Введение к работе
* 7 '5^1
Актуальность работы. Композиционные текстильные материалы в настоящее время находят все более широкое применение как для бытовых, так и для технических целей. Композиционные материалы широко применяются в отраслях легкой промышленности, автомобилестроении и строительстве. Острой проблемой является использование подобных материалов в нефтедобывающей отрасли.
Рациональное проведение ремонтно-восстановительных работ
на трубопроводах различного назначения становится особенно
актуальным в последнее время в условиях возрастающих требований к
вопросам экологической безопасности и многократного увеличения
затрат на последствия аварий на линейной части магистральных
нефтегазопроводов. Стенки нефтепроводов имеют большое
количество потенциально опасных дефектов, требующих выполнения ремонтных работ в полевых условиях. Кроме того, нефтепроводы подвергаются атмосферной и электрохимической коррозии, которая приносит значительный ущерб экономике страны.
В настоящее время накоплен достаточно большой опыт применения защитных наружных покрытий различной структуры, в том числе с применением текстильных материалов на базе целлюлозосодержащих природных полимеров. Однако, использование текстильных защитных материалов тормозится рядом объективных причин. Выпускаемые в промышленном масштабе материалы на базе натуральных целлюлозосодержащих волокон обладают недостаточно высокой гигроскопичностью и смачиваемостью, а используемые для их пропитки полимерные композиции не всегда оптимизированы по составу, что не позволяет получать защитные материалы с необходимым набором эксплуатационных характеристик. Поэтому для получения текстильных защитных материалов целесообразно проводить их модификацию.
Существенным недостатком традиционных методов модификации натуральных и синтетических высокомолекулярных материалов (ВММ) является высокая трудоемкость процессов и их относительно небольшая эффективность. Кроме того, подобные методы модификации позволяют улучшать свойства олигомеров и полимеров в ограниченных пределах.
В качестве альтернативных методов модификации могут быть
использованы нетрадиционные способы, например,
электрофизические. К ним относятся воздействия электрическим током и электрическим разрядом, электромагнитным полем, *В руководстве научной работой принимал участие к.х.н П.П. Суханов.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 1 БИБЛИОТЕКА і
етер«»г/*А «
высокоэнергетическими импульсами, плазменной струей,
электронным или оптическим излучением
К недостаткам электрофизических методов следует отнести повышенную энергоемкость, использование специальных источников питания электрическим током, выполнение специфических требований безопасности труда.
В настоящее время особый интерес представляет такой метод модификации как воздействие низкотемпературной плазмы (НТО), позволяющий придать поверхности полимерных материалов адгезионные свойства, необходимые для получения композиционных материалов, улучшить технологические, физико-химические и физико-механические свойства текстильных материалов.
Плазменная обработка позволяет измененить эксплуатационные свойства объекта, не меняя при этом химического состава и структуры поверхностного слоя текстильного материала. Эффект воздействия низкотемпературной плазмы определяется химической природой, строением обрабатываемого материала и параметрами плазмы.
Работа направлена на решение актуальной проблемы создания композиционного материала с повышенными защитными свойствами за счет воздействия на натуральные целлюлозосодержащие ВММ потока неравновесной низкотемпературной плазмы.
Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете в рамках программы Министерства образования РФ № 417 «Взаимодействие атомных частиц с поверхностью - новые методы и технологии», по теме «Взаимодействие низкотемпературной плазмы с поверхностью твердых тел» 1992-2000 гг., а также научно-исследовательской работы 1.01.03.Д по теме «Взаимодействие высокочастотного разряда с капиллярно-пористыми структурами» 2003 г. и гранта АН РТ по теме «Высокочастотная плазменная струйная обработка твердых тел сплошной и капиллярно-пористой структур» 2002-2003 гг.
Цель работы. Основной целью работы является создание композиционного материала на базе целлюлозосодержащих природных полимеров и реакционноспособных олиготиолов, обладающего новыми улучшенными защитными свойствами за счет воздействия на текстильную основу потока ВЧЕ-разряда плазмы пониженного давления.
Методы исследований. В работе для решения поставленных задач использовались современные и стандартные методики.
В качестве объектов исследования выбраны
хлопчатобумажные, льняные нити и хлопчатобумажные, льняные и полульняные ткани, а также олиготиолы, уретановые и эпоксидные олигомеры и смеси на их основе.
Эффект обработки низкотемпературной плазмой исследовался на различных стадиях обработки: плазменная модификация нитей, плазменная модификация тканей, плазменная обработка тканей, полученных из нитей, прошедших предварительную модификацию в потоке НТП.
Изучение характеристик модифицированных материалов
включало исследование их структуры и физических свойств. С целью
установления влияния ВЧЕ-разряда пониженного давления на
характеристики свойств текстильных материалов применялись
следующие методы: рентгеноструктурный, электронно-
микроскопический, гравиметрический методы, методы ИК- и ЭПР-спектроскопии. Для установления механизмов структурирования входящих в состав композиционного материала систем на основе олиготиолов использовали метод ЯМР-спектроскопии.
Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением математической статистики.
Научная новизна работы
1 .Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена необходимость разработки композиционного текстильного материала для использования его в качестве защиты нефтегазопроводов.
2.Разработан новый композиционный материал на основе целлюлозосодержащих природных полимеров и олиготиолов путем модификации в потоке низкотемпературной плазмы пониженного давления.
3.Доказано, что в результате взаимодействия потока плазмы ВЧЕ-разряда, горящего между плоскопараллельными пластинами, с текстильным материалом в отличие от других видов газовых разрядов происходит модификация не только наружной поверхности материала, но и внутренней поверхности пор и капилляров.
4.Установлено, что наибольший эффект воздействия ВЧЕ-разряда достигается в процессе обработки нитей, а не тканей.
5.Показано, что текстильный материал, полученный из нитей, обработанных при следующих параметрах ВЧЕ-разряда в атмосфере воздуха Р= 53,2 Па, Рр=1,0 кВт, т=180 с, G= 0,04 г/с , обладает высокими прочностными характеристиками. Повторная плазменная обработка ткани при мощности разряда Рр=0,8 кВт позволяет получать текстильный материал с повышенной степенью поглощения раствора
олигомера, адгезионной прочностью и износостойкостью с сохранением полученных ранее прочностных характеристик.
6.Установлены механизмы структурирования композиций на основе серосодержащих олигомеров, модифицированных урегановыми форполимерами и олигоэпоксидами, в объеме текстильной матрицы.
7.Установлено влияние механизмов структурирования на прочностные и деформационные показатели защитных свойств разработанного композиционного материала.
Практическая ценность работы
Разработан композиционный материал на базе целлюлозосодержащих природных полимеров для защиты нефтегазопроводов с улучшенными характеристиками физических и эксплуатационных свойств: увеличилась адгезионная прочность олиіомерного покрытия с текстильной основой на 24%, устойчивость покрытия к многократному изгибу на 20%, увеличилась прочность при растяжении на 27%.
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты экспериментальных исследований взаимодействия текстильных материалов с потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления в атмосфере воздуха или аргона при расходе плазмообразующего газа G=0,04 г/с, давлении в вакуумной камере Р=53,2 Па, мощности разряда Рр=0,8-1,0 кВт.
Результаты влияния различных способов модификации ВЧЕ-плазмой на основные характеристики прочностных и деформационных свойств текстильных материалов .
Механизмы структурирования композиций на основе олиготиолов, модифицированных уретановыми форполимерами и олигоэпоксидами, в объеме текстильной матрицы, используемых для пропитки текстильных материалов.
Апробация результатов работы . Основные результаты
работы докладывались на научной сессии КГТУ (Казань, 1998-2003 J
г.г.), конференциях : IX международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-95» (Москва, 1995);VIII международной конференции молодых ученых «Синтез, исследование свойств. Модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 1996); II Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов (Казань, 1996); VI международной конференции по химии и физикохимии олигомеров (Казань, 1997); IX международной конференции молодых
ученых «Синтез, исследование свойств. Модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 1998); IV Международной конференции «Физика плазмы и плазменные технологии» (Беларусь, Минск, 2003); IV международной научной конференции «Полимерные композиты, покрытия, пленки» (Беларусь, Гомель, 2003).
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, приложений и указателя литературы, который содержит 230 первоисточников. Работа изложена на 205 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков и 40 таблиц.
