апрель 2019

Регулювання адгезійної міцності у системі «термопласт-волокно»


Романова Анастасія Евгенівна Романова А. Е. , Баштаник П. І. , Терещук М. М. , Янова К. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Регулювання адгезійної міцності у системі «термопласт-волокно» / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 47-50


У наш час важливим напрямом науки є створення та впровадження у виробництво полімерних композиційних матеріалів. Армування пластмас волокнами дозволяє отримати композити з підвищеними механічними, теплофізичними та антифрикційними властивостями. Особливе місце серед армованих пластиків займають базальтопластики, які застосовуються для виготовлення конструкцій в автомобіле-, авіа- та приладобудуванні.

Метою даної роботи є встановлення адгезійної міцності на межі поділу фаз нових композитів та дослідження впливу на неї поверхневої обробки армуючого наповнювача.

Об’єктами дослідження є композити на основі поліпропілену та базальтових волокон.

Адгезійна міцність у системі «поліпропілен-базальтове волокно» визначалася прямим методом − виривом волокна із пігулки термопласту. Крайовий кут змочування волокон розплавом поліпропілену визначався методом краплі − на тканину наносили краплю розплаву термопласту і вимірювали її розміри.

Для модифікації волокон у якості апретів використовували поліаміногуанідини, формули яких представлені у таблиці 1.

Таблиця 1 – Формули поліаміногуанідинів

Назва Хімічна формула
Полігексаметиленгуані-дингідрохлорид (ПГМХ-ГХ)
Полідіетиленаміногуані-динкарбонат (ПАГ-карбонат)
Полідіетиленаміногуані-динфосфат (ПАГ-фосфат)

Перед модифікацією базальтових волокон проводилась хімічна обробка їх поверхні 0,1 н розчином NaOH. Вплив тривалості активації базальтових волокон на адгезійну міцність системи «поліпропілен-базальтове волокно» наведено у таблиці 2.

Таблиця 2 − Вплив тривалості активації базальтових волокон на адгезійну міцність системи «поліпропілен-базальтове волокно», МПа

Вид обробки Тривалість обробки, год
0 2 4 6 8 24
0,1 н розчин NaOH 11,6 12,0 12,1 12,3 12,4 12,6

Аналіз даних табл. 2 показав, що зі збільшенням тривалості активації 0,1 н розчином NaOH поверхні базальтових волокон адгезійна міцність системи «поліпропілен-базальтове волокно» зростає. Оптимальним часом хімічної обробки базальтових волокон є 8 годин, так як при такій тривалості обробки спостерігається максимальна адгезійна міцність у системі «поліпропілен-базальтове волокно». Саме таку тривалість активації засто-совували для обробки поверхні базальтових волокон перед їх модифікацією.

На користь цього висновку свідчить дослідження впливу тривалості активації базальтових волокон на крайовий кут змочування розплавом поліпропілену. Результати залежності крайового кута змочування розплавом поліпропілену базальтових волокон від тривалості їх хімічної обробки наведені у таблиці 3.

Таблиця 3 − Залежність крайового кута змочування розплавом поліпропілену базальтових волокон від тривалості їх хімічної обробки, град

Вид обробки Тривалість обробки, год
0 2 4 6 8 24
0,1 н розчин NaOH 85 73 70 68 67 65

Аналіз даних таблиці 3 доводить, що при хімічній обробці базальтових волокон 0,1 н розчином NaOH змочування їх розплавом поліпропілену значно покращується. Ймовірно, при хімічній обробці базальтових волокон відбуваються зміни в мікрорельєфі − зростає їх мікрошорсткість, а отже  питома поверхня волокон, і як наслідок − сорбційна здатність.

Для підвищення адгезійної міцності у системі «поліпропілен-базальтове волокно» у якості модифікаторів базальтових волокон викорис-товували поліаміногуанідини: ПАГ-фосфат, ПГМГ-ГХ, ПАГ-карбонат.

Раніше поліаміногуанідини використовувалися як промотори адгезії в еластомерних матеріалах. При обробці базальтових волокон кількість модифікатора на їх поверхні змінювали від 0,5 до 2,0 мас.%.

На рисунку 1 представлено результати визначення адгезійної міцності у системі «поліпропілен-базальтове волокно» в залежності від концентрації апрету на волокні, а на рисунку 2 показано залежність крайового кута змочування від концентрації апрету.

Рисунок 1 − Міцносні характеристики апретованого базальтового волокна в залежності від концентрації апрету на його поверхні

Рисунок 2 − Залежність крайового кута змочування (θ) від концентрації (С) апрету на базальтовому волокні

Адгезійна міцність у системі «поліпропілен-базальтове волокно» при відсутності обробки волокон апретом становила 21,6 МПа. Як видно із залежностей, що представлені на рисунках, модифікація призводить до збільшення адгезійної міцності і зменшення крайового кута змочування − необхідної умови для утворення міцного адгезійного контакту. Найбільше зростання адгезійної міцності (у 2,5 рази) у системі «поліпропілен-базальтове волокно» досягнуто при апретуванні базальтового волокна поліаміногуанідином ПАГ-карбонат (51,2 МПа). Ймовірно, таке зростання адгезійної міцності пояснюється тим, що на поверхні модифікованих волокон збільшується кількість полярних груп, яка призводить до посилення дипольної та ван-дер-ваальсової взаємодії між апретом та полімерною матрицею.

Встановлено, що раціональний вміст апрету, незалежно від його типу, на поверхні базальтового волокна становить 1,5 мас.%.

Таким чином, проведені дослідження впливу хімічної активації базальтових волокон на адгезійну міцність системи «поліпропілен – базальтове волокно» дозволили встановити оптимальний час обробки базальтових волокон 0,1 н розчином NaOH – 8 годин.

Доведено ефективність використання у якості модифікаторів поверхні активованих базальтових волокон поліаміногуанідинів, які по активності можна розташувати у ряд: ПАГ-фосфат < ПГМГ-ГХ < ПАГ-карбонат.