Модифицированные эпоксидные композиции пониженной горючести
Изучение кинетики отверждения показало, что введение кубового остатка в ЭД-20 ускоряет процесс отверждения, что проявляется в некотором уменьшении времени гелеобразования (с 60 до 50 мин), и снижении максимальной температуры реакции отверждения со 119оС до 92оС.
Тальк аналогично КО ускоряет процесс структурообразования, уменьшая время гелеобразования до 40 мин., при увеличении максимально
й температуры отверждения до 150оС.
Исходный шлам существенно снижает (до 48-60 0С) температуру отверждения эпоксидного олигомера, за счет более высокой теплопроводности частиц наполнителя. Однако совсем иное влияние на процесс отверждения оказывает термообработанный шлам. В этом случае максимальная температура отверждения увеличивается до 130оС. Это, видимо, связано с переходом гидроксидов металлов в оксиды при термообработке. Следует отметить, что тепловыделение при отверждении мало зависит от содержания термообработанного шлама, но его количество значительно влияет на жизнеспособность композиции. Время гелеобразования уменьшается с увеличением содержания шлама, что может быть связано с избирательной сорбцией. В данном случае наполнителем сорбируется эпоксидный олигомер. Молекулы олигомера, находящиеся в адсорбированном слое не участвуют в реакции отверждения, и смола в объеме обогащается избыточным количеством отвердителя (ПЭПА), что приводит к ускорению процесса отверждения.
Модификация составов, содержащих все исследуемые наполнители, введением ФП, ФТ, ФД и ФОМа, не влияет на кинетику отверждения и процесс формирования структуры протекает аналогично ненаполненной системе.
Исследованиями по определению устойчивости ненаполненных композиций к изгибающим нагрузкам, являющейся определяющей характеристикой для компаундов, установлено, что для наполнения наиболее подходят композиции, содержащие ФД и ФОМ одновременно, табл.10.
Таблица 10
Физико-механические свойства наполненных эпоксидных композиций
Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 |
sи, МПа |
ауд, кДж/м2 |
ЭД_20+15ПЭПА |
17 |
5 |
ЭД-20+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
62* |
13 |
ЭД-20+20КО+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
43 |
5 |
ЭД-20+20 тальк+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
60 |
7 |
ЭД-20+20 талька+40ФД+40ФОМ+15ПЭПА |
47* |
7 |
ЭД-20+20Шл*+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
54 |
6 |
ЭД-20+20Шл*+40ФД+40ФОМ+15ПЭПА |
40 |
7 |
Анализ физико-механических свойств наполненных композиций показал, что при использовании в качестве наполнителя кубового остатка и гальваношлама комплекс свойств в значительной степени превосходит немодифицированный эпоксидный олигомер и находится на уровне свойств эпоксидных полимеров, содержащих тальк, широко применяемый для наполнения эпоксидных смол.
Кроме того, применение низкомолекулярных соединений (ФОМа и ФД) и наполнителей не ухудшает диэлектрические свойства материала, табл.11.
Таблица 11
Электрические свойства
Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 |
rv, Ом |
rs, Ом·м |
ЭД-20+20Тальк+15ПЭПА |
6,92·1010 |
2,72·1010 |
ЭД-20+20Тальк+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
1,28·1012 |
3,27·1010 |
Определение горючести эпоксидных композиций методом «керамической трубы», показало, что разработанные материалы относятся к классу трудногорючих, табл.12.
Таблица 12
Показатели горючести наполненных эпоксидных композиций
Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 |
Приращение температуры, Dt, оС |
Потери массы, Dm, % |
ЭД20+20КО+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
-20 |
1,29 |
ЭД20+20Тальк+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
-20 |
0 |
ЭД20+20шлам+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
-20 |
0 |
На основании проведенных исследований выбраны композиции с оптимальным сочетанием свойств: эластичностью, хорошими диэлектрическими и пониженной горючестью.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
§ Разработаны составы эпоксидных композиций пониженной горючести, с требуемыми диэлектрическими и физико-механическими свойствами;
§ Доказана возможность направленного регулирования структуры и свойств эпоксидных компаундов с применением модифицирующих фосфорсодержащих замедлителей горения и наполнителей. При этом установлено: наличие химического взаимодействия между замедлителями горения и эпоксидным олигомером и влияние замедлителей горения на процессы структурообразования, обеспечивающие формирование структуры эпоксидного олигомера с повышенной эластичностью;
§ Установлено влияние ЗГ влияние замедлителей горения на физико-химические процессы при пиролизе и горении эпоксидных композиций, проявляющиеся в повышении термоустойчивости материала, что подтверждается возрастанием температуры начала деструкции; увеличивается выход карбонизованного остатка по окончании основной стадии деструкции, соответственно, снижается количество летучих продуктов; значительно увеличивается энергия активации процесса деструкции; снижаются скорости потерь массы.
§ Изучены свойства применяемых наполнителей, определяющие структурообразование эпоксидного олигомера (удельная поверхность, насыпная и истинная плотности и т.п.). Для наполнения рекомендуется использовать частицы с размером 140 мкм, так как они характеризуются большей удельной поверхностью, обеспечивающей лучшее взаимодействие наполнителя и связующего;