УДК 62

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Икромов Нурилло Авазбекович1, Расулов Дилшодбек Наримонович2
1Андижанский машиностроительный институт, к.т.н
2Андижанский машиностроительный институт, старший преподаватель

Аннотация
Введение наполнителей в полимер позволяет целенаправленно изменять физико-химические и эксплуатационные свойства получаемого композиционного покрытия. Известно, что наполнители изменяют свойства полимера и в объеме и в слое, примыкающем к поверхности наполнителя . В результате адсорбционного взаимодействия полимера с поверхностьюнаполнителя и изменения молекулярной подвижности в граничном слое, а также из-за влияния поверхности на формирование молекул при реакциях отверждения химическая и структурная неоднородность композиционного материала увеличиваются.

Ключевые слова: , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Икромов Н.А., Расулов Д.Н. Объекты и методики исследования композиционных полимерных материалов // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 10 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/10/93640 (дата обращения: 24.01.2022).

Выбор и обоснование объектов исследования. В качестве объектов исследований были выбраны многотоннажные полимеры, отличающиеся как по химическому составу так и по свойствам.

По комплексу физико-механических свойств, для разработки композиционных полимерных покрытий были выбраны следующие полимеры:     эпоксидная смола ЭД-16, полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), пенто пласт (ПНП), полиамид, поливинилбутираль, полипропилен.

Кристаллический полиэтилен высокой плотности обладают достаточно высокими свойствами, имеют низкую стоимость и обеспечены сырьевой базой.

Для отверждения эпоксидного ЭД-16 олигомера использовали отвердители, широко применяемые в промышленности, такие как полиэтиленполиамид (ПЭПА) и малеиновый ангидрид (МА). Эти отвердители позволяют получать покрытия холодной и горячей сушкой, что важно для практического их использования в деталях для хлопкоуборочной и хлопкоочистительной техники.

Все выбранные полимеры имеют хорошие физико-механические свойства.Как указано выше, введение наполнителей в полимер позволяет целенаправленно изменять физико-химические и эксплуатационные свойства получаемого композиционного покрытия. Известно, что наполнители изменяют свойства полимера и в объеме и в слое, примыкающем к поверхности наполнителя. В результате адсорбционного взаимодействия полимера с поверхностьюнаполнителя и изменения молекулярной подвижности в граничном слое, а также из-за влияния поверхности на формирование молекул при реакциях отверждения химическая и структурная неоднородность композиционного материала увеличиваются. Изменение структуры наполненных полимеров вызывает изменение физико-механических свойств.

В качестве наполнителей применяют широкий круг природных и искусственных материалов. По своему действию наполнители разделяют на активные, инертные и занимающие промежуточное положение.

Введение активных наполнителей значительно улучшает свойства полимера и покрытий на их основе. Вторые две группы применяют, в основном, для снижения стоимости покрытия без ухудшения его качества. Такое разделение наполнителей условно, так как и активность, и инертность зависят, во – первых, от химической природы полимера, и, во – вторых, определяются тем, какое свойство наполненного полимерного покрытия является наиболее функционально важным. Возможно, что улучшая одно из них, наполнитель может не оказывать влияние на другое. Так, введение талька и вермикулита увеличивает, в основном, коэффициент потерь полимера; введение барита, слюдяной муки, каолина и асбеста увеличивает динамический модуль упругости, а введение чешуйчатого графита – и коэффициента потерь и модуль упругости [68, 78, 79, 89-92].

Кроме того, необходимо учитывать, что вибропоглощающие покрытия также работают на трение и износ при контакте с хлопком.

Для улучшения динамических и антифрикционных свойств и износостойкости композиционных полимерных покрытий в основной состав (ОС) – полимерное связующее вводится наполнители различной природы:

а) неорганические наполнители (железный и медный порошки, алюминиевая пудра, оксид железа и меди);

б) минеральные (графит, тальк, каолин, слюдяная мука, асбест, маршалит, цемент, сажа);

Указанные наполнители отличаются и по структуре: зернистые и порошковые (металлы и их окислы), пластинчатые (графит, слюда, тальк, каолин), волокнистые (асбест, стеклянные волокна).

Выбор в качестве наполнителей железного порошка и окислов железа был обусловлен тем, что для повышения свойств покрытий нами использована обработка в магнитном поле. Очевидно, что эффективность такой обработки связана с магнитными свойствами наполнителя в композиционном полимерном покрытии.

При выборе пластификаторов мы учитывали, что целесообразно, чтобы выбро поглощающие полимеры для покрытий имели температуру стеклования, близкую к температуре эксплуатации покрываемых изделий. Для снижения температуры стеклования вибропоглощающих полимерных материалов рекомендуется применять пластификаторы. С повышением содержания пластификатора увеличивается коэффициент механических потерь вплоть до предела совместимости полимеров с пластификатором, а модуль потерь при этом проходит через максимум. Введение пластификатора в полимерную композицию смещает максимум модуля потерь в сторону увеличения содержания наполнителя.

Очевидно, что применение не пластифицированных эпоксидных и фурано–эпоксидных композиций не целесообразно из–за высокой температуры стеклования. Поэтому, с учетом дефицитности, стоимости, токсичности для пластификации эпоксидных и фурано–эпоксидных композиций был выбран дибутильфталат. Поскольку из литературы неизвестно влияние содержания пластификатора на износостойкость и антифрикционные свойства полимерных покрытий, работающих в контакте с хлопком сырцом, то содержание пластификатора варьировалось нами от 0 до 40 масса ч.

При выборе подложек мы исходили из того, что наиболее распространенным материалом является сталь. В отдельных случаях применяют алюминий и медь. Для контрольных опытов применяли стекло. Таким образом, в качестве подложек в экспериментах использовали сталь Ст.3, алюминий, медь и стекло.

Таблица 1.1. Характеристика исследованных подложек

Характеристики

Единица измере

ния

Сталь-3 ГОСТ 501-68

Подложки

алюми

ний ГОСТ 11069-64

медь ГОСТ 859-61

стекло ГОСТ

11-65

Магнитные свойства

ФМ

ПМ

ДМ

ДМ

Магнитная проницаемость

ГН-м

весьма велика

1,000023

0,999912

0,099987

Магнитная восприимчи

вость

высокая

0,58

0,086

0,094

Удельная электрическая проводимость при 293К

М/ОМ мм

5-10

34

57

Удельное электрическое сопротивление при 293К

Ом мм/м

0,1-0,2

0,029

0,0175

Удельная теплоемкость

Дж/кг град

460

880

380

840

Примечание: ФМ – ферромагнетик, ПМ – парамагнетик, ДМ – диамагнетик.

Все объекты, выбранные при исследовании свойств композиционных полимерных покрытий для машин и механизмов уборки и переработки хлопка – сырца, приведены в табл. 1.1 – 1.2.

Для исследования полимерных покрытий, работающих в условиях трения, в качестве контр–тела использовали хлопок–сырец 1 сорта, сорта 108-Ф и Ташкент-1 ручного и машинного сбора с влажностью от 7 до 50 % и засоренностью, соответственно, от 1-3 до 20-25 %. Эти сорта наиболее типичны в настоящее время для хлопкосеющих республик. Процент влажности и засоренности хлопка наиболее характерен для работы заготовительной сети хлопкоочистительной промышленности.

Таблица 1.2. Материалы объекта исследования

Материалы (сокращенное обозначение)

Марка

Нормативный документ (ГОСТ,

ТУ, СТУ, МРТУ)

Назначение

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)

ГОСТ 16338-70

Пленкообра

зователи

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)

ГОСТ 19337-70

Поликапроамид (ПКА)

А

ТУ 6-06-309-70

Капрон

В

МРТУ 6-05-988-66

Поливинилбутираль (ПВБ)

ГОСТ 9439-73

Пентапласт (ПНП)

ТУ 6-05-1422-71

Эпоксидная смола

ЭД-16

ГОСТ 10587-72

Сталь

Ст-3

ГОСТ 501-68

подложки

Алюминий

АД-1

ГОСТ 11069-64

Медь

ГОСТ 859-61

Стекло

ГОСТ 111-65

Железный порошок

ПКК-3

ТУ 3648-53

наполнители

Алюминиевая пудра

ПАК-3

ГОСТ 5494-50

Графит

С-1

ГОСТ 5261-68

Тальк молотый

А

ГОСТ 879-52

Сажа

ДГ-100

ГОСТ 7848-63

Поликапроамид (ПКА)

А

ТУ 6-06-309-70

Фторопласт

ГОСТ 14906-69

Цемент

ГОСТ 101-70

Каолин

ГОСТ 6138-61

Слюдяная мука

ГОСТ 10698-63

Стекловолокно

Дибутилфталат (ДБФ)

ГОСТ 8728-66

пластификатор

Полиэтиленполиамин (ПЭПА)

ТУ 6-02-594-70

отвердитель

1.2. Методики получения композиционных полимерных покрытий

Технология получения покрытий на поверхности образцов–подложек выбирали в зависимости от агрегатного состояния полимеров и композиций.

Для нанесения порошковых полимеров и композиций применялся вибро–вихревой (рис. 1.1) и электростатический (рис. 1.2) методы напыления, так как они позволяют получать равномерную толщину покрытия по высоте и ширине напыляемого изделия, покрытия с большей толщиной и хорошей сплошностью.

Сущность выбро–вихревого способа напыления заключается в том, что псевдоожижение достигается за счет совместного и одновременного воздействия на порошкообразную пластмассу сжатого воздуха или газа и вибрации. При этом мелкодисперсный полимерный порошок засыпается в аппарат и под действием восходящего потока газа, подаваемого через пористую перегородку под давлением, и вибрации переходит в псевдоожиженное состояние. Затем предварительно обработанную и нагретую деталь опускают в псевдоожиженный слой. Порошок оседает на поверхности детали, расплавляется на ней и растекается, образуя ровное покрытие. Этот метод позволяет использовать полимерные порошки различного гранулометрического состава, а также комкающиеся и плохосыпучие полимерные порошки (рис. 1.1). Полонии принцип работы приведены в литературе.


1–редуктор давления

6–якорь

2–воздухоочиститель

7–верхняя часть аппарата

3–редуктор давления для точной регулировки

8–напыляемая деталь

4–щит

9–резиновая диафрагма

5–электромагнит

10–регулировочная гайка

Рис.1.1. Установка вибро – вихревого напыления

Сущность напыления в псевдоожиженном слое потока при воздействии электростатического поля заключается в том, что холодное изделие погружают в слой порошка, находящегося под воздействием коронного разряда электрического поля высокого напряжения. Частицы полимера заряжаются и под действием электростатических сил равномерно оседают на деталь. После чего деталь перемещается в оплавительную печь, где полимер оплавляется, образуя на поверхности детали равномерное покрытие (рис. 1.2).

Масса осевшего на поверхности детали порошка увеличивается пропорционально напряжению и времени нанесения.Полонии принцип работы приведены в литературе [2].

1–вибро – вихревая установка

4–напыляемая деталь

2–ионизирующие электроды

5–изоляционная стойка

3–генератор высокого напряжения

Рис.1.2. Установка для напыления в облаке заряженных частиц

В табл. 1.3 приведены оптимальные режимы получения покрытий из порошковых полимеров, выбранные опытным путем. Время выдержки образца в кипящем слое порошка выбиралось в зависимости от толщины покрытия.

Технология нанесения покрытий из жидких композиций была совершенно другой. Жидкие композиции наносили на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность образцов при помощи шпателя и кисти, методом окунания или облива.

Полимерная композиция на основе фурано–эпоксидных олигомеров готовилась следующим образом: в 100 масса ч. смолы ФАЭД-20 вначале вводили пластификатор ДБФ в определенном количестве, при тщательном перемешивании механической пропеллерной мешалкой добавляли наполнитель в заданном количестве, затем снова тщательно перемешивали. С целью удаления воздушных включений композицию выдерживали в термическом шкафе при 313-323 К в течение 30-40 мин. Затем, при перемешивании, в композицию вводили отвердитель ПЭПА.

Подготовленную композицию наносили на поверхность образцов. Покрытие получалось с толщиной 100-200 мкм.

Таблица 1.3. Режимы получения покрытий из порошковых полимеров 

Полимеры

Температура предварительного нагрева детали, К

Время выдер

жки в кипящем слое, сек.

Температура оплавления, К

Время выдержки оплавле

ние, мин.

Полиэтилен высокой плотности

593-633

3-20

473-493

2-7

Поликапроамид

543-573

0,5-12

493-513

3-8

Пентапласт

603-623

10-15

513-523

10-25

Поливинилбутираль

603-633

3-20

493-503

5

Для получения более толстого слоя (300-400 мкм) композицию наносили через 4-5 часов после приготовления, так как при этом вязкость композиции увеличивалась. При высоких степенях наполнения получали покрытия толщиной 0,3-1,0 мм. Так как отверждение нанесенного покрытия при комнатной температуре происходит медленно (4-5 суток), применяли метод горячего отверждения (при 393-413 К в течение 60 мин), охлаждение производили на воздухе при комнатной температуре.


Библиографический список
  1. Негматов С.С. Разработка и исследование полимерных композиционных покрытий для машин и механизмов уборки и переработки хлопка-сырца. Дис. …док. техн. наук. – М: 1980. – 450 с.
  2. Азизов P.O., Вохидова З.Ш., Ходжаев Т.А. Исследование триботехнических свойств полимерных композиционных покрытий // Материалы Республиканской научно-практической конференции «Национальное единство – источник науки и техники» – Чкаловск, 2009. -С.72-78.
  3. Негматов С.С. Исследование долговечности антиадгезионныхполиэтиленовых покрытий.:Автореф. дис, … канд. техн. наук. – Ташкент.:ТашПИ. 1969. – 24 с.
  4. Негматова М.И. Исследование и разработка износостойких антиадгезионных композиционных материалов для форм в производстве архитектурно – художественных строительных конструкций.:Автореф. дис, … канд. техн. наук. – Ташкент.:ТашПИ. 1983. – 24 с.
  5. Сажин Б.И. Электрические свойства поли­меров. – Л.: Химия, 1970. – 232 с.
  6. Демченко В.Л., Виленский В.А. Влияние напряженности постоянного магнитного поля на структуру, удельную теплоемкость и электропроводность композитов на основе эпоксидного полимера и оксидов //Пластические массы. – Москва, 2010. – № 4. – С. 8-12.
  7. Лурье В.А., КабисовК.С., Никулин А.В. Электричество и магнетизм. Электростатика. Постоянный Электрический ток. – М.: МГОУ, 2005. – 252 с.
  8. Белозеров Б.П., Гузеев В.В., Перепелкин К.Е. Свойства, технология переработки и применение пластических масс и композиционных материалов. – Томск, ТГТУ, 2004. – 323 с.
  9. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. – М.: НОТ, 2008. – 882 с.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «keenjon7»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация