НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Повышение огнестойкости пластмасс

Дж. У. Типман[51]

Пластмассы сейчас используются в разнообразных отраслях промышленно­сти — от самолетостроения до производства бытовых товаров. Один из основ­ных недостатков пластмасс — горючесть, постоянно создающая серьезные проблемы при их применении. Проблемы не сводятся только к пожарной безопасности, поскольку продукты сгорания полимеров часто представляют собой ядовитые и вредные вещества. Огнестойкость пластмасс может быть значительно повышена введением в них диспергированных неорганических наполнителей из наноразмерных порошков. Например, тепловыделение при образовании термопластических и термоотверждаемых полимерных материа­лов может быть снижено на 40—60% путем введения всего 2—6 вес.% нанораз - мерного наполнителя из силикатных глин (наполнитель вводится в виде слоев или дисперсии).

Влияние такого наполнителя на огнестойкость демонстрируют фотографии на рис. 7.4. Наноразмерная структура слоя наполнителя улучшает его характе­ристики, поскольку он не только замедляет горение, но и препятствует выделе­нию летучих соединений, образующихся при разложении полимера. Сниже­ние горючести может быть доведено до самозатухания пламени, однако не ме-

............................................................ 360 с............................................................................

Найлон-6 Нанокомпозит найлона-6 (5% глины)

Рис. 7.4. Огнестойкость полимера с наноразмерным слоистым наполнителем из силикатной глины [3].

Нее важным является то обстоятельство, что (в отличие от применения других огнестойких добавок) механическая прочность, физические характеристики и обрабатываемость материалов с нанодобавками почти не ухудшаются, а вред­ные продукты горения (монооксид углерода, сажа, токсичные вещества) выде­ляются в небольших количествах.

Наряду с высокой огнестойкостью рассматриваемых нанокомпозитов они обладают и высокой абляционной стойкостью, сравнимой с ее величиной у тех абляционных материалов, которые сейчас используются в ракетных двигате­лях. Такие материалы играют решающую роль для защиты аэродинамических поверхностей космических аппаратов, двигателей и наземного оборудования от воздействия высоких температур (> 2000'С), переменных тепловых нагрузок и химически агрессивных сред при скоростях обтекания от 0,01 до 10 М. Вве­дение всего 1,6 об.% однородно диспергированного наноразмерного слоисто­го силиката в найлон-6 создает материал, образующий при абляции относи­тельно жесткий слой неорганической окалины, скорость эрозии (потери мас­сы) которой как минимум на порядок ниже, чем у чистого найлона-6.