Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет Отчет за

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет Отчет за сентябрь-декабрь 2017 г. Евстигнеев Александр Викторович Тема научной квалификационной работы: «Градиентные наномодифицированные полифункциональные огнезащитные покрытия» Семестр: V Научный руководитель: Д. т. н. , профессор Е. В. Королев

Актуальность направления исследований Использование металлических конструкций упрощает возведение высотных и большепролетных сооружений, а также сооружений сложных архитектурных форм Задача комплексной защиты металлических конструкций от воздействия атмосферных факторов, агрессивных сред и открытого огня Расширяющиеся покрытия с термореактивной матрицей: выше температуры стеклования имеет место высокоэластичное состояние. Это позволяет реализовать пассивную огнезащиту посредством надлежащего подбора расширяющихся добавок 1

Актуальность работы Задача комплексной защиты не может считаться полностью решенной: Задачи, требующие решения: Повысить прочность адгезионной связи покрытия с подложкой Упростить нанесение покрытий повышенной толщины Повысить однородность и предотвратить разрушение пенококсового остатка: реализовать градиент теплопроводности, выполнить микроармирование материала Оптимизировать барьерные свойства: снизить проницаемость по отношению к жидким и газообразным флюидам Оптимизировать защитные свойства: повысить стойкость к действию атмосферных факторов и агрессивных сред 2

Выполнение работ 3

Экспериментальные исследования: V семестр 1. На основе результатов аналитического обзора и численного эксперимента установить область факторного пространства рецептурных переменных. 2. На основе результатов поисковых исследований для выбранных интумесцентных добавок (интеркалированный графит, полифосфат аммония) и антипиренов (гидроксид алюминия) ограничить факторное пространство рецептурных переменных (с учетом требования нанесения покрытия повышенной толщины). 3. Выполнить планирование эксперимента для систем «состав-свойство» . Выбрать эффективные программные средства обработки эмпирических данных. Выполнить необходимые доработки программных средств. 4. Выполнить безградиентный экперимент по исследованию кратности вспучивания и структуры пенококсового остатка. Выявить закономерности изменения химического и фазового состава при термодеструкции. 5. Выполнить планирование эксперимента для систем «технологиясвойство» . Приступить к исследованию водопоглошения, барьерных свойств (по отношению к парам воды, воде, растворам кислот и оснований, нефтепродуктам), стойкости к воздействию атмосферных факторов. 4

Материалы: V семестр. Матричный материал: олигомер DER-330 (аналог ЭД-22). Выбран исходя из малого молекуларно-массового распределения (снижение неопределенности при интерпретации результатов). На заключительном этапе (после многокритериальной оптимизации) будут выполнены исследования с отечественным аналогом. Сшивающий агент: аминный аддукт 921(ОП). Выбран исходя из требований к точности дозировки и тепловому режиму отверждения. Интумесцентная добавка: интеркалированный графит (наноматериал EG 350 -8099). Выбран исходя из температуры начала разложения, кратности вспучивания и возможного положительного влияния на показатели барьерных свойств и стойкости покрытия к действию атмосферных факторов. Интумесцентная добавка: полифосфат аммония (METOPAC APP-501). Используется в многочисленных эффективных интумесцентных решениях. Антипирен: гидроксид алюминия (ГОСТ 11841 -76). Диглицидиловый эфир дэтиленгликоля (ДЭГ-1), триаминопропилтриэтоксисилан (АГМ 9) – использованы при исследованиях водопоглошения, барьерных свойств и стойкости к воздействию атмосферных факторов. 5

Планирование эксперимента «состав-свойство» Традиционными планами эксперимента для систем «состав-свойство» являются симлекс-решетчатые и симплексцентроидные планы. Широкому использованию таких планов эксперимента препятствует сложность обработки и последующей визуализации экспериментальных данных. Планирование эксперимента было выполнено с учетом возможностей разработанного сотрудниками НОЦ НТ программного обеспечения, позволяющего выполнять регрессионный анализ и визуализацию результатов эксперимента, поставленного в соответствии с симплекс-планами. 6

Композиционный симплекс-центроидный план План на основе семиточечного симплекс-центроидного плана. Для регрессионной модели (полином Шеффе) второго порядка не является насыщенным, поэтому статистический анализ значимости и адекватности можно выполнять по обычным правилам. После проверки адекватности модель неполного третьего порядка заведомо будет адекватной. В зависимости от положения экстремума модели неполного третьего порядка факторная область сокращается в 4 раза; последующая эмпирическая итерация задействует уже найденные результаты. 7

Безградиентный эксперимент: коэффициент вспучивания Цель: оценка коэффициента вспучивания, исследование структуры пенококсового остатка, исследовать закономерности изменения химического и фазового состава при термодеструкции. Составы: в соответствии с композиционным симплекс-центроидным планом. Объемная доля (смесей) дисперсных фаз: 0, 3. Массовая доля сшивающего агента по отношению к олигомеру: 0, 65. Вершины концентрационного треугольника: 1: Интеркалированный графит. 2: Полифосфат аммония. 3. Гидроксид алюминия. Режим тепловой обработки: 1: Нагрев от 25 до 300 0 С со скоростью 10 0 С/мин. 2: Охлаждение (по экспоненциальному закону) до 30 0 С в течение 24 ч. С целью обеспечения возможности последующего исследования структуры методом рентгеновской томографии в состав вводилась контрастирующая добавка (тераоксид трисвинца). 8

Структура материала Интеркалированный графит Полифосфат аммония 10

Структура материала Интеркалированный графит + полифосфат аммония Полифосфат аммония + гидроксид алюминия 11

Термическая деструкция 150 0 С 260 0 С 180 0 С 300 0 С 12

Пенококсовый остаток Вершина 1: интеркалированный графит Вершина 2: полифосфат аммония Вершина 6: полифосфат аммония + гидроксид алюминия Вершина 4: интеркалированный графит + полифосфат аммония 13

Оценка коэффициента вспучивания, методика расчета. 14

Оценка коэффициента вспучивания Вершина 1: интеркалированный графит Вершина 2: гидроксид алюминия Вершина 2: полифосфат аммония 15

Оценка целостности остатка Вершина 1: интеркалированный графит Вершина 2: гидроксид алюминия Вершина 2: полифосфат аммония 16

Спасибо за внимание!