Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Стородубцева Т.Н. 1

---

1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

Приведены результаты экспериментальных исследований механических свойств композиционного материала, включающего в композиции стирол-содержащие полимеры, полученные из отходов производства синтетического каучука, направленные на повышение морозо- и водостойкости. Использование сополимера на основе отходов производства синтетического каучука позволяет решить вопрос экологического характера, направленный на переработку и использование отходов и побочных продуктов нефтехимических производств, а также деревопереработки.

Статья в формате PDF

1180 KB

композиционные материалы

механические характеристики

отходы нефтехимических производств и деревопереработки

Список литературы

1. Стородубцева Т.Н. Результаты исследования прочностных характеристик древесных композиционных материалов / Т.Н. Стородубцева, А.А. Аксомитный; «Воронеж. гос. лесотехн. акад.». – Воронеж, 2014. – 33 с.: ил. – Деп. в ВИНИТИ 22.10.2014, № 286-В2014.

2. Стородубцева Т.Н. Моделирование напряженного состояния древесины, подверженной действию агрессивных сред в композиционном материале / Фундаментальные исследования, № 4 (часть 1), 2013. – С. 65–70.

3. Стородубцева Т.Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов: моногр. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2002. – 216 с.

4. Стородубцева Т.Н. Строительные древесностекловолокнистые композиционные материалы для изделий специального назначения: Автореф. дис. д-ра. техн. наук – Воронеж, 2005. – 42 с.

5. Стородубцева Т.Н. Формирование механических характеристик и макроструктуры композита в зависимости от синергетических эффектов взаимодействия его компонентов / Лесотехнический журнал, Воронеж. – 2013. – № 4(12). – С. 134–138.

6. Storodubtzeva T.N. The Composite Building Materials on the Basis of the Forest Complex Waste Wood / International Journal of Experimental Education. – 2013. – № 2. – P. 57–58.

В промышленно развитых странах производство композиционных материалов (КМ) неуклонно растет, поскольку эти материалы позволяют добиться существенного улучшения качества и снижения веса изделий и конструкций, в том числе и работающих в экстремальных условиях, при одновременном увеличении их надежности и ресурса.

По сути КМ представляют собой термодинамические неравновесные системы, состоящие из двух или более компонентов, отличающихся по химическому составу, физико-механические свойствам и разделенных в материале четко выраженной границей. Каждый из компонентов вводится в состав, чтобы придать ему требуемые свойства, которыми не обладает каждый из компонентов в отдельности. Комбинируя объемное соотношение компонентов, можно получать материалы с требуемыми характеристиками [1].

Основным фактором, определяющим выбор метода получения КМ является технологическая совместимость компонентов, т.к. возможно разупрочнение волокон в результате химического взаимодействия с матрицей в процессе изготовления, а также их механическое повреждение.

Создание полимерного композита на основе термореактивной смолы ФАМ, который может использоваться в элементах конструкций, работающих в условиях агрессивных сред динамических нагрузок и знакопеременных температур и которые обладают повышенными эксплуатационными свойствами, например, шпал для лесовозных железных дорог, стало своевременным [2, 3].

Известна полимерная композиция, включающая, мас. ч.: фурфуролацетоновый мономер – 70-100; бензолсульфокислота – 15-20; порошкообразный полиэтилен – 40-100; порошкообразный графит – 150-250; сланцевое масло или сламор – 30-50 (1).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является композиция, включающая, мас. % : фурфуролацетоновая смола ФАМ – 15-2; бензолсульфокислота – 3-5; андезитовая мука – 47-57; стеклосечка или распущенный стекложгут – 0,3-0,5; сажа техническая – 2,5-5,7; древесная щепа – 26-20 (2). Данный композиционный состав обладает целым рядом положительных свойств. Однако в его составе используется также значительное количество дорогой и дефицитной смолы ФАМ, кроме того, недостаточно высоки его морозо- и водостойкость [4, 5].

При этом ставилась техническая задача, направленная на удешевление композиционного материала за счет использования в композиции стирол-содержащих полимеров, полученных из отходов производства синтетического каучука, и повышение морозо- и водостойкости. Это достигалось тем, что состав для композиционного материала, включающий фурфуролацетоновую молу ФАМ, бензолсульфокислоту, андезитовую муку, сажу техническую, древесную щепу и стеклосечку или распущенный стекложгут, дополнительно содержит низкомолекулярный стирол-содержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства бутадиенового каучука с содержанием стирола 50-80 мас. % и многоатомный спирт при соотношении компонентов, приведенных в табл. 1 [1, 4].

В композиции используют низкомолекулярный стирол-содержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя (толуола) производства бутадиенового каучука, который выпускают в промышленных масштабах и используют в производстве лакокрасочных материалов. Состав сополимера: содержание стирола в сополимере 50-80 %, бромное число – 52-88, гВг/100 г, плотность – 1061-1071, кг/м3, температура каплепадения – 50-80 °С, молекулярная масса – 3500-6500, Мп.

Частичная замена ФАМ на данный низкомолекулярный сополимер позволяет композиции сохранить прочностные показатели с одновременным повышением морозо- и водостойкости.

Таблица 1

Составы композиционного материала

Использование сополимера на основе отходов производства синтетического каучука позволяет решить вопрос экологического характера, направленный на переработку и использование отходов и побочных продуктов нефтехимических производств.

В составе для композиционного материала используют щепу различных пород древесины или отходов лесосечных работ, освобожденную от коры и подвергнутую сушке. Рекомендуемые сочетания длин отдельных элементов щепы, %: 20-25 см – 2; 15-20 см – 8; 10-15 см – 54; 5-10 см – 35; менее 5 см – 1.

Матрица, представляющая собой отвержденную полимерную композицию на основе ФАМ, низкомолекулярного стирол-содержащего сополимера на основе отходов производства синтетического каучука, эффективно защищает древесную щепу от действия воды, влаги, загнивания, обеспечивает хорошую монолитность композиционного материала и герметичность [4].

Свойства данного композиционного материала приведены в табл. 2.

Таблица 2

Механические свойства композиционного материала

С учетом стадии жизненного цикла рынка, динамикой роста потребления и производства в других странах, потенциал российского рынка композитов огромен. Мировой рынок композиционных материалов сейчас находится в стадии роста и ежегодное увеличение составляет около двадцати процентов.

Актуальность предлагаемого композиционного материала определяется необходимостью замены деревянных и железо-бетонных шпал на шпалы из древесного стекловолокнистого композиционного материала, обладающих преимуществами при использовании их на железных дорогах различного, особенного специального назначения [6].

Библиографическая ссылка