CC BY
54
УДК 677.4;678.84
Л.В. Корчина, Н.Г. Зубова, Т.П. Устинова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДИФИКАЦИИ ПАН-ЖГУТИКА АППРЕТИРУЮЩИМИ СОСТАВАМИ НА ЕГО СВОЙСТВА
Исследованы механические и адгезионные свойства модифицированного по-лиакрилонитрильного технического жгутика аппретирующими составами. Анализ приведенных данных свидетельствует о повышении прочностных характеристик модифицированных волокон по сравнению с исходным ПАН-жгутиком. Определены оптимальные параметры модификации волокон.
Модификаторы, полиакрилонитрильный технический жгутик, параметры модификации, механические свойства, смачиваемость
L.V. Korchina, N.G. Zubova, T.P. Ustinova
USING FINISHING AGENTS TO INVESTIGATE THE IMPACT OF PAN FLAGELLUM MODIFICATION PARAMETERS ON ITS PROPERTIES
Mechanical and adhesive properties of the modified poly-acrylonitric technical flagellum are investigated by means offinishing agents. Analysis of the provided data testifies the increase of strength characteristics of modified fibers compared to initial PAN-fibers. Optimum parameters for fiber modifications are determined.
Modifiers, poly-acrylonitric technical fibers, modification parameters, mechanical properties, wettability
Инновационное развитие отечественной экономики ставит задачи широкого использования химических волокон технического назначения для получения полимерматричных композиционных материалов. Однако данная область их применения требует не только высоких прочностных свойств армирующих волокнистых материалов, но и обеспечения адгезионного взаимодействия в системе матрица-наполнитель, что может быть достигнуто модификацией волокна-наполнителя [1].
В связи с этим целью работы являлось изучение влияния различных модификаторов на прочностные и адгезионные свойства полиакрилонитрильного технического жгутика (ПАН-ТЖ), используемого для армирования эпоксидной матрицы [2, 3].
В работе объектами исследования являлись: 1) полиакрилонитрильный технический жгутик (ТУ 6-06-С253-87); 2) модификаторы: Dyron OS 3151(смесь гликолевых эфиров жирных кислот); АГМ-9 (3-аминопропилтриэтооксисилан) (ТУ 6-02-724-77).
Модификацию проводили путем обработки ПАН-ТЖ авиважной ванной, содержащей модифицирующую добавку. На первом этапе эксперимента оценивалось влияние состава модифицирующей ванны и параметров модификации на изменение массы и прочностных характеристик волокна. В связи с этим обработку ПАН-ТЖ аппретирующими добавками проводили при концентрации раствора 2, 5 и 10% и времени обработки 30, 60 и 90 с. После завершения процесса пропитки и сушки образцов (Тсуш=50°С), их подвергали дополнительной термообработке при температуре 100°С в течение 15 мин.
Анализ полученных экспериментальных данных по изучению эффективности проведенной модификации свидетельствует о том, что в одних и тех же условиях обработки ПАН-ТЖ в значительно большей степени сорбирует компоненты модифицирующей ванны, содержащей Бугоп 08 3151, по сравнению с растворами АГМ-9, что подтверждается данными по изменению массы образцов волокна (рис. 1).
Рис. 1. Изменение массы образцов ПАН-жгутика при концентрации модификаторов в ванне:
I - 2%; II - 5%; III - 10%
Данные по оценке прочностных свойств модифицированных нитей (таблица) показывают, что обработка ПАН-жгутика как Dyron OS 3151, так и АГМ-9 способствует повышению его прочностных свойств по сравнению с исходным ПАН-ТЖ, что, очевидно, связано с образованием в процессе модификации пленочного покрытия на поверхности волокна, которое «залечивает» дефекты и микротрещины волокнистого наполнителя.
Зависимость механических свойств модифицированного ПАН-ТЖ от параметров модификации
Время модификации, с Относительная разрывная нагрузка, сН/текс Относительное разрывное удлинение, %
Концентрация ванны 2%
30 55 22
60 54 47 20 17
90 55 21
Концентрация ванны 5%
30 64 52 24 16
60 64 60 23 16
90 74 47 23 18
Концентрация ванны 10%
30 47 45 18 19
60 59 50 23 18
90 59 46 29 10
Исходный ПАН-жгутик 43 16
Примечание: числитель - модификация Dyron OS 3151, знаменатель - модификация АГМ-9.
Из приведенных в таблице данных видно, что наибольшие значения увеличения относительной разрывной нагрузки ПАН-жгутика достигаются при содержании аппрета в пропиточной ванне 5% для обоих модификаторов. Однако при обработке ПАН-ТЖ ванной, содержащей Бугоп 08 3151, упрочняющий эффект проявляется в большей степени, что коррелирует с данными по изменению массы образцов волокна (рис. 1). Так, при использовании в качестве модификатора Бугоп 08 3151 увеличение относительной разрывной нагрузки достигает 50-70% при изменении массы образцов на 55-90%. При модификации ПАН-жгутика АГМ-9 это изменение не превышает 15-40%, но и масса образцов изменяется только на 2,3-4,8%. Таким образом, из полученных экспериментальных данных следует, что более эффективным аппретирующим компонентом для модификации технического ПАН-жгутика является модификатор Бугоп 08 3151.
Выбор продолжительности обработки ПАН-ТЖ модифицирующей ванной, содержащей 5% Бугоп 08 3151, определялся, с одной стороны, технологическими требованиями, с другой -необходимостью полноты завершения протекающих при модификации процессов сорбции и диффузии аппрета в объем волокна, и, как следствие, уровнем достигаемых прочностных характеристик и его адгезионными свойствами.
Анализ кинетических кривых смачивания, используемых для косвенной оценки адгезионных свойств в системе эпоксидное связующее/ПАН-жгутик (рис. 2), показывает, что обработка волокнистого наполнителя модифицирующей ванной, содержащей Бугоп 08 3151, снижает его смачиваемость раствором эпоксидного олигомера. Однако при содержании аппрета в ванне - 5% и продолжительности обработки 60 с это снижение минимально: если у исходного ПАН-ТЖ максимальная высота поднятия жидкости составляет 53,7 мм, то у модифицированного Бугоп 08 3151 в указанных условиях волокна она равна 49,0 мм.
вот
г г
О 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Время, с
Рис. 2. Кинетические кривые смачивания раствором эпоксидного олигомера модифицированного при различных концентрациях Оугоп ОБ 3151 и продолжительности обработки ПАН-жгутика: 1 - без обработки (53,7 мм);
2 - 2%, 30 с (38, 8 мм); 3 - 2%, 60 с (34, 3 мм); 4 - 2%, 90 с (34, 6 мм); 5 - 5%, 30 с (35,8 мм); 6 - 5%, 60 с (49, 0 мм);
7 - 5%, 90 с (39, 8 мм); 8 - 10%, 30 с (41,6 мм); 9 - 10%, 60 с (39,1 мм); 10 - 10%, 90 с (35,5 мм)
В результате, учитывая, что увеличение времени модификации до 90 с затрудняет проведение процесса по непрерывной технологии, а его снижение до 30 с является недостаточным для достижения модифицирующего эффекта, обработку ПАН-ТЖ аппретирующими составами предложено проводить в течение 60 с.
Таким образом, проведенный анализ влияния состава модифицирующей ванны и продолжительности обработки волокна на его физико-механические и адгезионные свойства позволил определить оптимальные параметры модификации исследуемыми аппретами технического ПАН-жгутика, используемого для армирования эпоксидной матрицы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Функциональные наполнители для пластмасс / под ред. М. Ксантоса; пер. с англ. под ред. В.Н. Кулезнева. СПб.: Научные основы и технологии. 2010. 462 с.
2. Зубова Н.Г. Оценка структурных особенностей и эксплуатационных свойств эпоксидных композитов на основе химических волокон / Н.Г. Зубова, Т.П. Устинова, С.Г. Кононенко // Пластические массы. 2012. № 1. С. 46-48.
3. Зубова Н.Г. Изучение свойств модифицированных ПАН-волокон и эпоксипластов на их основе / Н.Г.Зубова, Т.П.Устинова, Л.В. Корчина // Современные проблемы науки о полимерах: материалы VII Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием. СПб.: ИВС РАН, 2011. С. 64.
Корчина Лилия Венеровна -
аспирант кафедры «Химическая технология» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Зубова Наталья Геннадьевна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Процессы и аппараты химических технологий» Балаковского института техники, технологии и управления (филиал) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Устинова Татьяна Петровна -
доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Химическая технология» Энгельсского технологического института (филиал) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Liliya V. Korchina -
Postgraduate
Department of Electrochemical Production Technologies,
Engels Technological Institute:
Part of Yuri Gagarin State Technical University
of Saratov
Nataliya G. Zubova -
Ph. D., Associate Professor Department of Processes and Devices for Chemical Technologies,
Balakovo Institute of Engineering, Technologies and Management,
Part of Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Tatiana P. Ustinova -
Dr. Sc., Professor
Head: Department of Electrochemical Production Technologies,
Engels Technological Institute:
Part of Yuri Gagarin State Technical University
of Saratov
Статья поступила в редакцию 11.04.14, принята к опубликованию 15.05.14
