекса

2.2.2. Термический анализ

2.2.3. Физико-механические методы испытания

Глава 3. Рецептурное проектирование трудногорючего слоистого

композиционного материала

3.1. Выбор тканей на основе органических волокон в качестве армирующего наполнителя трудногорючего слоистого материала

3.2. Разработка и исследование зластомерного покрытия на

основе фторсодержащих каучуков

Глава 4. Технология изготовления трудногорючего слоистого

материала на основе смесей фторсодержагцих каучуков и

аримидной текстильной основы

4.1. Реологические свойства смесей сополимеров винилиденфторида с гексафторпропиленом (СКФ-26) и растворов на их основе

4.2. Изготовление резиновой смеси и ее раствора

4.3. Изготовление резинотканевых материалов

Глава 5. Теоретический анализ процесса нанесения раствора

фторсодержащих эластомеров на тканевую основу

5.1. Современное состояние вопроса

5.2. Постановка задачи исследования

5.3. Решение задачи

5.4. Алгоритм численного решения

5.5. Исследование построенной модели 85 Глава 6. Исследование горючести и термостойкости разработанного

слоистого композиционного материала

Глава 7. Практическая реализация результатов исследования

Выводы

Литература

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка трудногорючих слоистых композиционных материалов на основе фторсодержащих эластомеров»

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное внедрение в производство сложнейших технологий с применением аппаратов, работающих при высоких температурах и повышенном давлении, агрессивных средах с одной стороны и ухудшением экологической ситуации в мире - с другой, приводят к катастрофам и стихийным бедствиям, а как следствие - к снижению безопасной деятельности человека. Аварии, пожары, катастрофы и стихийные бедствия ежегодно наносят не только большой материальный ущерб национальным хозяйствам, но и приводят к человеческим жертвам. Проблемы обеспечения безопасности человека сегодня, как никогда, являются сверхактуальными. Однако, сегодня аварийно-спасательные, пожарные и другие службы остаются фактически беззащитными перед стихией пожара, аварии и катастрофы.

Отсутствие на практике надежных, универсальных комбинированных конструкций средств защиты и спасения человека требуют уже сегодня настоятельного решения по созданию надежных, высокоэффективных средств защиты.

Проблема снижения пожарной опасности является одной из важнейших научных и практических задач, что подтверждается принятием в нашей стране федерального закона «О пожарной целевой научно-технической программе на 1996-2000 гг.» и межвузовской научно-технической программы «Университеты России» в области фундаментальных проблем охраны окружающей среды и экологии человека (код проекта 95-22-6.3-99).

Несмотря на значительное число проведенных исследований, проблема снижения горючести и дымообразующей способности, токсичности продуктов горения и пиролиза полимеров полностью не решена.

В этой связи, одной из важнейших задач, является разработка композиционного материала с многофункциональным комплексом свойств,

включающих: огнестойкость, химстойкость, влагостойкость, высокие физико-механические характеристики, санитарно-гигиенические и технологические, позволяющие на его основе создать семейство средств индивидуальной и групповой защиты человека в экстремальных условиях.

Целью настоящей работы явилась разработка трудногорючего слоистого композиционного материала и технологии его получения для изготовления средств защиты человека.

Достижение указанной цели потребовало: разработки рецептурного состава трудногорючего эластомерного покрытия, обоснованного выбора текстильной основы и отработки технологического процесса изготовления трудногорючего слоистого композиционного материала.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология композиционных материалов», Мусин, Руслан Рустемович

выводы

1. Разработан трудногорючий слоистый композиционный материал на основе фторсодержащих эластомеров и аримидной текстильной основы, обеспечивающий высокий уровень огнестойкости и упруго-прочностных свойств. Новизна рецептуры подтверждена патентом России № 2070517.

2. Предложен состав резиновой композиции на основе смеси высокомолекулярного (молекулярная масса 19-26x104 уг.ед.) и низкомолекулярного (молекулярная масса 15-50x103 уг.ед.) сополимеров винилиденфторида с гексафторпропиленом в соотношении 75:25. Показано, что введение низкомолекулярного СКФ-26 в высокомолекулярный обеспечивает пластифицирующий эффект и улучшение технологических свойств резиновой смеси.

3. Установлено, что повышенную огнестойкость обеспечивает текстильная основа из аримид а, пиона или твима, изготовленных из нитей, полученных из полностью ароматического полиамида (патент России № 2062309).

4. Разработана технология изготовления трудногорючего слоистого композиционного материала, включающая изготовление резиновой смеси, приготовление ее раствора в этилацетате, обрезинивание тканей методом шпредингования и вулканизации.

5. С помощью ротационного вискозиметра «Реотест» изучены реологические свойства раствора смеси высокомолекулярного и низкомолекулярного сополимеров СКФ-26. Показано, что зависимость г от у удовлетворительно описывается степенным уравнением Оствальда-де-Вилье.

6. Построена математическая модель нанесения слоя раствора резиновой смеси на ткань, позволяющая установить взаимосвязь технологических режимов с реологическими свойствами и конструктивными характеристиками шпрединг-машины.

7. Изучены эксплуатационные свойства разработанного материала (термическое разложение, кислородный индекс, прожигаемость и дымообразование, устойчивость к воздействию радиации и влагопоглощение).

Материал рекомендован для изготовления комбинезонов для летно-технического персонала, нефтяников, работников газодобывающей промышленности, металлургов, а также изделий технического назначения: оплетки термостойких кабелей, теплоизоляции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мусин, Руслан Рустемович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Асеева P.M., Заиков Г.Е. Горение полимерных материалов. М.: Наука, 1981. 280 с.

2. Richard S. Lindstrom, Kenneth R. Sidman, Surech G. Sheth, John T. Howarth. Effects of flame and smoke retardant additives in polymer systems // Flame Retardants. Part 2. Westport. 1976. P. 164-181.

3. Hecker K.C., Fruzzetti R.E., Sinclair E.A. Flammabiliti and smoke properties // Rubber Age. 1973. V. 105. N 4. P. 25-32.

4. Bauer R.G. Fire retardant polymers: a review // Journal of Fire Retardant Chemistry. 1978. V. 5. N 11. P. 200-221.

5. Orige P. Jnflammabilita della materie plastiche // Materie Piastiche ed Elastomeri. 1976. V. 42. N2. P. 120-128.

6. International Standards Organization. International / Standard 1716: Building Materials Determination of Calorific Potential, 1973.

7. Frisch K.C. Flammability Characteristics of Polymer // Polymer Conference: Flammability of Polymer and High Temperature Polymers. Polymer Institute, University of Detroit. June. 1972.

8. Kracklauer J. Smoke and tenability: a perspective on the materials approach to the fire problem // Flame Retardant Polymeric Materials. New-York-London. 1978. V. 2. P. 285-323.

9. Flame retardants: no need to wait; the safer, lower smoke products are here, just in time to meet an increasinig demand // Mod. Plast. Jnt. 1982. V. 12. N 9. P. 5759.

10. Kirkland C. Flame retardats: flame renewed activity on all fronts // Plast. Techol. 1983. N8. P. 69-71.

11. Теплозащитные полимерные материалы, проблемы оценки свойств // Тезисы докладов совещания. Таллинн. 1981. 40 с.

12. Meckelburg E. Das Brandverhalttempolymerer Werkstoffe, Gegenwartinger Stand und Entwicklungstendenzen //Kunststoffberater. 1980. Bd. 25. P.44-46.

13.Ndubizu C.C., Zinn B.T. Soot suppression in plastic compounds. Euroupean Plastics News//J. Fire and Flammabil. 1982. V.13. N3. P. 163-171.

14. Khanna G.P., Pearce E.M. Synergism and frame retardancy // Flame Retardant Polymeric Materials. New-York-London. 1978. V. 2. P. 43-61.

15. Wilder R. Flameretardants //Plastics Technology. 1981. V. 27. P. 43-61.

16. Rose R., Hugnes K.A. A novel flame retardant for flexible polyurethane with improved scorch and smolder resistance. // J. of Fire Retardant Chemistry. 1982. V. 9. N8. P. 155-160.

17. Алдабаев Л.И., БахманН.Н. Горение и взрыв. М.: Наука. 1972. С. 132-136.

18. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. М.: Химия. 1979. 310 с.

19. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. М.: Химия. 1977.320 с.

20. Кулев Д.Х., Киселев B.C. Влияние состава и структуры полимеров на горючесть и дымообразование. В кн.: Старение, стабилизация, огнестойкость полимерных материалов. Ленинград, 1984. С. 70-74.

21.Кацевман М.Л. и др. Основные направления развития композиционных термоплатсичных материалов. М.: Химия, 1988.

22. Коврига В.В., Восторгов Б.Е., Кацевман М.Л. // 2 всесоюзная научно-техническая конференции «Высоконаполненные композиционные полимерные материалы, развитие их производства и применение в народном хозяйстве»: Тез. Докл. М.: НИИТЭХИМ, 1985. С. 5-13.

23. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна / Под ред. Конкина А.А. М.: Химия, 1978.

24. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон. М.: Химия, 1985.

25. Армирующие химические волокна для композиционных материалов / Под ред. Кудрявцева Г.И. М.: Химия, 1992. 330 с.

26. Аримидные волокна и их применение в технике / Обзорная информация. Серия: Промышленность химических волокон. ML: НИИТЕХИМ, 1978. 83 с.

27. Начдаеева И.Г. В сб.: Структурно-механические свойства корда как конструкционного элемента ГНИИН.М., НИИТП, 1976. С. 51.

28. «Кевлар» / Проспект фирмы Дюпон.

29. Полиимиды - класс термостойких полимеров / Под ред. Бессонова М.И. JL: Наука, 1970.

30. Коршак В.В. Химическое строение и температурные характеристики полимеров. М.: Наука, 1970.

31. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров. М.: Химия, 1976.

32. Пакшвер А.Б. Волокна химические. Энциклопедия полимеров. Т. 1. М. Сов. Энциклопедия, 1972. 509 с.

33. Серков А.Т. Теория формирования химических волокон. М.: Химия, 1975.

34. Волокнистые и дисперсноупрочненные композиционные материалы / Под ред. Агеева H.B. М.: Химия, 1976.

35. Авророва Л.В., Волохина A.B., Глазунов В.Б., Кудрявцев Г.И., Макарова P.A. и др. Химические волокна третьего поколения, выпускаемые в СССР // Химические волокна. 1989. N 4. С. 21-26.

36. Свойства термостойких и жаростойких волокон (таблица-вклейка) // Химические волокна. 1975. N 3.

37. Град Н.М., Першиков В.Н., Лугашович Л.И., Буданова Г.П., Лишневская И.Б. и др. Полимерные композиционные материалы, армированные арамилными тканями // Химические волокна. 1990. N 6. С. 14-16.

38. Скардино Ф., Хирл Дж., Скелтон Дж. Тканевые конструкционные композиты / Под ред. Тарнопольского Ю.М. М.: Мир, 1991.

39. Взаимодействие армирующих волокон со связующим при получении композиционно-волокнистых материалов / Обзор М.: ВНИИТЭХИМ, 1978.

40. Композиционные материалы волокнистого строения / Под ред. Францевича И.Н. Киев: Наукова Думка, 1970.

41. Кудрявцев Г.И., Щетинин A.M. Термо- жаростойкие и негорючие волокна / Под ред. Конкина A.A. М.: Химия, 1978.

42. Френкель Г.Г., Волохина A.B., Жевлаков А.Ф. Термостойкие огнезащитные волокна и изделия из них / Обзорная инф. Серия: Промышленность химических волокон. М.: НИИТЭХИМ, 1983. 107 с.

43. Аримидные волокна и их применение в технике / Обзорная информация. Серия: Промышленность химических волокон. М.: НИИТЭХИМ, 1984. 65 с.

44. Патент ФРГ N 2 941 762.

45. Гриндблат М.П. Фторсодержащие каучуки. Т. З. М.: Сов. Энциклопедия, 1977.

46. Соколовская Е.М., Гузей J1.C. Физикохимия композиционных материалов. М.: МГУ, 1978.

47. Желваков А.Ф., Володьян И.А., Мерихов A.C., Третьяков В.А., Горючесть полимеров различного химического состава // Химические волокна. 1976. N 5. С.28-30.

48. Патент США 3849368 (1973). РЖ Пожарная охрана. 1975. N 8. Реф. 68102п.

49. Современные конструкционные материалы / Под ред. Брагмана Л. и Крока Д. М.: Мир, 1970.

50. Орловская К .Я., Пахимович В. А. Авиационные материалы. М.: Транспорт, 1993. 203 с.

51. Веснеболоцкая В.П., Мусин P.P., Красовский В.Н., Мусина Т.К. Рецептурные аспекты повышения огнестойкости резинотканевых материалов // Первая Украинская научно-техническая конференция «Пути

повышения работоспособности и эффективности производства шин и резиновых изделий». Тезисы докладов. Днепропетровск. 1995.

52. Мусина Т.К., Мусин P.P., Оприц З.Г., Щетинин A.M. Высокоэффективные

__ч/ __

тепло- и огнестойкие полиимидные текстильные материалы и защитные изделия на их основе / Ресурсосберегающие технологии. М.: ВИНИТИ. 1995. N7.

53. Demetrius A. Kourides, William J. Gilwee, John A. Parker Termochemicalcharacterization of Some thermally stable thermoplastic and thermoset polymers //Polymer Engineering and Science. 1979. V. 19. N 1. P. 2429.

54. Salooja K.C. Sooting structure in the flame // Institute European Symposium, Academic Press (London). 1973. P. 400.

55. Мусин P.P., Титаренко А.Т., Волошина Т.Е., Щетинин A.M., Оприц 3.Г., Мусина Т.К., Красовский В.Н., Веснеболоцкая В.П. Патент 2070517 Эластичный слоистый материал. 1996.

56. Мусина Т.К Оприц З.Г., Щетинин А.М, Андриашин А.И., Мусин Р.Р Патент 2062309. Нити, выполненные из полностью ароматического полиимида и их способы получения. 1996.

57. Musina Т.К., Opritz Z.G., Schetinin A.M., Andriashin A.I., Musin R.R., Patent USA 5, 716, 567. Process for producing polyimide fiber. 1998.

58. ТУ 6-12-31-739-90. Ткани технические из нитей аримнд-С.

59. ТУ 6-12-913-389-90. Ткани технические из нитей пион.

60. ТУ 6-12-31-846-96. Ткани технические из нитей аримид-Т.

61. Кодалов В.И. Горючесть и огнестойкость полимерныз материалов. М.: Химия, 1976.

62. Справочник резинщика / Захарченко П.И., Яшутинская Ф.И., Евстратов В.Ф., Орловский П.Н. М.: Химия, 1971. 587 с.

63. Новицкая С.П., Нудельман З.И., Донцов A.A. Фторэластомеры. M.: Химия, 1988.

64. Талил-Оглы Ф.А. Каучуки специального назначения.. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1967.

65. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. М.: Химия, 1980.

66. Полимерные смеси / Под ред. Пола Д. И Ньюмена С. В 2-х томах. М.: Мир, 1981.

67. Донцов A.A., Капаузова A.A., Литвинова Т.В. Каучук-олигомерные композиции в производстве резиновых изделий. М.: Химия, 1986.

68. Конструкционные материалы для резинотканевых изделий / Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1981.

69. Коновалов В.И., Коваль A.M. Пропиточно-сушильное оборудование резиновой промышленности. М. :ЦИНТИХимнефтехиммаш, 1997.

70. Бикерман Л. О. Новые представления о прочности адгезионных связей полимеров//Успехи химии. 1972. Т. 11. Вып. 8. С. 1431-1464.

71. Fabris H. J. // Flame Retardancy of Polymer Materials. 1973. V. 2. N 4. P. 135.

72. Jonson P.R., Panser R., Mceroy J. //J. Rubber India. 1976. V. 17. N 2. P. 247280.

73. Патент ФРГ N2635114. 1978.

74. Thomas D.K. The uses of rubber and composites in aerospace // Plastics and Rubber International. 1983. V. 8. N2. P. 53-57.

75. Реологические исследования с помощью ротационного вискозиметра «Реотест-2»: Методические указания / сост . Попов В.В.; СПбГТИ (ТУ). С.-Петербург, 1995, 17 с.

76. Гринблат М.П. Исследование в области термостойких резин / Сб. научн. трудов. ВНИИСК, 1979.

77. Гохберг Г. С. Метод расчета гидродинамических характеристик процесса изготовления листовых резинокордных материалов: Дис. ... канд. техн. наук /ЯПИ, 1982.

78. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров (теория и методы расчета). М.: Химия, 1972.

79. Алеев М.И. Исследование энергосиловых параметров процессов односторонней обкладки и промазки тканевых основ резиновыми смесями: Автореф. дис. ...канд. техн. наук / Ленинград, 1972.

80. Алеев М.И., Михалева Т.М., Красовский В.Н. Механизм процесса односторонней обкладки технических тканей каучуками и резиновыми смесями // Тезисы докладов научно-технической конференции. ЛТИ им. Ленсовета. 1971.

81. Воскресенский A.M., Красовский В.Н., Алеев М.И. Методика расчета технологических параметров при односторонней обкладке и промазке технических тканей. В кн.: Машины и технология переработки каучуков, полимеров и резиновых смесей. Ярославль: ЯПИ, 1972.

82. Новое в реологии полимеров // Материалы XI Всесоюзного симпозиума по реологии. Академия наук СССР. Институт нефтехимического синтеза им. A.B. Топчиева. Москва, 1981.

83. Воскресенский A.M. Теоретические основы переработки эластомеров: Учеб. пособие. Ленинград, 1986.

84. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987.

85. Тадмор 3. Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1984.

86. Красовский В.Н., Воскресенский A.M., Харчевников В.М. Примеры и задачи по технологии переработки эластоиеров. Л.: Химия, 1984.

87. Заводская инструкция по эксплуатации дериватографа Q-1500 системы Паулик Ф., Паулик И., Эрдей J1. / Венгерский оптический завод. Будапешт, 1974. 24 с.

88. Термографический и термогравиметрический анализ: Метод, указания к лабораторном)' практикуму; ЛТИ им. Ленсовета. Л., 1980. С. 1-14.

89. Неизотермический термогравиометрический метод анализа конденсированных веществ: Метод, указания / Сост.: Яблочков В.М., Груздев Ю.А.; ЛТИ им Ленсовета. Л., 1991. 26 с.

90. Карасев Л.И., Букалов В.П., Вальдман А.Н., Нифантьев Э.Е. О структурировании фторкаучука СКФ-26// ВМС Т. 21А. 1979. N 12. С. 27082712.

91. Мухиддинов Б.Ф., Гафуров А.Х., Асомов М.К., Усманов Х.У. Оценка термостабилизации поливинилфторида методом термогравиметрического анализа//Докл. АН Уз. ССР. 1984. Т. 1.С. 39-41.

92. Хакимова Р., Усманов Х.У., Эшбаев Ф. Изучение кинетики деструкции каучука СКФ-32 и анализ летучих продуктов масс-спектрометрическим методом // Докл. АН Уз. ССР. 1982. Т. 266. N 1. С. 177-179.

93. Reich L., Stivala S.S. Computer analysis of non-isothermal and isothermal TG data for Mechanism//Thermochimica Acta. 1983. V. 62. P. 129-132.

94. Зубкова H.C. Регулирование процессов термолиза и горения термопластичных волокнообразующих полимеров и создание материалов с пониженной горючестью: Автореф. дис. ... докт. хим. наук/Москва. 1998.

95. Greener J., Middlenion. Coating of Viscoelastic Fluids. 1974. 14. P. 791- 796.

96. Веснеболоцкая В.П., Мусин P.P„ Красовский B.H., Мусина Т.К. Рецептурные аспекты повышения огнестойкости резинотканных материалов // Первая Украинская научно-техническая конференция «Пути повышения работоспособности и эффективности производства шин и резиновых изделий». Тезисы докладов. Днепропетровск. 1995.

97. Воскресенский A.M., Красовский В.Н., Мусин P.P., Веснеболоцкая В.П. Моделирование промазки тканевых основ валковым методом // Первая Украинская научно-техническая конференция «Пути повышения работоспособности и эффективности производства шин и резиновых изделий». Тезисы докладов. Днепропетровск. 1995.

98. Красовский В.Н., Веснеболоцкая В.П., Мусин P.P. перспективные технологии переработки трудногорючих эластомеров в изделия // Первая Украинская научно-техническая конференция «Пути повышения работоспособности и эффективности производства шин и резиновых изделий». Тезисы докладов. Днепропетровск. 1995.

99. Мусин P.P., Красовский В.Н., Веснеболоцкая В.П. Перспективы применения трудногорючих материалов в средствах защиты и спасения при экстремальных ситуациях // Международный центр экономики, науки и техники. Новые пластмассы и эластомеры. Материалы научно-технического семинара. Тезисы доклада. Санкт-Петербург. 1996.