Новости компании Вопросы и ответы
Галерея Статьи и публикации
Главная страница / Статьи и публикации / Использование неорганических полимеров для получения цементостойкого волокна с защитным покрытием

 Использование неорганических полимеров для получения цементостойкого волокна с защитным покрытием 

В.Н.Садков, М.Н.Киселев

 

Введение волокна в цементную матрицу повышает ударную прочность и вязкость разрушения композитов в результате торможения трещинообразования и повышения прочности при растяжении и изгибе. Эффект армирования зависит от прочности фибры при растяжении. Так как цементный камень по отношению к базальтовому волокну является агрессивной средой, то происходит снижение прочности армирующего волокна под воздействием цементной матрицы. С уменьшением прочности фибры характеристики композита ухудшаются. Агрессивность определяется тем, что цементный камень на основе портландцемента при наличии влаги является сильной щелочной средой и даже через много лет после изготовления сохраняет рН на уровне 12,5 - 13. Жидкая фаза состоит из Са(ОН)7 основного компонента и гидроксидов Na+ и К+. Вторым разрушающим фактором являются кристаллические новообразования, повреждающие волокна.

Эффективным средством, предотвращающим снижение прочности волокна, и всей композиции в целом, является нанесение защитных покрытий.

Однако существуют трудности, связанные с технологией цементостойкого базальтоволокна. В настоящее время цементостойкое волокно производят преимущественно в виде рассыпающегося ровинга. Технология получения включает в себя выработку комплексной нити, сушку и переработку в ровинг. Если ввести дополнительную операцию нанесения покрытия, то снижается производительность процесса и увеличивается стоимость продукции. Разумной альтернативой является использование уже существующих операций. В процессе выработки комплексной нити она обрабатывается замасливателем, который, являясь покрытием, не придает защитных свойств.

Замасливатель подают в область формирования нити для предупреждения обрывности, возникающей вследствие взаимного трения волокон, а также трения о нитепроводящие детали. Он должен обеспечить склеивание элементарных волокон друг с другом, одновременно не допуская склеивания нитей на бобине, а также уменьшить истирание и механическое повреждение нити при переработке и препятствовать накоплению статического электричества при трении. В состав замасливателя вводят клеящее вещество, пластификатор и ряд других веществ. Оптимальным результатом работы явилось бы создание бифункционального замасливателя, который, обладая свойствами обычного замасливателя, защищал бы волокно или уменьшал бы склонность его к коррозии в цементе. Такой замасливатель, наносимый на волокно в процессе выработки, склеивает его и предотвращает повреждение нити. В дальнейшем, когда волокно вводят в цемент, пленка, образованная из замасливателя при термообработке, играет роль защитного покрытия. Обработка волокна замасливателем органично вписывается в технологический цикл получения волокна без дополнительных операций, и поэтому такая технология экономически и технически целесообразна. Определенные трудности связаны с тем, что из-за особенностей технологии замасливатель не образует сплошного покрытия на волокне, а располагается в пучке в виде отдельных капель, скрепляющих волокна.

В связи с этим для повышения защитного эффекта необходимо увеличивать количество замасливателя.

В органическом клее обычно содержатся растворитель и вяжущее вещество. В неорганических клеях не отделяют растворитель от вяжущего вещества, и поэтому принято говорить о клеящей (вяжущей) системе. Неорганические клеи являются одной из групп широко используемых неорганических связующих. Особую группу вяжущих составляют системы, в которых конденсация связана с полимеризационными процессами. Это - концентрированные растворы неорганических полимеров (связки): раствор - полимераполимеризация - дополимеризация - твердое вещество (стекло); раствор полимера - поликонденсация - твердое вещество (стекло). На этом принципе основано производство неорганических клеев.

Мы руководствовались при выборе полимеров, исходя из следующих требований. В связи с тем, что используется водорастворимый замасливатель, выбираем водорастворимые полимеры. Так как известно, что среда твердеющего цемента содержит щелочной раствор растворимых силикатов, применили полимер, который при взаимодействии с раствором образует на поверхности волокна защитный слой.

Выработка волокна проводится с использованием многофильерного платинородиевого питателя, протягиваемые элементарные волокна собираются на нитесборнике в комплексную нить. Через лотковое устройство на нитесборник подается замасливатель. Комплексная нить после замасливающего устройства через раскладчик нити направляется на барабан наматывающего устройства. Намотка бобин осуществляется на мягкие паковки.

После выработки бобины направляются в сушильную камеру, в которой происходит сушка и термообработка нити при температуре 130-1400С, после чего содержание влаги уменьшается и, замасливатель закрепляется на поверхности волокна.

Прочность нити можно рассчитать по формуле

где Р - разрывная нагрузка, г; g - плотность базальта, г/см3; Q - масса нити, г; l - длина, см.

 

Неорганический полимер нужно вводить в виде водного раствора в замасливатель при приготовлении последнего.

Для более лучшей защиты необходимо увеличивать количество вводимого полимера, однако при возрастании концентрации традиционных щелочных полимеров, защитные свойства замасливателя начнут ухудшаться. Предлагаемый нами неорганический полимер имеет кислотный характер. Защитный эффект которого можно объяснить тем, что при взаимодействии полимера с жидкой средой цемента происходит выделение кислоты, содержащейся в полимере, это частично нейтрализует агрессивность щелочной среды цемента. Кроме того, при затворении цемента водой, благодаря реакции гидролиза входящих в цемент компонентов, образуется раствор щелочных силикатов, который при взаимодействии с введенным кислым неорганическим полимером образует защитный слой на поверхности волокна.

Таким образом, традиционные щелочные полимеры обеспечивают защиту при введении в небольших количествах. При дальнейшем увеличении содержания щелочного полимера в составе замасливателя защитные свойства ухудшаются. Это обусловлено тем, что щелочные полмеры сами постепенно разрушают структуру волокна, если концентрация достаточно высока.

Исходя из всего вышесказанного, предлагается использовать в качестве высокоэффективной добавки к замасливателю кислых неорганических полимеров.