Строительные композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов

Современные композиционные полимерные материалы нашли широкое применение в строительных и отделочных изделиях, пленочных покрытиях. Преимуществом таких материалов является повышенная стойкость к агрессивным средам, износостойкость, устойчивость к резким перепадам температур и рядом других не менее важных свойств. Однако, большинство полимерных материалов имеют низкую тепло- и термостойкость, малую поверхностную твердость и высокий коэффициент термического расширения, повышенную ползучесть. Существенным недостатком является их горючесть, к малоизученным свойствам следует отнести их эксплуатационную долговечность, особенно в условиях резкого перепада температур.

В этой связи представляет интерес применение гетероцепных полимеров, которые дают промышленности новые виды материалов, свободных от вышеперечисленных недостатков. Из наиболее известных тепло-, термо-, хладо-, химстойкими свойствами обладают полигетероарилены [1]. Были исследованы композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов (ПАБИ) полученных из 3,3 ' ,4,4 ' -тетрааминодифенилоксида, дифенилового оксида адипиновой кислоты и е -капролактама с 1% вес. сажи методом прямого прессования. Пленочные материалы изготовлены методом полива из 10-12%-ных растворов ПАБИ.

Для повышения стабильности материала к воздействию высоких температур была исследована композиция полибисмалеимида (ПБМИ) и 5-15 масс.% наполнителя, в качестве последнего использовали угольную пыль (фракция 2-40 мкм). Согласно данным технического и петрографического анализов, угольная пыль содержит 45-75 масс.% витрена, 15-45 масс.% фюзена с зольностью до 10 масс.%. Композицию ПБМИ (ТУ-605-23-12-59-84) с угольной пылью (дисперсностью 5-14, 19, 35-40, 38 мкм) готовили сухим перемешиванием компонентов в механическом диспергаторе при скорости ротора 900 об/мин. Образцы прессовали на гидравлическом прессе в разъемной пресс-форме при температуре 100-120оС и удельном давлении 25-30 МПа с последующим отверждением при 200оС в течение 12 ч.

Климатическую устойчивость полимерных материалов оценивали по существующим в настоящее время ГОСТам, по изменению физико-механических свойств в процессе старения в конкретных климатических условиях. Количественным показателем старения является коэффициент сохранения К t =x t /x 0 где х 0 , х t – значения параметра материала до и после испытания. Композиционные и пленочные полимерные материалы экспонировали в естественных условиях холодного климата на полигоне г. Якутска в течение трех лет. Механические испытания проведены на универсальной разрывной машине “Instron” 1195.

В табл. 1 приведены составы полимерной композиции при различных соотношениях ее компонентов и их сравнительные показатели термостойкости. Исследовано влияние дисперсности наполнителя на термостойкость полимерной композиции (оптимальный состав содержания наполнителя 10 масс.%). Как видно, термостойкость полимера возрастает с добавками стабилизатора на 40-50о. Более эффективно работа стабилизатора проявляется при воздействии высоких температур в процессе длительного старения прессованных образцов при 200оС, что подтверждаются расчетами энергии активации данных процессов. Так, разрушающее напряжение при изгибе без добавки стабилизато- ра снижается на 30% после 500 ч выдерживания, тогда как введение угольной пыли (15 масс.%, дисперсность 35-40 мкм) позволяет сохранить 90% исходных механических показателей.

Таблица 1

Состав полимерной композиции и их сравнительные показатели термостойкости

Полимерные материалы разрушаются гораздо интенсивнее при резких перепадах температур, чем в стационарных условиях. Проведены испытания композиционных материалов на основе ПАБИ с добавками угольной сажи, полученные путем прессования в различных массовых соотношениях. Образцы экспонировались в естественных условиях перепада температур от -40оС до +40оС, в течение трех лет и сравнивались с промышленным полиамидом-6 (ПА-6). В процессе старения полимерных композиций были отслежены следующие характеристики: молекулярная масса (приведенная вязкость растворов полимеров), разрушающее напряжение при растяжении, относительное удлинение при разрыве, снимались кривые термогравиметрического анализа и ИК-спектры.

В табл. 2 приведены данные по изменению прочностных свойств исследованных композиций, которые показывают стабилизирующий эффект в сравнениями с композициями без добавок углеродной сажи. Необходимо отметить, что внешний вид образцов ПАБИ в течение трех лет не изменился, а у ПА-6 через полгода на поверхности появились трещины. Исходя из того, что ПА-6 представляет собой сополимер на основе поликапроамида можно сделать вывод о положительном влиянии бензими-дазольных фрагментов на физико-химические и механо-прочностные свойства ПАБИ.

Таблица 2

Состав полимерной композиции и изменение прочностных показателей

Количество сажи составляло 1 вес.%; К – коэффициент сохранения свойств, К = А/А 0 ; А 0 – величина показателя до экспозиции, А – после экспозиции

И.А. Иванов, Б.К. Сергеев. Физико-химические процессы в бетоне монолитных конструкций

Как видно композиции с наличием сажи имеют более стабильные характеристики показателей. Величина разрушающего напряжения ПАБИ с добавками стабилизатора практически не изменяется за три года. У промышленного ПА-6 происходит снижение данного показателя через два года на 40%, после трех лет на 70%. Изменение относительного удлинения при разрыве свидетельствует о том, что у композиций без добавок стабилизатора данные показатели довольно резко снижаются за первый год и далее сохраняются примерно на одном уровне. У композиций с добавками стабилизатора лишь после первого года начинает падать и через три года изменяются не более чем на 20%. Показатели относительного удлинения при разрыве ПА-6 начинают стабильно изменяться в сторону уменьшения сразу же после начала экспонирования.

Таким образом, композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов являются перспективными для строительных целей.