Результаты исследований ученых и специалистов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Fabrication of W nanodot and nitrogen codecorated carbon skeleton for hydrogen evolution reaction
Статья научная
Metal dots-nitrogen-carbon catalysts have become a hot topic in recent years because of special coordination environment. Herein, for the study the W nanodots and nitrogen co-decorated carbon skeleton (W@NC) was prepared for hydrogen evolution reaction (HER). In particular, NaCl templates not only restrict the growth of nanodots, but also improve the purity of phase. By optimizing the feeding ratio of ammonium metatungstate, W nanodots (the size is about 1.2 ± 0.6 nm) dispersed well on N-doped C skeleton, and this special structure could effectively promote electron transfer and ion diffusion during HER process. As a result, the optimized W@NC hybrids exhibited excellent HER performance in alkaline media with a rather low over-potential (228 mV at 10 mA cm-2) and outstanding durability over 10 h.
Бесплатно
Nanotechnology in construction: state of the art and future trends
Статья научная
The construction industry has long been regarded asenergy-intensive and high pollution industry. The emergence of nanotechnology provides an ideal solution for the construction industry to energy saving and consumption reduction. The introduction of nanotechnology has greatly promoted the development of new green building materials and brought huge economic and social benefits. This paper applies bibliometric analysis to review the nanotechnology-construction research collected by Web of Science database during 2000-2020, and further visualize their literature characteristics. At the global level, the number of literatures on nanotechnology-construction research has been on the rise in 2000-2019, although it has experienced a small decline in individual years. At the national level, the United States has become the global leader in nanotechnology-construction research with 63 articles, far more than other countries. Considering the income gap, developed countries play an indispensable role in the global nanotechnology-construction research system, while the role of developing countries is relatively weak. We found that the existing nanotechnology-construction research mainly focused on the fields of chemistry and materials science. According to the frequency of keywords, the research focus of nanotechnology-construction research mainly focused on the development and application of new building materials. It is concluded that with the extensive attention of researchers, the future research on nanotechnology-construction will continue to appear and increase at increasing rate.
Бесплатно
New plasticizers for PVC-compositions in construction
Статья научная
The work is devoted to the analysis and development of effective types of plasticizers for a wide range of finishing (linoleum) and insulating building materials (insulation tape, cable plastic) with improved mechanical and technical characteristics. In connection with the growth of consumption of finishing and insulating materials, the development of new formulations of PVC compositions for construction with the use of new plasticizers is not only an urgent task, but also within the framework of construction it allows solving the problems of effective quality control of a finished PVC composition. This paper presents the results of the tests of octylphenoxyethylphtalates as a new chemical additivies for plasticizing PVC in the formulation of the upper and middle layers of linoleum, adhesive film and cable compound О-40 rec. ОМ-40 (black). It is noted, that obtained samples of adhesive tape with their main characteristics (tensile strength at break, extension coefficient, shatter point, thermostability) correspond to technical specification (TS) 2245-001-002033122003. Obtained samples of plasticate were analyzed according to GOST 5960-72 rev. 1-9 (PVC plasticate for isolation and protective covers of wires and cables), by main characteristics (specific insulation resistance, tensile strength at break, breaking elongation, shatter point) are not inferior to commercial prototypes, and such characteristics as «Weight loss at 160оС» and «Water absorption» are significantly lower. It is noted that, in case of using octylphenoxyethyl phtalates, obtained samples of films of upper and middle layers of linoleum analyzed according to norms of STI 00203312-100-2006 have a higher melt flow rate. In addition, films obtained through introduction of suggested plasticizers possess a low value of extractability by gasoline and oils.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Существующие публикации и технологии по цифровому моделированию объектов строительства предполагают значительные затраты и длительность выполнения работ. Для мониторинга и контроля значительного количества объектов необходима разработка технологий лазерного сканирования только с беспилотных воздушных судов без наземной съемки. Материалы и методы. В исследовании использовано беспилотное воздушное судно типа «гексакоптер» с лазерным сканером, специализированное программное обеспечение для работы с данными аэрофотосъемки и лазерного сканирования, в том числе разработанное авторами. При разработке алгоритма сравнения облаков точек использован метод октантов. Результаты и обсуждение. В ходе исследования разработана технология автоматизации мониторинга и контроля строительных работ, в соответствии с которой однократно выполняется аэрофотосъемка и строится ортофотоплан объекта (для размещения данных лазерного сканирования). Затем с определенной периодичностью проводится лазерная съемка с беспилотного воздушного судна, формируются плотные облака точек на разные даты. Для их сравнения разработан линейный вычислительный алгоритм, который по данным о двух плотных облаках точек позволяет получить результирующее облако, которое отражает прогресс в выполнении строительных работ. Особенностью алгоритма является то, что поиск точек ведется не по всему облаку, а в границах октантов. Это ускоряет обработку данных и снижает нагрузку на вычислительные мощности. Технология получила программную реализацию в веб-приложении «Система управления мониторингом строительных работ на объектах, прошедших государственную экспертизу». Она дает возможность пользователю быстро получить визуальное представление об изменении строительного объекта за выбранный период, провести все необходимые измерения (координат, геометрических параметров, расхода материалов и др.). Выводы. Разработанная технология автоматизации мониторинга строительных работ может использоваться застройщиками, заказчиками, государственными и муниципальными органами власти для быстрого получения информации в целях контроля и поддержки принятия управленческих решений.
Бесплатно
Агрегативная устойчивость водной суспензии тонкодисперсного базальта
Статья научная
Получение полифункциональных древесно-минеральных композиций на основе модифицированной древесной коры и тонкодисперсного базальта связано с использованием водной суспензии, содержащей в качестве твердой фазы микро- и наноразмерные частицы горной породы. В связи с этим, в данной работе представлены результаты исследований агрегативной устойчивости водной суспензии тонкодисперсного базальта, которая связана с электрокинетическим потенциалом частиц дисперсной фазы, изменяющимся в зависимости от протолитических свойств дисперсионной среды. Измерение размерных характеристик во времени осуществлялось методом фотонно-корреляционной спектроскопии. Установлено, что при рН среды в диапазоне от 7 до 11 суспензия тонкодисперсного базальта является агрегативно и седиментационно устойчивой, критическое значение дзета-потенциала частиц твердой фазы, при котором проявляется электростатический барьер их взаимодействия, равен 30 мВ.
Бесплатно
Акустооптический затвор для стеклопакетов
Статья научная
Введение. Применение жидких кристаллов привлекательно для решения технических задач из-за малости габаритов устройств, малой потребляемой мощности, простоты конструкции, дешевизны, легкой управляемости жидкими кристаллами различными внешними полями. Под действием механического сдвига слой жидкого кристалла деформируется, вследствие чего возникает поверхностная поляризация. Материалы и методы. В качестве материалов использовались нематические жидкие кристаллы толщиной 10-100 мкм с гомеотропной ориентацией молекул: n-метоксибензилиден n-бутиланилин; 4-октил-4-цианобифенил; нитрофенилоктилоксибензоат; цианофениловый эфир гептилбензойной кислоты. Методы. Экспериментальная установка состояла из зарядочувствительного усилителя с большим входным сопротивлением 10 ГОм и селективным усилителем (2 МОм). Конструкция усилителя позволяла подавать на его вход постоянное напряжение до 100 В, а также линейное и синхронное детектирование сигналов, которые далее поступали на АЦП, осуществляющий их запись. Результаты и обсуждение. Рассматривалось поведение индуцированных на поверхности жидкого кристалла зарядов за счет внутренних механизмов молекулярно-ориентационной поляризации в зависимости от величины и направления внешнего электрического поля. Для этого помещали слой ЖК (МББА) в электрическое поле. Зависимости первой U и второй U2ω гармоник при приложении положительного потенциала к деформируемой пластине достигают меньших значений, чем при отрицательном. Электрическое поле при положительном потенциале стабилизирует молекулы поляризованного слоя, а при отрицательном делает его менее устойчивым, что приводит в одном случае к уменьшению угла наклона на поверхности, а в другом к увеличению, которое ведет к возрастанию второй гармоники. При слабых граничных условиях в объеме НЖК возникает полярная деформация. При приложении поля к гомеотропному слою НЖК (ЦФЭГБК) величина второй гармоники U2ω линейно растет от напряжения Uc вплоть до достижения «насыщения», которое обусловлено возрастанием стабилизирующего диэлектрического момента над вязкоупругим. При небольших полях (Е 4 В/см) величина U2ω сначала возрастает, а затем уменьшается вследствие увеличения угла наклона директора относительно нормали к поверхности. При малых поляризующих напряжениях Uc3, при Uc >> 15 B вторая гармоника U2ai зависит как Uc-1. При малых напряжениях смещения положения минимумов величин первой U и второй U2ω гармоник (для МББА и ЦФЭГБК) не совпадает с нулевой точкой по оси абсцисс при Uc = 0. Величины гармоник U и U2ω имеют максимум в том случае, когда на подвижный электрод подается положительный потенциал. В области положительных напряжений смещения молекулы стабилизируются, а при отрицательных напряжениях молекулы менее устойчивы к ориентационным возмущениям. Величина второй гармоники U2ω резко уменьшается с частотой возмущения. Заключение. Полученные результаты исследований можно использовать при разработке датчиков давления, сейсмодатчиков для зданий и сооружений, модуляторов света, а также акустооптического затвора для стеклопакетов.
Бесплатно
Альтернативная технология консолидации наночастиц в объемный материал
Статья научная
Предложены теоретические основы и технологические принципы одностадийной консолидации наночастиц в объемный материал. Теория реализована на модель- ной системе углерод-углерод в технологическом процессе высокотемпературного пиролиза углеводородов. Получен объемный углеродный наноматериал с уникальными потребительскими свойствами, которые позволили создать машиностроительную продукцию с техническими характеристиками выше мирового уровня. Предлагаемая теория может быть модифицирована применительно к другим процессам газофазной, жидкофазной и вторичной кристаллизации веществ для создания объемных наноматериалов другого химического состава с не менее уникальными свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Несанкционированные свалки – это не разрешенные и не обустроенные в соответствии с действующим законодательством территории, на которых размещаются отходы. Большинство несанкционированных свалок, как про- мышленных, так и твердых коммунальных отходов (ТКО), относятся к объектам накопленного вреда. В связи с увеличением использования в инженерных материалах наночастиц различного генезиса возникает потребность в оценке их воздействия на компоненты окружающей среды (ОС) и здоровье человека. Одними из основных маркерных веществ, определяющих экотоксикологическое воздействие свалок, являются тяжелые металлы, в том числе поступающие в ОС в форме металлсодержащих наночастиц. Их идентификация, определение процессов горизонтальной и вертикальной миграции, выявление интенсивности негативных процессов являются необходимой информацией для принятия решений по выбору способов и технологий рекультивации нарушенных территорий. В настоящее время отсутствуют нормативные правовые акты (НПА), учитывающие специфику таких объектов при исследовании территорий в рамках инженерно-экологических изысканий (ИЭИ), которые в обязательном порядке предшествуют выполнению проектной документации по рекультивации. Актуальной задачей является разработка методологического подхода к диагностике состояния территорий, нарушенных вследствие размещения отходов, и достоверному определению границ почвенного загрязнения с учетом современных тенденций развития нанотехнологий. Методы и материалы. В основу аналитического исследования были положены результаты ИЭИ по четырем несанкционированным свалкам Республики Башкортостан (три свалки твердых бытовых отходов (ТБО) и одна свалка промышленных отходов), проведенных в 2019–2020 годах. Результаты и обсуждение. Было проведено изучение достоверности и полноты определения уровня почвенного загрязнения на территории расположения свалок. Выявлены отклонения от требований СП 11-10-97, ГОСТ 17.4.3.01-83 по количеству точек отбора и их пространственному расположению. Установлено, что не были учтены требования статьи 1 и статьи 80.1 Федерального закона от 10.01.2001 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» о выявлении негативных изменений окружающей среды и установлении способности загрязняющих веществ (ЗВ) к миграции в иные компоненты природной среды. Выводы. Существующие методологические подходы к установлению границ почвенного загрязнения в районах расположения несанкционированных свалок требуют доработки и конкретизации.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В работе исследовано влияние адгезионной добавки и природы наполнителя на усталостную долговечность и межфазное взаимодействие в асфальтовых вяжущих. Материалы и методы исследования. Для битума марки БНД 100/130 и асфальтовых вяжущих (АВ) на его основе, содержащих наполнители различной природы, на реометре динамического сдвига выполняли: а) частотную развертку в диапазоне частот от 0,1 до 100 рад/с при деформации (у) 0,05% при температурах от 30 до -10°С с шагом 10°С; б) циклические испытания (LAS test) при температурах от 16 до 1°С с шагом 3°С. Асфальтовые вяжущие готовили смешением битума (3 мин; 160°С и 600 об/мин) и наполнителя (объемная доля наполнителя 0,275). Для исследования влияния адгезионной добавки (АД) на свойства битума и асфальтовых вяжущих ее в количестве 0,7% вводили в битум до наполнителя. Расчет кривой накопления повреждений при циклических нагрузках проводили по двум моделям теории VECD (система моделирования повреждений вязкоупругой сплошной среды): рассеянной энергии деформации и энергии псевдодеформации. Результаты и обсуждение. Исследовано влияние природы и свойств наполнителя, адгезионной добавки, температуры и частоты испытаний на параметр мефжазного взаимодействия K-B-G* и толщину адсорбированного слоя d. Проанализировано накопление повреждений в образце при циклических нагрузках и поведение усталостных параметров в зависимости от температуры испытаний при двух вариантах определения параметра а.
Бесплатно
Влияние активного порошка дискретно девулканизованной резины на низкотемпературные свойства битума
Статья научная
Введение. Рассмотрены различные методы определения прогнозируемой температуры разрушения битумного вяжущего при низких температурах и дана оценка возможного влияния на результаты химического состава битума, природы модификатора и термоистории испытуемых образцов. Для улучшения низкотемпературных свойств битума предложен порошковый эластомерный модификатор, способный к быстрому распаду на микро- и нанофрагменты при контакте с горячим битумом. Материалы и методы исследования. При температурах до -36оС проведены осцилляционные реологические испытания (4-mm DSR тест) RTFO-состаренных образцов битума БНД 60/90 и модифицированного вяжущего (МВ), содержащего активный порошок дискретно девулканизованной резины (АПДДР), полученный методом высокотемпературного сдвигового измельчения из резины изношенных шин. МВ готовили смешением битума (3 мин; 160оС и 600 об/мин) с 12.5 масс. % АПДДР. Результаты и обсуждение. Исследовано влияние условий проведения испытаний на реологические параметры. Определены структурные переходы в битуме и МВ методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и температура растрескивания тех же образцов в статических условиях в тесте ABCD. Выявлено снижение температуры фактического растрескивания образца МВ по сравнению с битумом. Заключение. Показано, что АПДДР в качестве модификатора влияет на структуру битума и снижает температурную чувствительность битума к внешним воздействиям.
Бесплатно
Влияние золей различного состава на изменение структуры и свойств цементного камня
Статья научная
В строительном материаловедении одним из стремительно развивающихся направлений является применение нанотехнологии для разработки бетонов нового поколения. К настоящему времени широкое применение в технологии бетона получили нанодисперсные добавки, позволяющие повысить его основные физико-механические свойства. Использование эффективных добавок, содержащих в своем составе наночастицы, позволяет оптимизировать структуру бетона, а также снизить расход самого дорогостоящего компонента - цемента. Необходимость создания новых доступных и относительно недорогих модификаторов цементных и бетонных изделий обусловлена большими затратами ресурсов, сложностью их получения, следовательно, высокой себестоимостью и, соответственно, ценой на рынке. В статье рассмотрены вопросы получения добавок в виде золей на основе химических соединений элементов VI группы периодической системы Д.И. Менделеева, в частности серы и хрома, а также их использование для модификации цементного камня. С помощью физико-химических методов исследований и расчетных способов были определены основные характеристики водных растворов золей. В результате проведенных экспериментальных исследований было оптимизировано содержание коллоидных добавок в цементном камне, установлена кинетика набора его прочности в зависимости от вида и количества золей. Содержание золей в цементном камне составляет тысячные доли от массы вяжущего, то есть повышение его прочности происходит на микроуровне. Это представляет собой существенную экономию полученных добавок при их введении в цементные и бетонные композиции. Использование добавок золей на основе соединений серы и хрома не только ускорило гидратацию и твердение цемента в ранние сроки твердения, но и значительно улучшило прочностные характеристики цементного камня. Полученные нанодисперсные добавки можно отнести к группе добавок-ускорителей твердения цемента. Повышение прочности цементного камня, модифицированного золями различного состава, связано с изменением его структуры. Электронно-микроскопический анализ показал, что применение золей различного состава в качестве модификаторов приводит к уплотнению микроструктуры цементного камня и образованию сложных соединений серы и хрома с гидросиликатами кальция.
Бесплатно
Влияние нанодобавок на механические и водоизолирующие свойства составов на основе цемента
Статья научная
В работе представлены результаты лабораторных и промысловых испытаний исследований цементных композиций с нанодобавками на основе аминоэтаксиаэросила. Показано, что механические и водоизолирующие свойства цементного раствора улучшаются при введении нанодобавок. Прочность на изгиб цементного камня после 48-часового отверждения увеличивается на 15%, а водоизолирующий эффект - на 60%. Успешность РИР цементного раствора без нанодобавок составляет 45-50%, а цементного раствора с нанодобавками - 75%. Добавка аминоэтаксиаэросила увеличивает степень дисперсности новообразований, формирующихся в процессе гидратации цемента, что приводит к увеличению механической прочности степени кольматации, обуславливающую повышение проникающей способности и степень заполнения пор и каналов обводненного пласта.
Бесплатно
Влияние нанодобавок на свойства ПВХ-композиции
Статья научная
Введение. В данной научной статье рассмотрена схема процесса горения. Показано, что для замедления или подавления основного процесса, происходящего в конденсированной фазе и определяющего образование газообразного топлива, можно применять полимеры с повышенной термической стабильностью; использовать нанодобавки, уменьшающие количество газообразных продуктов деструкции; изменять теплофизические характеристики полимерного материала, вводя нанодобавки, влияющие на теплоемкость или теплопроводность системы. Для снижения скоростей реакций, происходящих в газовой фазе и поддерживающих процесс горения, можно уменьшать концентрации горючих газов; ингибировать реакции, ответственные за разветвление цепного процесса горения. Методы и материалы. Приведены состав и физические свойства каолина. Монокристалл каолина представляет собой двухслойный алюмосиликат, содержащий гидратационную воду и состоящий из химически связанных слоев диоксида кремния и гидратированного оксида алюминия. Результаты и обсуждение. Нами исследована зависимость времени затухания ПВХ-композиции от состава, содержащего от 3 до 10% каолина. Введение в ПВХ-пластикат каолина привело к уменьшению времени затухания от 4,5 до 1 с. Исследовано влияние количества пластификатора на кислородный индекс. Нами в качестве пластификатора использован дибутоксиэтиладипинат (ДБЭА). Он имеет хорошую совместимость с полимером и является экологически безопасным. Изучена возможность снижения содержания дибутоксиэтиладипината в базовой рецептуре исходного пластиката И40-13 за счет повышения количества карбоната кальция, затем исследованы эксплуатационные свойства полученных составов. Содержание ПВХ и остальных компонентов в базовой рецептуре оставалось при этом неизменным. Анализ данных показал, что для пластификации 62 масс.% ПВХ, содержащегося в И40-13А, достаточно 20 масс.% ДБЭА, при этом содержание наполнителя можно увеличивать минимум в два раза. Значение кислородного индекса (КИ) при соотношении компонентов 20% ДБЭА + 13,56% СаСО3 повышается на 4 единицы и становится равным 29,1%. Исследована зависимость кислородного индекса ПВХ-пластиката от состава, содержащего от 5 до 20% каолина. Результаты показали, что кислородный индекс пластиката значительно повышается при увеличении содержания каолина. Оптимальным содержанием является 15%, так как при уменьшении количества введенной нанодобавки КИ падает, а при увеличении - остается без изменения. Заключение. Таким образом, каолин является перспективным, дешевым и экологически безопасным наполнителем для ПВХ- материалов, который эффективно снижает их горючесть. Такой же эффект достигается при увеличении содержания карбоната кальция в исходной рецептуре ПВХ-пластиката. При совместном использовании каолина и избытка карбоната кальция синергического эффекта не наблюдается.
Бесплатно
Влияние наночастиц металла на механические характеристики композитных материалов
Статья научная
В статье приведены результаты исследований по изменению механических и физических свойств строительных полимерных материалов после введения наночастиц металлов. В качестве примера наночастиц металла рассмотрено влияние наночастиц меди. Показаны пути формирования меди размерами нанометров, краткая методика и возможная структура получаемого наполнителя. Наночастицы меди обладают уникальными антибактериальными, тепло- и токопроводящими свойствами. Указанные свойства значительно сохраняются в полимерном материале. В результате получаемый композиционный материал имеет технологические свойства полимера и уникальные физические свойства наполнителя. В качестве полимерного материала выбраны продукты крупнотоннажного производства: поливинилхлорид, эластомеры, полиэтилен, полипропилен, полистирол. Выделение ионов меди из наночастиц зависит от типа стабилизирующего агента и химической природы среды. Реализация антибактериальных свойств в полимерных материалах достигается дозировкой меди в количестве 1-2% масс. Для придания материалу токопроводящих свойств наночастиц меди потребуется более высокая концентрация металла. Применение только пластиката ПВХ в качестве носителя ограничит эффективность нанокристаллов меди и скажется на механических параметрах материала. Поэтому рассматривается более сложный вид полимерного материала. Термопластичные эластомеры, полученные из смесей резины и пластиката (или пластмасс), создали очень большой интерес в промышленной отрасли. Воск, внедренный в полимерную матрицу полиэтилена, применяется для хранения тепла солнечной энергии; тепловой защиты электронных устройств, пищевых продуктов и изделий медицинского назначения; снижения установленной мощности и теплового комфорта в транспортных средствах. Для улучшения теплопроводности в смесь полиэтилен-воск внедряют наночастицы меди. Для получения полипропилена с наночастицами меди применяют метод смешения расплава. Наиболее привлекательные свойства проявляет изотактический ПП. Наночастицы меди применяют размером от 10 до 60 нм.
Бесплатно
Гидрофобизация плотного и мелкозернистого бетонов полисульфидными растворами
Статья научная
Представлены данные исследований по эффективности гидрофобизации пропиточной композицией «Аквастат» плотного бетона, используемого для изготовления дорожных и аэродромных плит. Установлено, что в результате обработки гидрофобизатором образец бетона перестает смачиваться водой, приобретая гидрофобные свойства, при этом водопоглощение образцов, пропитанных в течение 24 часов при атмосферном давлении, снижается в три раза, а пропитанных под вакуумом в течение 0,5 часов - в 5,5 раз. Выявлено, что по уровню водопоглощения мелкозернистые бетоны, пропитанные «Аквастат», могут соответствовать плотным бетонам на основе крупного заполнителя. Повышение гидрофобности поверхности бетонных дорожных и аэродромных плит, обработанных составом «Аквастат», и возможность снижения водопоглощения структуры плотного бетона (более чем в 5 раз) позволяет прогнозировать повышение долговечности и увеличение срока службы дорожных изделий и конструкций до 2 раз и более.
Бесплатно
Добавки для понижения горючести полимеров
Статья научная
Введение. В данной обзорной статье приведены данные о добавках, используемых для понижения горючести полимерных композиций. Показано, что для этой цели используют не отдельные вещества, а их смеси, включающие замедлители горения, синергисты, стабилизаторы. Принцип действия антипиренов сводится к тому, что при достижении соответствующей степени концентрации антипиренов в материале они не дают ему гореть без наличия источника возгорания. Под воздействием огня на обработанный материал в нем происходят различные химические и физические процессы, не дающие пламени разгореться. Основная часть. Проанализированы достоинства и недостатки основных антипиренов, используемых в настоящее время, к которым относятся соединения сурьмы, галогенсодержащие соединения, фосфорсодержащие вещества, а также гидроксиды алюминия и магния. Рассмотрены различные механизмы замедления процессов горения при использовании антипиренов. Показано, что бромсодержащие антипирены намного более эффективны, чем хлорсодержащие. Они разлагаются в узком интервале температур. Кроме того, пластмассы, содержащие в качестве антипиренов соединения брома, легко подвергаются вторичной переработке благодаря высокой термостабильности таких антипиренов. Фосфорсодержащие соединения обладают пластифицирующей способностью и повышают огнестойкость пластикатов. Действие в конденсированной фазе заключается в том, что при разложении антипирена образуются остатки фосфорной кислоты, которые выступают как дегидратирующие агенты, способствуя образованию карбонизированных структур. При этом также может образовываться аэрозоль, способствующий дезактивации радикалов за счет эффекта стенки. Особенно интересны соединения, содержащие галоген и фосфор. Достоинства этих соединений заключаются в следующем: отщепляя при разложении галогенрадикалы, дезактивируют активные радикалы; способствуют образованию карбонизированных структур. Гидроксиды металлов под воздействием высоких температур разлагаются с выделением воды. Реакция разложения является эндотермической, что приводит к охлаждению субстрата до температур ниже точки воспламенения. Образование воды способствует разбавлению горючих газов, выделяющихся при разложении, ослабляет действие кислорода и уменьшает скорость горения. Эффективность гидроксидов прямо пропорциональна их содержанию в полимере. Наибольшая эффективность наблюдается при введении гидроксида алюминия в кислородсодержащие полимеры (полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, полиамид). Гидроксид магния дороже, чем гидроксид алюминия, но обладает более высокой теплостойкостью (до 300оС). Заключение. Таким образом, из перечисленных антипиренов первое место по объему применения (более 40% всего объема антипиренов) занимают гидроксиды алюминия и магния. Это обусловлено их низкой стоимостью, технологичностью их применения и экологической безопасностью. Правильно подобранная система на основе гидроксида металла позволяет получить дешевый негорючий материал с небольшим количеством дыма, выделяющегося при разложении. Поэтому применение гидроксидов металлов в качестве антипиренов постоянно возрастает.
Бесплатно
Жидкокристаллический оптический затвор для витражей и окон
Статья научная
Введение. Жидкий кристалл как наноматериал нашел применение в науке, технике и технологиях. Уникальные физические свойства жидких кристаллов делают их чувствительными к внешним воздействиям. В статье представлены результаты экспериментального исследования флексоэлектрического эффекта в жидком кристалле при возникновении сдвиговых деформаций, тонкие слои которых могут служить оптическим затвором для витражных окон зданий. Материалы и методы. Использовались нематические жидкие кристаллы с гомеотропной ориентацией молекул толщиной 10÷100 мкм методом двойного лучепреломления. Частота сдвигового воздействия 1 кГц. Методы. Экспериментальная ячейка собиралась из двух стеклянных пластин в виде плоского конденсатора, между стеклами помещались прокладки, которые и задавали толщину образца. Сбоку от предметного столика микроскопа располагался источник сдвиговых колебаний, который соединялся с ЖК-ячейкой при помощи тонкого волновода. Результаты и обсуждение. Согласно геометрии задачи, директор направлен вертикально параллельно оси Z, вектор скорости колебаний пластины - горизонтально по оси X. Ориентация молекул жидкого кристалла в объеме характеризуется углом θ. Между подвижной и неподвижной подложками ЖК-ячейки распространяется упруго-вязкая волна, которая приводит к возмущению начальной гомеотропной ориентации поля директора. Получены зависимости первой и второй гармоник ЭДС, индуцируемой сдвигом, а также оптического сигнала от скорости колебания пластины. Они имеют пороговый характер возникновения при критической скорости Uс~8 мм/с, при этом молекулы жидкого кристалла ориентируются под углом θc. Температурные зависимости гармоник ЭДС вдали от фазового перехода нематик - изотропная жидкость показали, что при приближении к фазовому переходу регрессия сигнала U1ω прекращается, а затем его значение возрастает вплоть до температурного перехода нематик - изотропное состояние TNI. Величина оптического сигнала I2ω/Io(T), приближаясь к фазовому переходу, возрастает, что объясняется ростом амплитуды колебания директора Θd. Заключение. В статье рассмотрен флексоэлектрический эффект, наблюдаемый в тонких слоях нематических жидких кристаллов с гомеотропной ориентацией молекул, помещенных между двумя стеклянными пластинами. Возникновение эффекта имеет пороговый характер, критическая скорость деформации около 8 мм/с. Рассмотрены условия и параметры воздействия (амплитуда сдвига, температура образца) на ячейку-конденсатор для различных жидких кристаллов. Предлагается использовать полученные результаты для создания оптического затвора (шторка) для витражей или окон зданий и сооружений.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Порядка 20 процентов аварий зданий и сооружений связаны с разрушением металлических конструкций. Нанопокрытия, нанесенные на металлические конструкции, на порядки повышают их эксплуатационные свойства, но в то же время затрудняют применение традиционных средств неразрушающего контроля, для которых необходимо обеспечить доступ к поверхности основного металла. Качество нанопокрытия контролируется при его формировании. Для предотвращения разрушения металлоконструкций необходимо выявлять неоднородности структуры основного металла микро- и субмикронных размеров, которые зарождаются в зонах повышенной концентрации механических напряжений и превращаются в макродефекты, приводящие к разрушению конструкций. Для этого необходимы методы и средства, позволяющие бесконтактно, через слой нанопокрытия, идентифицировать напряженно-деформированное состояние и поврежденность структуры основного металла. Перспективным для решения этой задачи является использование электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования. Существующие ЭМА средства не в полной мере используют весь потенциал ЭМА преобразования, имеют недостаточную чувствительность и информативность. Методы и материалы. Для экспериментальных исследований выбраны широко применяемые при изготовлении строительных конструкций стали. Проведены исследования взаимосвязи изменения структуры стандартных образцов металла и параметров сигнала ЭМА преобразователя при статических и циклических нагрузках. Результаты. Получены диаграммы нагружения образцов металла, совмещенные фотографиями микроструктуры в контрольных точках, и их частотные модели, полученные путем спектрального анализа сигнала ЭМА преобразователя. Обсуждение. При изменении напряженно-деформированного состояния металла и накоплении повреждений в его структуре происходит целый комплекс взаимосвязанных изменений механических, акустических и электрофизических свойств, все эти изменения отражаются в изменении параметров частотной модели. Выводы. По результатам проведенных исследований предложено применение частотной модели в качестве интегрального параметра для идентификации напряженно-деформированного состояния и поврежденности металла оборудования. Использование искусственной нейронной сети для анализа параметров частотной модели позволяет упростить процесс идентификации напряженно-деформированного состояния и поврежденности металла конструкций и повысить ее достоверность.
Бесплатно
Использование нанодобавок в поливинилхлоридных композициях строительного назначения
Статья научная
Одним из наиболее распространенных полимеров является поливинилхлорид (ПВХ), который занимает третье после полиэтилена и полипропилена место в мире по объему производства. Высокий спрос на ПВХ обусловлен возможностью его модификации и получения широкого ассортимента материалов и изделий с улучшенными свойствами, а также экономически выгодным соотношением цена - производительность, доступности сырья, сбережением природных ресурсов. Наряду со многими достоинствами ПВХ обладает серьезным недостатком - аномально низкой стабильностью. Наблюдаемое тепловое старение ПВХ начинается уже при 100оС, особенно интенсивно полимер разлагается при переработке в интервалах 160-180оС. Поэтому для получения высококачественных изделий на основе ПВХ необходима эффективная стабилизация полимера, обеспечивающая высокую технологичность при переработке и длительную эксплуатацию без ухудшения потребительских свойств. Действенным способом повышения эффективности стабилизатора является добавление доступных, хорошо известных вторичных стабилизаторов, действующих по различным механизмам, а именно: дипентаэритрита (ДПЭТ), функционирующего как акцептор HCI, и фосфита НФ, ингибирующего термическую деструкцию ПВХ взаимодействием с нестабильными карбонилаллильными группировками. В работе приведены результаты разработки состава комплексного стабилизатора, содержащего кроме термостабилизатора и смазки также нанодобавки, представляющие собой вторичные стабилизаторы дипентаэритрит и фосфит НФ. Проведено исследование влияния нанодобавок на технологические свойства ПВХ-материалов. Показано, что вторичные стабилизаторы значительно повышают эффективность многофункционального стабилизатора в обеспечении термостабильности и цветостойкости ПВХ-композиций строительного назначения. Приведены результаты испытания многофункционального стабилизатора, содержащего нанодобавки в дозировке 0,02 мас.ч. - фосфита НФ, 0,03 мас.ч - ДПЭТ на 100 мас.ч. ПВХ, в ПВХ-рецептурах верхнего и промежуточного слоев линолеума, а также многослойного линолеума. Установлено, что использование комплексного стабилизатора в рецептурах ПВХ-пленок способствует улучшению эксплуатационных характеристик готового продукта - многослойного поливинилхлоридного линолеума, а именно способствует снижению удельного поверхностного электрического сопротивления, абсолютной остаточной деформации, истираемости и изменения линейных размеров.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В условиях глобальной борьбы с изменением климата актуальным является снижение выбросов СО2 и его утилизация. Одним из перспективных направлений является использование СО2 в строительстве, в частности, в производстве бетона. Настоящая статья исследует влияние диоксида углерода на формирование наноразмерной структуры и физикомеханические свойства бетонных смесей. Методы и материалы. Для исследований была разработана специальная установка для смешивания цемента, песка, воды и СО2 под давлением. Полученные образцы бетона подвергались испытаниям на прочность при сжатии и изгибе с использованием автоматического двухдиапазонного испытательного пресса MATEST E161-03N. Также проведен анализ микроструктуры образцов с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Обсуждение. Результаты экспериментов показали, что введение СО2 в бетонную смесь способствует формированию наноразмерной структуры, что улучшает её прочностные характеристики до определенного давления. При дальнейшем увеличении давления наблюдается ухудшение этих характеристик. Дополнительное время перемешивания и увеличение объема воды также влияют на прочность бетона и его микроструктуру.
Бесплатно
