Достижение высоких показателей эксплуатационных свойств волокнистых
композитов в значительной степени зависит от обеспечения эффективного
межфазного взаимодействия поверхности армирующего наполнителя с
термореактивной матрицей [1]. Для повышения его активности важную роль играет
специальная физико-химическая подготовка волокна.
технологии базальтовых волокон и нитей одной из заключительных операций является
нанесение аппрета [2], что облегчает их последующую текстильную переработку, но
приводит к закрытию пор, трещин, сглаживанию дефектов на поверхности
волокнистого наполнителя и, как следствие, снижению его адгезионных свойств. В
связи с этим в работе изучено влияние предварительной термообработки
базальтового волокна (БВ) на формирование структуры и свойства
фенолоформальдегидного катионообменного волокнистого материала (КОВМ) на его
основе.
Свойства КОВМ оценивали путем определения статической обменной емкости (СОЕ)
[3]. Смачиваемость базальтового волокна исследовали методом капиллярного
поднятия [4]. Для изучения процессов структурообразования использовали методы
дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), дифференциально-термического
анализа (ДТА), инфракрасной спектроскопии (ИКС) [5].
Обработку базальтового волокна проводили в течение 1ч в интервале температуры
110-450°С (рис.1). Анализ экспериментальных данных по выбору температуры обработки волокна показал, что при температуре 350-450°С, очевидно,
обеспечивается наиболее полное удаление аппретирующего состава с БВ. Это
способствует обнажению пор, дефектов и трещин волокнистого наполнителя, делает
более доступными кластерные структуры поверхности волокна, повышая его
активность.
При этом улучшаются адгезионные свойства базальтового волокна: значительно
повышается его смачиваемость мономерным составом (рис.2) и возрастает его
сорбционная емкость, что приводит к увеличению доли катионообменной матрицы в
композиционном материале и повышению его статической обменной емкости на 40% по
сравнению с КОВМ на основе необработанного волокна (рис.1).
Для изучения влияния термообработанных базальтовых волокон на процесс синтеза
олигомеров и их последующее отверждение использовали метод ДСК (табл.1).
Экспериментальные данные свидетельствуют о большей активности термообработанного
волокнистого наполнителя по сравнению с исходным базальтовым волокном на стадии
отверждения катионообменной фенолформальдегидной матрицы: суммарный тепловой
эффект повышается примерно на 130 Дж/г. При этом, вероятно, увеличивается
количество межмолекулярных связей, что подтверждают и данные ДТА (табл.2).
При практически одинаковых значениях потерь массы (Ат) и энергии активации (Е)
деструкционных процессов у КОВМ на основе исследуемых волокон температура
максимальных изменений смещается в область более высоких значений на 50 град
для композита на основе термообработанного БВ, что может свидетельствовать о
формировании более сшитой структуры в композите.
Ранее [6] была показана возможность активного адгезионного взаимодействия в
системе фенолформальдегидный олигомер - базальтовое волокно по
кремнекислородным и силанольным группам волокнистого наполнителя и метилольным и гидроксильным группам синтезируемой матрицы с
формированием сетчатых структур уже на начальных стадиях отверждения.
Предварительная термообработка базальтового волокна, вероятно, способствует
протеканию этих процессов. Об этом свидетельствуют данные ИКС исследуемых
волокнистых наполнителей (рис.3). Анализ ИК-спектров исходного (кривая 1) и
термообработанного (кривая 2) базальтовых волокон показывает заметное увеличение
интенсивности полос поглощения, соответствующих валентным колебаниям молекул
кристаллизационной воды (2920-2850 см-1), а также ленточных (1150-1000 см-1) и
кольцевых (780-790 см-1) кремнекислородных структур у волокнистого наполнителя,
прошедшего предварительную подготовку.
- Предварительная термообработка базальтового волокна, используемого для
синтеза фенолформальдегидного катионообменного волокнистого материала, обеспечивает повышение активности
армирующей системы.
- Следствием термообработки являются лучшие хемосорбционные свойства КОВМ на
основе этого волокна.
|