наномодифицированный композит на термопластичной матрице

Формула изобретения

Наномодифицированный композит на термопластичной матрице, содержащий серу, ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м²/кг, и модифицирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки содержит раствор каучука СКДН-Н в керосине с концентрацией в пределах от 5 до 10 мас.% при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сера	38,11
Ферроборовый шлак с
удельной поверхностью 150 м2/кг	61,75
Указанный каучук	0,14

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к композиционным строительным материалам, изготовленным на основе серы, и может быть использовано для изготовления элементов ограждающих конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред, а также в условиях воздействия ионизирующих излучений.

Известна композиция для изготовления строительных изделий (а.с. № 1085958 С04В 19/06, С04В 43/12), включающая, мас.%:

Головки плавок серы	- 50,0 55,0
Трисульфидпиперидин	- 1,0 1,1
Костра льняная	- 8,0 10,0
Молотый кварцевый песок	- 35,0 40,0

Недостатком этой композиции является использование дорогостоящей и потенциально опасной для здоровья человека органической добавки - трисуль-фидпиперидина. Армирующая добавка - костра льняная - в условиях повышенной влажности и воздействия агрессивных сред разрушается, что приведет к преждевременному разрушению материалов, приготовленных на указанной композиции.

Известна строительная композиция (а.с. № 1265175 С04В 28/36), включающая, мас.%:

Дициклопентадиен	- 4 5
Армирующая добавка	- 3 6
Силикокарнотит или электротермофосфорный шлак	- 55 60
Сера	- остальное

Недостатком указанной строительной композиции является трудо- и энергоемкость приготовления и использование в качестве наполнителя фосфорсодержащего материала, который в процессе приготовления композиции может вступить в химическое взаимодействие с расплавом серы с образованием водорастворимых сульфидов фосфора, что снижает показатели барьерных свойств материала.

Наиболее близким по технической сущности является вяжущее (RU 2248634), включающее серу, наполнитель - ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м²/кг, армирующую добавку - углеродное волокно длиной 15 20 мм, и модифицирующую добавку - парафин, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сера	- 37,59 37,64
Ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м2/кг	- 61,29 61,37
Углеродное волокно с длиной 15 20 мм	- 0,57 0,94
Парафин	- 0,19 0,41

Недостатком этого вяжущего является необходимость использования углеродного волокна, не являющегося широкодоступным, а также парафина, введение которого не открывает возможности синтеза (сопровождающегося повышением показателей макроскопических свойств композита) новообразований нанометрического размера на межфазной границе «матрица - дисперсная фаза».

Целью изобретения является увеличение показателей барьерных свойств композита на термопластичной матрице при использовании широкодоступных исходных компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что наномодифицированный композит на термопластичной матрице, содержащий серу по ГОСТ 127-93 (массовая доля серы не менее 99,5%, массовая доля золы не более 0,2%, массовая доля органических веществ не более 0,25%, массовая доля кислот в пересчете на серную кислоту не более 0,01%, массовая доля мышьяка 0%, массовая доля селена 0%, массовая доля воды не более 0,2%, механические загрязнения не допускаются), наполнитель - ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м ²/кг, и модифицирующую добавку, в качестве модифицирующей добавки содержит раствор каучука СКДН-Н по ТУ 38-103515-82 (стереорегулярный каучук 1,4-цис-полибутадиеновый низкомолекулярный, прозрачность не менее 175 см³, чистота - отсутствие сыпи, вязкость условная 170 215 с, потеря массы при сушке не более 0,2%, кислотное число не более 0,3 мг гидроокиси калия на 1 г, массовая доля золы не более 0,1%, цвет по йодометрической шкале не более 5 мг йода, массовая доля антиоксиданта АО-300 0,5 0,9%) в керосине, при концентрации раствора от 5 до 10 мас.%, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сера	- 38,11
Ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м2/кг	- 61,75
Каучук СКДН-Н	- 0,14

Отличительным признаком предлагаемого технического решения является: использование каучука СКДН-Н, что позволяет повысить показатели эксплуатационных свойств за счет формирования на частицах наполнителя слоя новообразований нанометрического масштаба (средний размер новообразований 15 нм). Переходный слой новообразований способствует увеличению полноты включения наполнителя в механическую работу композита и увеличивает гидролитическую устойчивость адгезионной связи на межфазной границе.

Применение ферроборового шлака, содержащего бор, позволяет дополнительно повысить защитные свойства композита к нейтронному излучению. Ферроборовый шлак имеет среднюю плотность 2450 кг/м³ и следующий химический состав, мас.%: Al₂O₃ - 66,65; CaO - 14,00; MgO - 12,80; B₂O₃ - 4,34; SiO₂ - 2,08; FeO - 2,00. Указанный шлак, измельченный до удельной поверхности 150 м²/кг, используется в качестве наполнителя.

Приготовление композиции для наномодифицированного композита на термопластичной матрице осуществляют следующим образом.

Предварительно готовят раствор дозированного количества каучука в керосине. Концентрация раствора выбирается в пределах от 5 до 10 мас.%. Приготовленным раствором обрабатывают наполнитель - ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м² /кг, после чего наполнитель выдерживают на открытом воздухе до полного удаления растворителя. В разогретую до температуры 155 160°C серу вводят обработанный наполнитель, подогретый до температуры 160 170°C и производят перемешивание компонентов в течение 5 10 мин. Готовую композицию укладывают в формы, подогретые до температуры 170 180°C и выдерживают при температуре 170°C в течение двух часов. После охлаждения в течение 40 70 мин формы подвергают распалубке.

Свойства предлагаемых наномодифицированных композитов на термопластичной матрице представлены в табл.1.

Таблица 1
Показатель	Предлагаемый композит	Прототип
Средняя плотность, кг/м 3	2260	2240
Предел прочности при сжатии, МПа	42,3	45,1
Водостойкость после 180 сут. мес. экспозиции, не менее	0,95	-
Стойкость к воздействию 15%-ного раствора сульфата магния, после 180 сут. экспозиции, не менее	0,96	-
Стойкость к воздействию 15%-ного раствора серной кислоты, после 180 сут. экспозиции, не менее	0,9

Как следует из табл.1, предлагаемый наномодифицированный композит имеет высокие значения показателей барьерных свойств - водостойкости и стойкости к воздействию агрессивных сред - при сохранении достаточно высокого предела прочности при сжатии.

Литература

1. А.С. № 1085958, МПК С04В 19/06, С04В 43/12 «Композиция для изготовления строительных изделий».

2. ИП RU 2248634, МПК G21F 1/04, С04В 28/36 «Вяжущее для радиационно-защитных бетонов».