Влияние углеродных наполнителей на горючесть эпоксидных композитов

В работе рассмотрены вопросы горючести полимерных материалов и методы ее снижения. Также приведены данные исследования горючести полимерных композитов, наполненных ТРГ и МУНТ.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 14
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………… 16
1.1. Пожароопасность полимеров ………………………………………………………….. 16
1.2. Полимерные материалы и их горючесть ………………………………………….. 17
1.3. Поражающие факторы при горении полимерных материалов……………. 17
1.3.1. Подробное описание токсичных продуктов горения полимерных
материалов …………………………………………………………………………………………….. 18
1.4. Горение полимерных материалов ……………………………………………………. 20
1.5. Методы исследования горючести полимеров …………………………………… 22
1.6. Метoды понижения горючести пoлимерных материалов ………………….. 23
1.7. Влияние наполнителей на снижение горючести ……………………………….. 26
1.8.1. Терморасширенный графит ………………………………………………………….. 29
1.8.1.1. Изготовление ТРГ …………………………………………………………………….. 30
1.8.1.2. Применение ТРГ ………………………………………………………………………. 31
1.8.2. Многослойные углеродные нанотрубки ………………………………………… 32
1.8.2.1. Структура многослойных нанотрубок ………………………………………… 32
1.8.2.2. Получение углеродных нанотрубок……………………………………………. 33
1.8.3. Токсичность нанотрубок ……………………………………………………………… 34
2. Экспериментальная часть ………………………………………………………………….. 35
2.1. Материалы и методы исследования …………………………………………………. 35
2.1.1. Характеристики материалов …………………………………………………………. 35
2.1.2. Место проведения эксперимента ………………………………………………….. 36
2.1.3. Метод проведения эксперимента ………………………………………………….. 36
2.1.3.1. Изготовление образцов ……………………………………………………………… 37
2.2. Ход исследования ………………………………………………………………………….. 38
2.3. Результаты …………………………………………………………………………………….. 39
3. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ……………………………………………………………………….. 45
3.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения
3.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 45
3.1.2. Анализ конкурентных технических решений ………………………………… 45
3.2. Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………….. 47
3.3. Методы коммерциализации результатов научнотехнического
исследования …………………………………………………………………………………………. 49
3.4. Планирование научно-исследовательской работы ……………………………. 49
3.4.1. Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………… 50
3.4.2. Разработка графика проведения научного исследования ………………… 54
3.4.3. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ……………………….. 59
3.4.3.1. Расчет затрат на сырье и материалы НТИ …………………………………… 59
3.4.3.2. Основная заработная плата исполнителей темы ………………………….. 60
3.4.3.2.1. Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала ………………………………………………………………………………………………. 62
3.4.3.2.2. Отчисления на социальные нужды …………………………………………….. 63
3.4.3.2.3. Накладные расходы ………………………………………………………………….. 63
3.4.3.3. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ..
………………………………………………………………………………………………… 63
3.5. Оценка эффективности исследования ……………………………………………… 63
3.6. Определение ресурсной эффективности исследования ……………………… 64
4. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ……………………………………………… 66
4.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 67
4.2. Производственная безопасность ……………………………………………………… 67
4.2.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований. ……………………………………………. 68
4.2.2. Разработка мероприятий по защите исследователя от действия опасных
и вредных факторов. ………………………………………………………………………………. 68
4.3. Экологическая безопасность …………………………………………………………… 74
4.3.1. Влияние на атмосферу …………………………………………………………………. 74
4.3.2. Разработка мероприятий по защите окружающей среды ………………… 75
4.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 75
4.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований и обоснование мероприятий по предотвращению ЧС ………….. 76
4.4.2. Разработка мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС ………………………………………………………. 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………… 80
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………….. 81

В ходе проведения исследовательской работы был проведен
подробный анализ литературы на выбранную тему, и проработаны многие
теоретические аспекты. На основе полученных данных была выдвинута
гипотеза, что углеродные наполнители могут снижать горючесть полимерных
материалов.
Руководствуясь литературой, был проведен эксперимент, по итогам
которого стало ясно, что что использование ТРГ и МУНТ, в качестве
наполнителей для полимерных материалов, в целях понижения горючести
этих материалов целесообразно. Несмотря на то, что ТРГ является
нетипичным антипиреном, очевидно, что он, как наполнитель, может влиять
на горючесть полимерных материалов. МУНТ же используется как
наполнитель для полимеров уже многие годы и был выбран, как
противоположный – классический антипирен.
Стоит отметить, что исследования в области снижения горючести
любых, в том числе и полимерных материалов могут способствовать спасению
многих жизней. Очевидно, что чем медленнее нагреваются строительные
материалы, если невозможно предотвратить их возгорание, тем больше
времени у людей на эвакуацию.
Результаты данной исследовательской работы могут помочь в вопросе
снижения горючести материалов и могут быть использованы любыми
специалистами, занимающимися данной темой.

1.Пожароопасность полимерных материалов / Щеглов П.П.,
Иванников В.Л. – М., 1992. – 110 с.
2.Flammability of polymer-clay and polymer-silica nanocomposites /
Yang F., Yngard R., Nelson G.L. // Journal of Fire Sciences – 2005. – 226 с.
3.Горючесть и огнестойкость полимерных материалов / Колодов
В.И. – М. – 1976. – 160 с.
4.Токсичныекомпонентыпожаров/МаркизоваН.Ф.,
Преображенская Т.Н., Башарин В.А., Гребенюк А.Н., – Спб. – 2008. – 208 с.
5.ГОСТ 10456-80 Пластмассы. Метод определения поведения
пластмасс при контакте с раскаленным стержнем. – Введ. 1980-02-25. – М.:
Изд-во стандартов, 1980. – 6 с.
6.Эпоксидные полимеры и композиции / Чернин И.З., Смехов Ф.М.,
Жердев Ю.В. – М. – 1982. – 232 с.
7.Компоненты, обладающие свойствами понижать горючесть
полимерныхматериалов//КопилказнанийURL:http://fan-
5.ru/entry/work215497.php
8.Interaction in multicomponent flame-retardant polymers: solid-state
nmr identifying the chemistry behind it / Sut A., Schartel B., Greiser S., Jager C. //
Polymer Degradation and Stability. – 2015. – 125 с.
9.Flammability of the disperse-filled polymer composites / Askadsky A.,
Ushkov V., Smirnov V., Voronin V // 2016. – 208 с.
10. Characterizingparticleemissionsfromburningpolymer
nanocomposites / Nyden M.R., Harris R.H., Kim Y.S., Davis R.D., Marsh N.D.,
Zammarano M. // 100 Bureau Drive – 2010. – 719 с.
11. Основные классы антипиренов // Полимерные композиционные
материалыURL:http://p-km.ru/polimernye-kompozity-s-
ponizhennojgoryuchestyu/osnovnye-klassy-antipirenov.html
12. The effect of nanometals on the flammability and thermooxidative
degradation of polymer materials / Antonov A., Yablokova M., Costal L.,
Balanovich A., Levchik G., Levchik S. // Molecular crystals and liquid crystals
science and technology, section A: Molecular crystals and liquid crystals – 2000. –
210 c.
13. Анализ дериватограмм окисленного и вспученного графита / К.Е.
Махорин, Н.Н. Заяц, С.С. Дончак, А.С. Сидоренко, И.Я. Пищай // Хим.
технология. – 1990. – 47 с.
14. Графит и его кристаллические соединения / Уббелоде А.Р., Льюис
Ф.А. // Пер. с англ. – М. – 1965. – 256 с.
15. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе /
Фиалков А.С. – М. – 1997. – 718 с.
16. Графит и его соединения включения / Дядин Ю.А. // Соросовский
образовательный журнал – 2000. – 180 с.
17. Оценкапроцессаформованиятерморасширенногографита
деформационно-спектральным / Никитин Ю.А., Черныш И.Г., Пятковский
М.Л. // Цветные металлы. – 1992. – 40 с.
18. Генетическая классификация месторождений графита / Мазор
Ю.Р., Богомолов А.Х., Пронина Н.В. // Докл. АН СССР – 1982. – 400 с.
19. Графит//МинералыURL:www.XuMuK.ru/encyklopedia.
Минералы: Справочник. Т. 1 // Вестн. АН СССР. – 1961. – 151 с.
20. LaboratoryGrowsWorldRecordLengthCarbonNanotube
thesaurus.rusnano.com.
21. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства, А. В.
Елецкий, УФН, апрель 2002 г., т. 172, № 4, ст. 408
22. З. Я. Косаковская, Л. А. Чернозатонский, Е. А. Фёдоров.
Нановолоконная углеродная структура. Письма в ЖЭТФ 56 26 (1992)
23. Guo T, Nikolaev P, Rinzler D, Tomanek D.T, Colbert D.T, Smalley R.
«Self-Assembly of Tubular Fullerenes» // J. Phys. Chem. 99: 10694-7 (1995).
24. V. Ivanov at all. «Catalytic production and purification of nanotubules
having fullerene-scale diameters». Carbon 33, 12, (1995) 1727—1738.
25. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ Пожаровзрывоопасность веществ и
материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. – Введ.
198912-12. – М.: Стандартинформ, 2006. – 100 с.
26. ГОСТ12.0.003-2015.ССБТ.Опасныеивредные
производственныефакторы.Классификация.–Введ.2017-03-01.–
М.:Стандартинформ, 2016. – 3 с.
27. СанПиН«Гигиеническиетребованиякмикроклимату
производственных помещений» от 01.10.1996 № СанПиН 2.2.4.548–96 //
Российская газета.
28. ГОСТ 12.1.005-88.ССБТ.Общиесанитарно-гигиенические
требования к воздуху рабочей зоны. – Введ 1989-01-01. – М.: Стандартинформ,
2008. – 78 с.
29. СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение.
30. СанПиН2.2.1/2.1.1.1278-03.Гигиеническиетребованияк
естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и
общественных зданий.
31. ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК)
вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
32. Р 2.2.2006-05. Руководство по гигиенической оценке факторов
рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий
труда.
33. ГОСТ 12.4.011-89 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие
требования и классификация. – Введ. 1990-07-01. – М.: ИПК Издательство
стандартов, 2001. – 8 с.
34. ПНД Ф 12.13.1-03. Методические рекомендации. Техника
безопасности при работе в аналитических лабораториях (общие положения).
35. ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие
требования и номенклатура видов защиты. – Введ. 2011-01-01. – М.:
Стандартинформ, 2010. – 33 с.
36. ГН 2.2.5.1313–03. Предельно допустимые концентрации (ПДК)
вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы.
37. ГН 2.1.6.1338 – 03. Предельно-допустимые концентрации (ПДК)
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
38. ГОСТ Р 22.0.07-95 Безопасность в чрезвычайных ситуациях.
Источникитехногенныхчрезвычайныхситуаций.Классификацияи
номенклатура поражающих факторов и их параметров. – Введ. 1997-01-01. –
М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. – 10 с.
39. Закон Российской Федерации «О защите населения и территорий
от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от
21.12.1994 № 68-ФЗ // Собрание законодательства Российской Федерации.