О практическом применении углеродсодержащих нанокомпозитов

Abstract

RU: Постановка проблемы. Постоянно растущий спрос на высококачественные упаковочные материалы для пищевой и фармацевтической промышленности привел к созданию многотоннажных производств полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и, соответственно, обусловил необходимость их последующей утилизации или переработки. Одним из перспективных путей утилизации является получение из вторичного полимера волокна и последующего изготовления из него нетканого материала, имеющего колоссальные перспективы применения в строительстве, машиностроении и пр. Основная проблема его применения, особенно в строительстве, обусловлена пожарной опасностью. В разработке полимерных негорючих материалов существуют три основных направления: синтез малогорючих базовых полимеров, химическая и физическая модификация и применение замедлителей горения (антипиренов). Поэтому для снижения горючести ПЭТФ необходимо создать условия, которые бы способствовали замедлению процесса пиролиза и образованию защитного карбонизированного слоя. Практическая значимость работы определяется значительной востребованностью различных отраслей промышленности в материалах со значительно более высоким ресурсом физико-механических и эксплуатационных свойств. Это относится как к металлам, так и к материалам на основе полимеров цементных вяжущих и др. Цель работы - создание условий для снижения горючести ПЭТФ, которые бы способствовали замедлению процесса пиролиза и образованию защитного карбонизированного слоя. Материалы и методики исследований. Исследование структуры углеродсодержащих композитов было проведено с применением современных методов структурного анализа: просвечивающей электронной микроскопии, (ПЭМ) − JEM-2010; сканирующей электронной микроскопии (СЭМ): Quanta 200 3D, FEi Inc., Голландия; JSM-7600F. Экспериментальные результаты и их обсуждение. Анализ существующих технологических схем производства волокна ПЭТФ позволяет предположить наиболее оптимальные варианты введения УНС в структуру полимера: внесение совместно с вторичным пластиком в зону плавления. Установлено, что введение УНТ, функционализированных карбоксильными группами, в состав тяжелого бетона приводит к значительному повышению ранней прочности. На 28-й день прирост прочности по сравнению с эталонным образцом составил 70…90 %. Вывод. В условиях реального технологического процесса определены и опробованы возможные варианты введения углеродных наноматериалов в полимерное волокно. Предложен оригинальный способ введения углеродных наноструктур в состав полимерного волокна. На представительных опытных партиях волокна и иглопробивных матов установлено снижение горючести углеродсодержащего полимерного нанокомпозита. На основании проведенных исследований разработан технологический регламент производства полимерного волокна пониженной горючести, который передан предприятию ООО «Владполитекс» (РФ).

UK: Постановка проблеми. Постійно зростаючий попит на високоякісні пакувальні матеріали для харчової і фармацевтичної промисловості зуимовив створення багатотоннажних виробництв поліетилентерефталату (ПЕТФ) та, відповідно, необхідність їх подальшої утилізації або переробки. Одним із перспективних шляхів утилізації є отримання із вторинного полімеру волокна і подальшого виготовлення з нього нетканого матеріалу, що має колосальні перспективи застосування в будівництві, машинобудуванні тощо. Основна проблема його застосування, особливо в будівництві, зумовлена пожежною небезпекою. У розробцленні полімерних негорючих матеріалів існують три основні напрямки: синтез малогорючих базових полімерів, хімічна та фізична модифікація і застосування сповільнювачів горіння (антипіренів). Тому для зниження горючості ПЕТФ необхідно створити умови, які б сприяли уповільненню процесу піролізу і утворенню захисного карбонізованого шару. Практична значимість роботи визначається великою затребуваністю різних галузей промисловості в матеріалах зі значно більш високим ресурсом фізико-механічних і експлуатаційних властивостей. Це стосується як металів, так і матеріалів на основі полімерів цементних в'яжучих та ін. Мета роботи - створення умов для зниження горючості ПЕТФ, які б сприяли уповільненню процесу піролізу й утворенню захисного карбонізованого шару. Матеріали та методики досліджень. Дослідження структури вуглецевмісних композитів проведене із застосуванням сучасних методів структурного аналізу: просвічувальної електронної мікроскопії, (ПЕМ) − JEM-2010; скануючої електронної мікроскопії (СЕМ): Quanta 200 3D, FEi Inc., Голландія; JSM-7600F. Експериментальні результати та їх обговорення. Аналіз існуючих технологічних схем виробництва волокна ПЕТФ дозволяє припустити найбільш оптимальні варіанти введення УНС у структуру полімеру: внесення разом із вторинним пластиком у зону плавлення. Встановлено, що введення УНТ, функіоналізованих карбоксильними групами, до складу важкого бетону викликає значне підвищення ранньої міцності. На 28-й день приріст міцності порівняно з еталонним зразком склав 70…90 %. Висновок. В умовах реального технологічного процесу визначено і випробувано можливі варіанти введення вуглецевих наноматеріалів у полімерне волокно. Запропоновано оригінальний спосіб уведення вуглецевих наноструктур до складу полімерного волокна. На представницьких дослідних партіях волокна і голкопробивних матів, установлено зниження горючості полімерного нанокомпозиту, що містить вуглець. На підставі проведених досліджень розроблено технологічний регламент виробництва полімерного волокна зниженої горючості, який передано підприємству ТОВ «Владполітекс» (РФ).

EN: Raising of problem. The ever increasing demand for low-quality packaging materials for the food and pharmaceutical industries has led to the creation of mnogotonazhnyh production of polyethylene terephthalate (PETF) and thus necessitated their subsequent disposal or recycling. One promising avenue is to provide utilization of recycled polymer fibers and the subsequent production of a nonwoven fabric having a tremendous prospects for use in construction, engineering and so on. The main problem of its application, especially in construction, due to fire hazard. In the development of polymeric non-combustible materials, there are three main areas: malogoryuchih synthesis of base polymers, chemical and physical modification and the use of flame retardants (fire retardants). Therefore, to reduce the flammability of PETF need to create conditions that would have contributed to slowing down the process of pyrolysis and the formation of a protective layer of carbonized. The practical significance of the work is determined by the demand for a large variety of industries in materials with significantly higher resource mechanical and performance properties. This applies to both metal and polymer materials based on cement and other binders. Purpose  to create conditions for reducing the flammability of PETF that would help slow down the process of pyrolysis and the formation of a protective layer of carbonized. Materials and methods of research. Studies of the structure carbonaceous composites were conducted using modern methods of structural analysis: Transmission electron microscopy (TEM) − JEM-2010; scanning electron microscopy (SEM): Quanta 200 3D, FEi Inc., The Netherlands; JSM-7600F. Experimental results and discussion. Analysis of the existing technological schemes of production of PET fibers suggests the best options for the introduction of the ONS in the polymer structure: introduction, together with recycled plastic in the melting zone. The introduction of CNT funkionalizirovannyh carboxyl groups of the heavy concrete leads to a significant increase in the early strength. On the 28th day of gains strength as compared to the reference sample was 70…90 %. Conclusion. In terms of the real process are identified and tested options for the introduction of carbon nanomaterials in the polymer fiber. An original way of introducing carbon nanostructures in the polymer fiber. In an experimental batch of representative fibers, and needle-punched mats, set low flammability carbonaceous polymer nanocomposite. Based on studies developed production schedules of production of polymer fibers low flammability. transferred enterprise LLC "Vladpoliteks" (Russian Federation).