Проектирование структуры и составов стойких к горению полимерных композиционных материалов с наполнителями-антипиренами на основе гидроксида магния

Цели. Установить фундаментальные закономерности для проектирования составов дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов (ДНПКМ) с разными обобщенными и приведенными параметрами и типами дисперсной структуры с высокой стойкостью к горению, а также разработать алгоритм создания негорючих полимерных композитов с наполнителями-антипиренами.

Методы. Оценку формы, размера и распределения частиц по размерам для наполнителей-антипиренов всех марок определяли на сканирующем электронном микроскопе и методом лазерной дифракции. Согласно представленной классификации ДНПКМ по структурному принципу были получены стандартные образцы брусков для определения кислородного индекса (КИ) и категории стойкости к горению.

Результаты. Установлено, что для структуры ДНПКМ типа СНС-2 (средне-наполненная система) и ВНС (высоконаполненная система) при обобщенном параметре ® ≤ 0.40 об. Д. достигается максимальная стойкость к горению (категория ПВ-0), а значение КИ возрастает в 2 раза (до ~40%) относительно полимерной матрицы.

Выводы. Показано, что для получения стойких к горению ДНПКМ (КИ = 40%, категория ПВ-0) на основе сэвилена с КИ = 20% и гидроксида магния (брусита), количество выделяющихся паров воды должно составлять не менее ~250 мл/г при разложении наполнителя-антипирена, а коксовый остаток ~32%. Представлен алгоритм расчета составов, обобщенных параметров и создания ДНПКМ с заданным типом дисперсной структуры и высокой стойкостью к горению.

1. Каблов В.Ф., Новопольцева О.М., Кочетков В.Г., Лапина А.Г. Основные способы и механизмы повышения огнетеплозащитной стойкости материалов. Известия Волгоградского государственного технического университета (Известия ВолгГТУ). Серия: Химия и технология элементорганических мономеров и полимерных материалов. 2016;(4):46-60.

2. Начаркина А.В., Зеленина И.В., Валуева М.И., Барботько С.Л. Пожаробезопасность высокотемпературных углепластиков авиационного назначения (обзор). Труды ВИАМ. 2022; (113):134-150. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-7-134-150

3. Барботько С.Л., Боченков М.М., Вольный О.С., Коробейничев О.П., Шмаков А.Г. Оценка эффективности антипиренов, перспективных для создания новых полимерных композиционных материалов, предназначенных для авиационной техники. Труды ВИАМ. 2021;2(96):20-29. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-2-20-29

4. Гаращенко А.Н., Берлин А.А., Кульков А.А. Способы и средства обеспечения требуемых показателей пожаробезопасности конструкций из полимерных композитов (обзор). Пожаровзрывобезопасность. 2019;28(2):9-30. https://doi.org/10.18322/PVB.2019.28.02.9-30

5. Буравов Б.А., Бочкарев Е.С., Аль-Хамзави А., Тужиков О.О., Тужиков О.И. Современные тенденции в разработке антипиренов для полимерных композиций. Состав, свойства, применение. Известия Волгоградского государственного технического университета (Известия ВолгГТУ). 2020;12(247):7-24. https://doi.org/10.35211/1990-5297-2020-12-247-7-24

6. Чижов М.А., Хайруллин Р.З. Токсичность продуктов горения полимерных материалов при введении в их состав антипиренов. Вестник Казанского технологического университета. 2014;17(9):144-145.

7. Ломакин С.М., Заиков Г.Е., Микитаев А.К., Кочнев А.М., Стоянов О.В., Шкодич В.Ф., Наумов С.В. Замедлители горения для полимеров. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(7):71-86.

8. Агафонова А.И., Коваль Е.О., Майер Э.А. Композиции полипропилена пониженной горючести. Известия Томского политехнического университета. 2011;318(3):136-140.

9. Альмеева Л.Р., Тангатаров А.Ф. Хлорированные парафины как антипирены. Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015;1-1(6):50-53.

10. Зарипов И.И., Вихарева. И.Н., Буйлова Е.А., Берестова Т.В., Мазитова А.К. Добавки для понижения горючести полимеров. Нанотехнологии в строительстве. 2022;14(2):156-161. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-2-156-161

11. Фомин Д.Л., Мазина Л.А., Дебердеев Т.Р., Ахметчин Э.С., Улитин Н.В. Пожаробезопасные свойства ПВХ-композиций при использовании некоторых бромсодержащих антипиренов. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(18):104-106.

12. Hornsby P.R., Watson C.L. A study of the mechanism of flame retardance and smoke suppression in polymers filled with magnesium hydroxide. Polym. Degrad. Stab. 1990;30(1):73-87. https://doi.org/10.1016/0141-3910(90)90118-Q

13. Сватиков А.Ю., Симонов-Емельянов И.Д. Термическая стабильность полимерных кабельных композиций с наполнителем-антипиреном. Тонкие химические технологии. 2018;13(6):35-41. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2018-13-6-35-41

14. Симонов-Емельянов И.Д. Классификация дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов по типу решеток и структурному принципу. Клеи. Герметики. Технологии. 2020;(1):8-13. https://doi.org/10.31044/1813-7008-2020-0-1-8-13

15. Константинова Н.И., Симонов-Емельянов И.Д., Шебеко А.Ю, Кривошапкина О.В., Смирнов Н.В. Структура и воспламеняемость полимерных композиционных покрытий для наливных полов. Пластические массы. 2019;(3-4):50-54. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-3-4-50-54

16. Симонов-Емельянов И.Д., Харламова К.И., Дергунова Е.Р. Маслоемкость дисперсных порошков и определение максимального содержания наполнителей в полимерных композиционных материалах. Клеи. Герметики. Технологии. 2022;(3):18-24. https://doi.org/10.31044/1813-7008-2022-0-3-18-24

17. Брехова К.А., Симонов-Емельянов И.Д. Наполнители-антипирены на основе гидроксида магния для полимерных материалов и влияние размера частиц на процесс дегидратации при высоких температурах. Пластические массы. 2022;(7-8):44-47. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2022-7-8-44-47

18. Филина А.В., Комаристый А.С. Использование электроизоляционных материалов при изготовлении оболочек кабельных изделий и проводов. В сб.: Проблемы и перспективы развития России: молодежный взгляд в будущее: сборник трудов 2-й Всероссийской научной конференции. Курск: Университетская книга; 2019. С. 205-208.

19. Кречетов Д.Д., Ковалева А.Н., Симонов-Емельянов И.Д. Реологические свойства дисперсно-наполненных термопластов с разным типом структур при температурах переработки. Пластические массы. 2020;(9-10):19-22. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-9-10-19-22