Высокодисперсный шунгит как наполнитель износостойких композиционных материалов

Уникальные по своей структуре и свойствам шунгитовые горные породы уже давно используются в различных областях народного хозяйства, однако сфер практического применения, адекватно отвечающих уникальности этого сырья, до сих пор не найдено. Интенсивные исследования, проведённые в последнее десятилетие различными научными центрами, позволяют выделить два, на наш взгляд, потенциально наиболее перспективных направления использования шунгитового сырья [1, 2]:

• 1.    Использование тонкодисперсных порошков шунгита в качестве наполнителя композиционных материалов;

• 2.    Использование диспергированного шунгита в качестве высокоактивного сорбента при очистке вод.

В данной статье речь пойдёт об исследованиях первого из отмеченных направлений.

Частицы высокодисперсных шунгитовых порошков биполярны и хорошо смешиваются практически со всеми химическими веществами, в том числе с вяжущими как органической, так и неорганической природы. Нами получены высоконаполненные композиты на основе полимерного, магнезиального, портландцементного, портландцементно-глиноземного вяжущих и исследована истираемость этих материалов. Порошки наполнителя имели разную степень дисперсности: от 1000 до нескольких сотен мкм; несколько десятков мкм; от 0,5 до 10 мкм. Размеры частиц диспергированного сырья определялись на лазерном анализаторе «Fritsch Analysette 22 Nanotech». На этом приборе по разработнной модели с использованием математической статистики рассчитываются и выдаются результаты в виде интегральных и дифференциальных кривых распределения частиц измельчённого продукта (Рис. 1). Одной и той же степени измельчения параллельно подвергались шунгит и кварц для сравнительного изучения их в качестве наполнителя.

Исследования показали, что композиты с шунгитовым наполнителем имеют более высокую износостойкость, чем с кварцевым, при одинаковых степенях диспергирования и наполнения. Величина «шунгитового эффекта» повышения износостойкости, однако, сильно зависит от целого ряда факторов:

• •    природы (органическая, неорганическая) и вида связующего вещества;

• •    состава шунгитовой породы: содержания в ней углеродистого вещества, состава сопутствующих минеральных компонентов;

• •    степени диспергирования шунгита и диапазона разброса размеров частиц;

• •    величины наполнения шунгитовой композиции.

В качестве примера ниже приведены сопоставительные данные по истираемости композицит с диспергированным шунгитом и кварцем с одинаковыми степенями заполнения и размерами частиц наполнителя, представленными на рис. 1.

Из табл. 1 видно, что износостойкость композиции с шунгитовым наполнителем в 2 раза превосходит таковую с кварцем после 100 циклов, а после 200 циклов истираемость композиции с шунгитом пренебрежимо мала.

Таблица 1

Проведённые нами исследования композиций с различными вяжущими и разной степенью наполнения их высокодисперсным шунгитом показали перспективность использования этой горной породы в создании нового поколения износостойких материалов.

Fritsch Particle Sizer 'analysette 22'

100.0 %  <=     600.000 µm 100.0 %  <=     700.000 µm 100.0 %  <=     800.000 µm                [um]

100.0 %  <=     900.000 µm

Рис. 1 Интегральная и дифференциальная кривые распределения частиц диспергированных шунгита и кварца

There was conducted comparative investigation of composite materials’ wear-resistance possessing as filler highly dispersed quartz and composite materials with highly dispersed schungite. There was shown that wear-resistance of schungite materials highly exceeds quartz wear-resistance. There were studied factors influencing to the size of the “schungite effect” increasing of wear-resistance in composites on the base of different astringent materials.