СУХИ РАЗТВЪРЖАВАЩИ НОВОЛАК СМОЛИ И СЪСТАВИ НА ТЯХНА БАЗА
Електронно научно списание "WORKINGS OF VIAM"
ФЕДЕРАЛНО ДЪРЖАВНО УНИТАРНО ПРЕДПРИЯТИЕ "ОБЩОБЪЛГАРСКИ НАУЧЕН ИНСТИТУТ ПО АВИАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ" ДЪРЖАВЕН НАУЧЕН ЦЕНТЪР НА БЪЛГАРИЯ
Упълномощаване
Настоящата работа е посветена на получаването на комбинирани полимери на базата на смесени резол-новолачни композиции. В резултат на изследването са определени технологичните свойства (вискозитет и степен на втвърдяване) на комбинирани полимери на базата на смесени резол-новолачни състави, както и тяхната топлоустойчивост. Показано е, че въвеждането на новолачни олигомерни добавки в състави на базата на сухи резолови смоли води до значително намаляване на общия вискозитет на състава, което опростява технологичния процес на тяхното получаване. В същото време изследването на кинетиката на термичното разлагане на изследваните състави позволи да се определи, че добавянето на новолачен олигомер има известен термично стабилизиращ ефект върху намаляването на скоростта на разрушаване на смесените резол-новолачни състави. Силата на коксовите остатъци на получените състави също значително се увеличава в сравнение с оригиналните системи.
Въведение
Напоследък пени на базата на фенолформалдехидни олигомери (фенолни пени) са широко използвани в различни области на авиационната и космическата индустрия. Основните показатели на такива материали - якостни, електрически, топлофизични и др. - могат да варират в много широки граници, което се дължи главно на тяхната регулируема плътност - от тежки до ултра леки пени [1].
Има два основни вида фенол-формалдехидни пени: резолови и новолачни пени. Най-високите стойностиякост и топлоустойчивост (при ниска специфична плътност), които са приоритетни характеристики в авиационната и космическата индустрия, притежават състави, получени на базата на резолни видове фенолформалдехидни олигомери, които образуват разклонена и омрежена макроструктура при структуриране [2–8].
Недостатъкът на всички пластмаси на базата на резолови олигомери, включително пени (пени от марките FRP, Penoresol, Resopen Vilares и др.), Е тяхната повишена твърдост, която може да бъде намалена чрез въвеждане на линейни или слабо разклонени съединения, например новолачни фенолни олигомери [8–11].
Възможността за получаване на комбинирани полимери на базата на смесени резол-новолачни състави се основава главно на активността на взаимодействието на метилолните групи на резоли с водорода на фенолните ядра в новолачните олигомери, а не помежду си [11–18].
Въпреки факта, че самият факт за използването на такива смесени резол-новолачни състави е известен от сравнително дълго време [19, 20], едва наскоро се появи информация за разработването и практическото използване на смесени резол-новолачни фенолни състави за производството на нови видове пенопластмаси, наречени от разработчиците „ново поколение пенопластмаси“ - пенопластмаси от марките RNP и Polinovolak.
Поради факта, че тези фенолни пластмаси са получени на базата на "ниско вискозни" (течни) фенолни олигомери, беше от интерес да се разгледат свойствата на резол-новолачните полимерни състави, получени на базата на сухи (твърди) видове олигомери.
По този начин целта на тази работа е да се проучи възможността за получаване на комбинирани полимери на базата на смесени резол-новолачни състави.
По време на работата установихме:
- оптималното количество входноволачен олигомер към сух резолов олигомер;
– ефектът от въвеждането на новолачен олигомер върху технологичните свойства, по-специално върху вискозитета на получените резол-новолачни състави;
– физични и механични характеристики на продуктите на карбонизация на полимери на базата на смесени резол-новолачни състави, а също така изследва кинетиката на термично разлагане на получените резол-новолачни състави.
Материали и методи
Наличните в търговската мрежа сухи фенол-формалдехидни олигомери от типовете резол и новолак бяха избрани за получаване на смесени състави резол-новолак. След смилане в топкова мелница олигомерите се смесват в съотношение резол/новолак:
Условно число на сместа
Съотношение на компонента, % (об.)
След смесване, получените състави се втвърдяват и разпенват в затворени форми при следния температурен режим:
– етап 1 – омекване на състава и преминаването му във вискозно състояние при 80–90°С;
- етап 2 - началото на процеса на разлагане на разпенващия агент и разпенване на състава при 100–110 ° C;
- Етап 3 - втвърдяване на пяната при 150-200°C.
Плътността на получените първоначално втвърдени проби е 100–120 kg/m3.
Изследван е ефектът на различни количества новолачни олигомерни добавки върху кинетиката и степента на втвърдяване на смесени резол-новолачни състави, скоростта на термично разграждане на втвърдените състави и техните якостни характеристики след карбонизация при 950–1000 ° C в среда за пълнене с въглища.
Изследването на скоростта на втвърдяване на смесени резол-новолачни състави беше разгледано чрез промяна на характеристиките на вискозния им поток върху вискозиметър на Geppler с топка под налягане. Натоварването на лоста беше избрано въз основа на скоросттапотапяне на топката в тестваните композиции.
Резултати
Както показаха резултатите от теста (фиг. 1), въвеждането на новолачен олигомер измества началото на процесите на топене и втвърдяване на резол-новолачните състави към по-ниски температури. В този случай, процесът на втвърдяване на смесени резол-новолачни състави започва при по-ниски температури в сравнение с "чистия" резолов олигомер. Въпреки това, с увеличаване на съдържанието на новолачния олигомер над 30%, скоростта на втвърдяване на съставите значително намалява, както може да се прецени от естеството на наклона на кривата на увеличаване на вискозитета. При съдържание на новолачен олигомер от ˃30%, степента на омрежване на втвърдените състави резол-новолак също забележимо намалява.
На фиг. 2 показва резултатите от екстракцията с алкохол на изхвърлените смесени резол-новолачни състави.
Изследването на кинетиката на термичното разлагане на изследваните състави позволи да се определи, че добавянето на новолачен олигомер има известен термостабилизиращ ефект върху намаляването на скоростта на разрушаване на смесени резол-новолачни състави. На фиг. Фигура 3 показва скоростта на термично разграждане на изследваните състави при нагряване до 800°C, определена от повишаването на налягането в затворена система (вакуум 10 -1).
Фигура 2. Количеството на екстрахирани алкохол-съдържащи съединения спрямо съдържанието на новолачен олигомер
Фигура 4. Характеристики на термична якост на продукти за карбонизация на полимери
На фиг. Фигура 4 показва якостните характеристики на продуктите на карбонизация на полимери на базата на смесени резол-новолачни състави след задържане в продължение на 1 час при температура 1000 ° C в среда за пълнене с въглища.
Дискусия и заключения
Въвеждането на линейни вериги на новолачния олигомер в резолови смоли, очевидно, насърчава "пластификацията" на втвърдените продукти и намаляването на вътрешните напрежения, възникващи в тях. В резултат на това при високотемпературна пиролиза (800–1000°С) не се получава напукване, което е характерно за всички твърди полимери.
Така в резултат на изследването се установиха следните закономерности.
2. Вискозитетът на съставите с въвеждането на новолачен олигомер в количества до 20% (об.) По време на технологичния режим "пенообразуване-втвърдяване" намалява най-интензивно, което най-вероятно се дължи на ниското молекулно тегло на получената смес. Това значително ускорява технологичния процес на "разпенване-втвърдяване" на сместа резол-новолак.
3. Изследването на кинетиката на термично разлагане на получените резол-новолачни продукти също показа, че минималното количество летливи компоненти се освобождава при най-ниското съдържание на новолачен олигомер в състава, което се дължи главно на по-ниското молекулно тегло на получения полимер.