Создание эпоксидных композиций пониженной горючести с электропроводящими и диэлектрическими свойствами
Анализ данных ИК-спектроскопии неотвержденной ЭД-20, рис. 3 кр.2, показал, что полосы поглощения, почти полостью совпадает со спектром смолы, приведенном в литературных источниках.
длина волны, см-1
Рис.3. ИК-спектры: 1-ПЭ
ПА; 2-ЭД-20; 3-ЭД-20+15ПЭПА;
4 – ЭД-20+30 ТХЭФ +15 ПЭПА; 5-ЭД-20+40ФД +15ПЭПА,
6-ЭД-20+20ФОМ+15ПЭПА
Методом ИКС определено наличие в спектрах эпоксидной композиции содержащей ФД, полосы поглощения при 1183 см –1, соответствующей валентным колебаниям –СО– простой эфирной связи, отсутствующей у ФД и ЭД-20,что свидетельствует о химическом взаимодействии компонентов, рис. 3. Кроме того, по данным ДИСК, отмечено наличие высокого значения интегрального теплового эффекта в композиции ФД+ПЭПА, табл. 5. Поэтому, вероятнее всего, ФД взаимодействует не только с олигомером, но и с ПЭПА.
В ИК спектрах композиции ЭД-20 +ФОМ обнаружено отсутствие пика валентных колебаний связи –С=С– , принадлежащей ФОМу и появление новых пиков (1150-1070 см–1) группы -С-О-С- алифатического эфира. Эти данные подтверждают взаимодействие ФОМа с олигомером по гидроксильным группам с раскрытием двойной связи. Это взаимодействие подтверждается и высокими значениями интегрального теплового эффекта (табл. 5) и температуры отверждения (140ºC).
Таблица 5.
Интегральный тепловой эффект образования эпоксидных композиций
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ЭД-20 |
Площадь теплового эффекта, S, град×с/г |
Интегральный тепловой эффект, Qр, Дж/г |
ЭД-20+15ПЭПА |
33456,0 |
906,7 |
ФД+ПЭПА |
23609,0 |
639,8 |
ФОМ+ПЭПА |
6952,6 |
188,4 |
ЭД-20+40ФД+15ПЭПА |
5826,9 |
157,9 |
ЭД-20+20ФОМ+15ПЭПА |
17261 |
368,5 |
ЭД-20+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
22711,0 |
615,5 |
Анализ данных термогравиметрии показал, что применяемые ЗГ относятся к достаточно термостойким соединениям, табл. 6.
Таблица 6.
Показатели пиролиза и горючести эпоксидных композиций, отвержденных ПЭПА (15 масс. ч.)
Состав, масс. ч. на 100 масс.ч. ЭД-20 |
Температура начала деструкции, ТН, °С |
Выход карбонизованного остатка по заверше- нии основной стадии пиролиза, % (масс.) |
Энергия актива- ции, ЕА, кДж моль |
Потери массы при горении на воздухе, Dm, % (масс.) |
ЭД-20+40ФД |
275 |
53 (345оС) |
823 |
0,8 |
ЭД-20+20ФОМ |
230 |
49 (365оС) |
85 |
4,0 |
ЭД-20+30 ТХЭФ |
300 |
56 (300 оС) |
128 |
0,3 |
Введение исследуемых ФД и ФОМа в количестве 40 масс. ч, а ТХЭФ в количестве 30 масс. ч. в эпоксидную смолу оказывает влияние на поведение при пиролизе и проявляется в том, что: повышается термоустойчивость материала, что подтверждается возрастанием температуры начала деструкции; увеличивается выход карбонизованного остатка по окончании основной стадии деструкции; увеличивается, а с ФД И ФОМом значительно энергия активации процесса деструкции; снижаются скорости потери массы.
Определение класса горючести модифицированных композиций методом «керамической трубы» показало, что выделяющиеся продукты деструкции относятся к негорючим так как температура при испытаниях не только не возрастает, но отмечено для всех образцов ее снижение относительно поддерживаемой в испытательной камере, температуры (250ºС) и минимальные потери массы связанные с некоторой деструкцией образца, следовательно, в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89, разработанные составы относятся к классу трудногорючих, так как к этому классу относятся материалы, для которых Dt<60оC и Dm<60%, табл.7.
Таблица 7.
Показатели горючести эпоксидных композиций, определенные по методу «керамическая труба»
Состав материала, масс. ч., на 100 масс. ч. ЭД-20 |
Приращение температуры, DТ, оС |
Потери массы, Dm, % |
ЭД-20+15ПЭПА |
+650 |
80 |
ЭД-20+40ФД+15ПЭПА |
-20 |
0,15 |
ЭД-20+40ФОМ+15ПЭПА |
-10 |
0,21 |
ЭД-20+20ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
-30 |
0,31 |
ЭД-20+40ФД+20ФОМ+15ПЭПА |
-40 |
0,35 |
На горение полимерных композиционных материалов (ПКМ) большое влияние оказывают процессы коксообразования, структура и свойства кокса. Применение фосфорсодержащих замедлителей горения, являющимися катализаторами коксообразования коксующихся полимеров повышает выход карбонизованного остатка и изменяет его макро и микроструктуру. Это приводит к изменению теплообмена между пламенем и полимером, а следовательно, влияет на протекание процессов пиролиза и горения.
Поэтому изучение механизма карбонизации полимеров, а именно, влияние на него замедлителей горения, условий испытаний и других факторов важно при разработке ПКМ пониженной горючести, в том числе на основе эпоксидной смолы наполненной сажей, ГТО, ПФА, NH4Cl и фосфор- и хлорсодержащими соединениями (ФОМ, ФД, ТХЭФ).