Конструкційні композиційні полімерні матеріали – одні з найрозповсюдженіших матеріалів сучасності. Основу полімерної матриці цих матеріалів складають різні полімери. Виробництво полімерів – складний процес, що визначає їх високу вартість. Враховуючи великий попит на полімерні композити, пошук більш дешевих полімерних матеріалів є вельми актуальним на сучасному етапі.
Кам'яновугільний пек – унікальний продукт з багатим набором властивостей, серед яких є полімерні. Кам'яновугільний пек дешевше класичних полімерів, характеризується стійкістю до дії кислот, лугів, води, не зазнає біоруйнації під дією різних мікроорганізмів, має низьку теплопровідність.
Але, не дивлячись на велику схожість з полімерами, кам’яновугільний пек не можна вважати класичною високомолекулярною сполукою. Для покращення полімерних властивостей кам’яновугільного пеку його необхідно модифікувати, тобто змінювати хімічний склад та внутрішню структуру.
Проведені лабораторні дослідження довели можливість активного впливу на полімерні властивості кам’яновугільного пеку шляхом модифікації такими хімічними добавками, як полівінілхлорид (ПВХ) та полімер ряду поліолефінів з привитими функціональними групами (ПМ-ЕВ). Отримані результати термохімічних та структурних перетворень вказують на те, що між кам’яновугільним пеком та модифікаторами відбувається хімічна та фізико-хімічна взаємодія. Протікання реакцій полімеризації та поліконденсації призводить до структурування пеку, підвищенню міцності його структури, теплостійкості. Завдяки процесам структуроутворення покращуються фізико-механічні властивості кам’яновугільного пеку, такі як максимальна напруга стиснення, модуль пружності при стисненні, максимальна напруга згинання та модуль пружності при згинанні.
Модифікація кам’яновугільних пеків дає широку можливість корегувати та змінювати властивості пеків. Це відкриває новий напрям – використання хімічного потенціалу пеку для створення дисперсно-наповнених композиційних полімерних матеріалів.
Для підвищення міцнісних характеристик ПКМ та створення хімічно стійких та теплоізоляційних матеріалів широке застосування знайшов азбест завдяки високим міцнісним характеристикам, теплостійкості та прекрасній хімічній стійкості.
У відповідності з практикою розробки нових матеріалів на пілотній установці було напрацьовано дослідні партії пекокомпозиційних матеріалів. Аналіз фізико-механічних, теплофізичних та інших характеристик отриманих пекокомпозитів дозволив оцінити можливість створення на основі модифікованого пеку нових композиційних матеріалів.
У лабораторних умовах провели серію дослідів з різними матрицями та однаковим вмістом наповнювача (27 %) при 170°С та 15 хвилинному перемішуванні в реакторі. Зразки пекокомпозитів випробували у відповідності з ГОСТ 15088-83 на теплостійкість. На універсальній випробувальній машині M500-50CТ (Testometric, Англія) визначили максимальну напругу та модуль пружності при згинанні за ГОСТом 4648-71. Результати наведені в таблиці.
Таблиця. Властивості композита, отриманого на основі модифікованого кам’яновугільного пеку
Як видно з таблиці, пекокомпозит, отриманий з модифікованого пеку, володіє кращими механічними та теплофізичними властивостями в порівнянні з наповненим немодифікованим кам’яновугільним пеком. За своїми механічними та теплофізичними показниками цей пекокомпозит може бути віднесено до матеріалів загально-технічного призначення.
Придатність застосування композиційного матеріалу для тієї чи іншої мети визначається сукупністю технологічних та експлуатаційних властивостей. Однією з найважливіших характеристик полімерів та ПКМ є їх горючість. Результати досліджень на горючість показали, що композиційний матеріал на основі немодифікованого пеку відноситься до горючих матеріалів. Композиційний матеріал, матрицею якого був кам’яновугільний пек, модифікований ПВХ та ПМ-ЕВ, за всіма показниками може бути віднесено до важкогорючих полімерних композиційних матеріалів.
Випробування модифікованого кам’яновугільного пеку в якості полімерної матриці показало, що він може успішно конкурувати з класичними полімерами при створенні композиційних матеріалів. Отриманий пекокомпозит має достатньо високі механічні властивості та теплостійкість. Те, що пекокомпозит відноситься до важкогорючих матеріалів, є безперечною перевагою його перед термопластичними полімерами.