Исследование эксплуатационных характеристик огнезащитных покрытий на основе эпоксидных смол, модифицированных астраленами

Введение. Целью исследования было изучение влияния углеродных наноструктур (УНС) — астраленов на экс­плуатационные характеристики огнезащитных вспучивающихся композиций (ОВК), а также установление зависимости огнезащитной эффективности модифицированных вспучивающихся покрытий от их термической стабильности, адгезионной прочности и электрофизических свойств.

Материалы и методы исследований. В качестве объекта исследования использовался огнезащитный вспучивающийся состав “Термобарьер” 2 на основе эпоксидных смол с астраленами в условиях электрофизической модификации. Экспериментальная часть включала исследование методом синхронного термического анализа, измерение диэлектрической проницаемости, определение адгезии методом отрыва, установление взаимосвязи свойств ОВК с условиями модификации методом нейросетевого моделирования, определение огнезащитной эффективности покрытий в условиях факельного горения углеводородов.

Результаты исследования. ОВК, модифицированные астраленами в концентрации 0,1 % об. и подвергшиеся воздействию переменного поля низкой частоты, обладают улучшенными эксплуатационными характеристиками: время наступления предельной температуры защищаемой поверхности выросло с 65 до 96 мин, адгезионная прочность — на 38 %, кислородный индекс — на 11 % в сравнении с базовым составом. При этом ­экзотермические пики на температурном участке 550–700 °С смещаются на 85 °С в область бульших значений относительно базового состава. При электрофизическом воздействии происходит упорядочивание ­астраленов в материале, о чем свидетельствует снижение диэлектрической проницаемости покрытия на 45 % в сравнении с немодифицированным составом.

Выводы. Модификация огнезащитного состава астраленами ведет к повышению огнезащитной эффективности, адгезионной прочности, термической стабильности, снижению горючести и диэлектрической проница­емости ОВК при условии равномерного распределения астраленов в покрытии в концентрации 0,1 % об. Результаты нейросетевого моделирования позволили сделать выводы, что физико-химический механизм повышения эксплуатационных характеристик ОВК при введении в состав астраленов и электрофизическом воздействии связан с упорядочиванием УНС в матрице полимера, со снижением горючести при увеличении адгезионной прочности покрытия. Данные результатов исследований отражают возможность применения астраленов в качестве компонента рецептур для улучшения эксплуатационных характеристик ОВК на основе эпоксидных смол в условиях факельного горения углеводородов.

1. Цой А. А. Методика определения эффективности огнезащитных покрытий для стальных конструкций в условиях факельного углеводородного горения : дис. … канд. техн. наук. — СПб., 2017. — 134 с.

2. Мостовой А. С. Разработка составов, технологии и определение свойств микро- и нанонаполненных эпоксидных композитов функционального назначения : дис. … канд. техн. наук. — Саратов, 2014. — 153 c.

3. Ganguli S., Aglan H., Dennig P., Irvin G. Effect of loading and surface modification of MWCNTs on the fracture behavior of epoxy nanocomposites // Journal of Reinforced Plastics and Composites. — 2006. — Vol. 25, No. 2. — P. 175–188. DOI: 10.1177/0731684405056425.

4. Кондрашов С. В., Дьячкова Т. П., Богатов В. А., Мансурова И. А., Мараховский П. С., Мокрецова И. А., Фокин А. С. Использование углеродных нанотрубок для увеличения теплостойкости эпоксидных связующих // Перспективные материалы. — 2013. — № 2. — С. 17–23.

5. Иванов А. В., Боева А. А., Ивахнюк Г. К., Терехин С. Н., Пророк В. Я. Исследование эксплуатационных характеристик наномодифицированных огнезащитных вспучивающихся композиций в условиях углеводородного пожара на объектах транспортировки нефтепродуктов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2017. — Т. 26, № 10. — С. 5–19. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.10.5-19.

6. Николайчик А. В., Прокопчук Н. Р. Выбор оптимального способа введения углеродных наноматериалов в органорастворимые лакокрасочные материалы // Труды БГТУ. Серия 4: Химия, технология органических веществ и биотехнология. — 2009. — Т. 1, № 4. — C. 68–71.

7. Яновский Ю. Г., Козлов Г. В., Буря А. И., Липатов Ю. С. Тепловое расширение полимерных композитов, наполненных углеродными нанотрубками // Физическая мезомеханика. — 2007. — Т. 10, № 6. — C. 63–67.

8. Зыбина О. А. Теоретические принципы и технология огнезащитных вспучивающихся материалов : дис. … д-ра техн. наук. — СПб., 2015. — 260 с.

9. Иванов А. В., Скрипник И. Л., Дементьев Ф. А., Ловчиков В. А. Исследование модифицированных полимерных композиций для улучшения их свойств // Техносферная безопасность. — 2019. — № 1(22). — C. 89–96.

10. Shames A. I., Katz E. A., Panich A. M., Mogilyansky D., Mogilko E., Grinblat J., Belousov V. P., Belousova I. M., Ponomarev A. N. Structural and magnetic resonance study of astralen nanoparticles // Diamond and Related Materials. — 2009. — Vol. 18, No. 2–3. — P. 505–510. DOI: 10.1016/j.diamond.2008.10.056.

11. Yu C., Yang J., Zhao C., Fan X., Wang G., Qiu J. Nanohybrids from NiCoAl-LDH coupled with carbon for pseudocapacitors: understanding the role of nano-structured carbon // Nanoscale. — 2014. — Vol. 6, No. 6. — P. 3097–3104. DOI: 10.1039/c3nr05477b.

12. Пат. 2479005 Российская Федерация. МПК G05B 24/02 (2006.01), H03B 28/00 (2006.01). Способ и устройство управления физико-химическими процессами в веществе и на границе раздела фаз / Ивахнюк Г. К., Матюхин В. Н., Клачков В. А., Шевченко А. О., Князев А. С., Ивахнюк К. Г., Иванов А. В., Родионов В. А. — № 2011118347/08; заявл. 21.01.2010; опубл. 10.04.2013, Бюл. № 10.

13. Baker N., Armstrong J. A. Von Hippel–Lindau disease // Neurocutaneous Disorders. — 2004. — P. 66–70. DOI: 10.1017/cbo9780511545054.009.

14. Королев Д. С., Калач А. В., Каргашилов Д. В., Сорокина Ю. Н. Прогнозирование основных показателей пожаровзрывоопасности органических соединений с помощью дескрипторов и искусственных нейронных сетей, используемых в расчете пожарного риска // Пожаровзрывобезопасность/ Fire and Explosion Safety. — 2015. — Т. 24, № 9. — C. 32–38. DOI: 10.18322/PVB.2015.24.09.32-38.

15. Павлович А. В., Дринберг А. С., Машляковский Л. Н. Огнезащитные вспучивающиеся лакокрасочные покрытия. — М. : ЛКМ-пресс, 2018. — 488 с.

16. Zhang Y., Xiao S., Wang Q., Liu S., Qiao Z., Chi Z., Xu J., Economy J. Thermally conductive, insulated polyimide nanocomposites by AlO(OH)-coated MWCNTs // Journal of Materials Chemistry. — 2011. — Vol. 21, No. 38. — P. 14563–14568. DOI: 10.1039/C1JM12450A.

17. Гуняев Г. М., Комарова О. А., Ильченко С. И., Алексашин В. М., Пономарев А. Н., Деев И. С., Никитин В. А. Фуллероидные наноматериалы — активные структурные модификаторы полимеров и полимерных композитов // Пластические массы. — 2003. — № 10. — С. 18–21.

18. Frankland S. J. V., Caglar A., Brenner D. W., Griebel M. Molecular simulation of the influence of chemical cross-links on the shear strength of carbon nanotube — polymer interfaces // The Journal of Physical Chemistry B. — 2002. — Vol. 106, No. 12. — P. 3046–3048. DOI: 10.1021/jp015591+.

19. Ильченко С. И., Гуняев Г. М., Алексашин В. М., Пономарев А. Н., Комарова О. А., Деев И. С. Углеродные наночастицы, структурные модификаторы и упрочнители полимеров и полимерных композитов // Авиационные материалы и технологии. — 2004. — № 2. — C. 36–54.

20. Bourbigot S., Le Bras M., Delobel R. Carbonization mechanisms resulting from intumescence association with the ammonium polyphosphate-pentaerythritol fire retardant system // Carbon. — 1993. — Vol. 31, No. 8. — P. 1219–1230. DOI: 10.1016/0008-6223(93)90079-p.

21. Kazakov U. N., Petrosyan S. M., Datcenko A. A. Nanoreinforcing of slip rings for maintenance of an arch stabilisation and erosive firmness // 2010 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering. — IEEE, 2010. — P. 355–362. DOI: 10.1109/apede.2010.5624087.

22. Kugler S., Kowalczyk K., Spychaj T. Hybrid carbon nanotubes/graphene_modified_acrylic_coats. // Progress in Organic Coatings. — 2015. — Vol. 85. — P. 1–7. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2015.02.019.