Букетов Андрій Вікторович. Закономірності впливу обробки енергетичними полями зв'язуючого і наповнювачів на властивості епоксикомпозитних матеріалів для захисних покриттів

Краткое описание

Букетов Андрій Вікторович. Закономірності впливу обробки енергетичними полями зв'язуючого і наповнювачів на властивості епоксикомпозитних матеріалів для захисних покриттів : Дис... д-ра наук: 05.02.01 2007

Букетов А.В. Закономірності впливу обробки енергетичними полями зв’язуючого і наповнювачів на властивості епоксикомпозитних матеріалів для захисних покриттів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля, Київ, 2007.
Розглянуто науково-практичну проблему, яка полягає у підвищенні експлуатаційних характеристик епоксикомпозитних матеріалів і захисних покриттів на їх основі внаслідок попередньої обробки інґредієнтів матриці енергетичними полями. Досліджено і обґрунтовано механізм впливу магнітної, електроіскрової, ультразвукової обробки та ультрафіолетового опромінення на властивості композитів, що містять наповнювачі різної фізичної природи. Наведено теоретичне і практичне обґрунтування динаміки перебігу фізичних і хімічних процесів під впливом енергетичних полів на межі поділу фаз епоксидний оліґомер - наповнювач”, внаслідок чого навколо наповнювача формуються зовнішні поверхневі шари значної протяжності і з високим ступенем зшивання. На основі проведених досліджень розроблено режими модифікування епоксидних композицій, дисперсного і волокнистого наповнювача та матеріали для захисних покриттів з високими експлуатаційними характеристиками.

У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача створення нових модифікованих енергетичними полями епоксидних композитних матеріалів для захисних покриттів з високими фізико-механічними, теплофізичними, антикорозійними характеристиками і стійкістю до спрацювання. Вирішення наукової проблеми полягає в дослідженні властивостей і науково-обґрунтованому керуванні процесами структуроутворення в результаті модифікування зв’язуючого, наповнювача і епоксидних композицій зовнішніми енергетичними полями (магнітним, ультразвуковим, електроіскровим) та ультрафіолетовим опроміненням, а також у встановленні закономірностей, механізмів та особливостей підвищення експлуатаційних характеристик епоксикопозитів внаслідок поліпшення міжфазової взаємодії у процесі формування матеріалів під впливом енергетичних полів. В результаті виконання роботи отримано такі основні результати:
1. Розроблено нові методологічні підходи до вивчення впливу зовнішніх енергетичних полів на фізико-механічні властивості епоксиполімерних композитів та створених на їх основі захисних покриттів.
2. Вперше розроблено методику оцінки геометричних розмірів зовнішніх поверхневих шарів на межі поділу фаз наповнювач - матриця”, що дозволило встановити залежність когезійних властивостей створених композитів від фізичної природи і вмісту введених наповнювачів, та на основі чого розробити матеріали для захисних полімерних покриттів з наперед заданими експлуатаційними характеристиками.
3. На основі комплексного дослідження фізико-механічних та теплофізичних властивостей епоксикомпозитів встановлено залежності між вмістом дисперсних часток і величиною залишкових напружень, руйнівним напруженням та модулем пружності при згинанні у композитах і у створених на їх основі полімерних покриттях.
4. Експериментально обґрунтовано доцільність проведення попередньої обробки оліґомерних композицій зовнішніми енергетичними полями. Вперше встановлено, що під впливом магнітного поля та ультрафіолетового опромінення адгезійна міцність оброблених композитів зростає у 2,0-2,2 рази, а когезійна міцність у 2,4-2,6 разів внаслідок підвищення ступеня зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах при взаємодії радикалів з активними центрами на поверхні дисперсних часток. Оптимізовано тривалість обробки композицій залежно від вмісту і фізичної природи дисперсного наповнювача.
5. Вперше розроблено технологічний процес формування епоксикомпозитів із застосуванням ультрафіолетового опромінення, яке забезпечує активацію макромолекул і формування вільних радикалів у епоксидних композиціях. В результаті збільшення активності і рухливості сеґментів макромолекул та вільних радикалів, поліпшується адсорбційна взаємодія інґредієнтів оліґомерної системи у зовнішніх поверхневих шарах зв’язуючого навколо наповнювача, що дозволяє додатково на 40-65% підвищити фізико-механічні і теплофізичні характеристики композитних матеріалів.
6. На основі оптимізації умов магнітної обробки і ультрафіолетового опромінення епоксиполімерних композитів вперше встановлено технологічні режими формування захисних полімерних покриттів, що дозволяють підвищити циклічну міцність системи основа модифіковане покриття” у 1,8-2,0 рази порівняно з системою основа необроблене покриття” за рахунок збільшення тривалості зародження тріщини та зменшення швидкості їх поширення у процесі високочастотних навантажень. Показано, що це зумовлено високою адгезійною міцністю модифікованих покриттів на металевій основі і незначними залишковими напруженнями на межі поділу фаз.
7. На основі застосування електроіскрової обробки епоксидного зв’язуючого вперше запропоновано технологію поетапного модифікування компонентів з подальшим введенням наповнювачів. Показано, що після попередньої електроіскрової обробки епоксидного оліґомера введення феромагнітного наповнювача приводить до збільшення модуля пружності при згинанні, ударної в’язкості і теплостійкості композитів у 1,5-1,8 разів. Отриманий результат пояснено зростанням ступеня зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах внаслідок взаємодії магнітного поля часток з вільними радикалами, що утворилися в результаті обробки.
8. Встановлено, що після ультразвукової обробки оліґомерних композицій, які містять суміш двох наповнювачів (дисперсного і волокнистого), зростає ступінь зшивання епоксидної смоли, на що вказує зменшення максимума тангенса кута механічних втрат для процесу релаксації сеґментів і бокових груп при твердненні композитів. Це зумовлено інтенсивнішим перебігом фізико-хімічних процесів при зшиванні матеріалів, дегазацією оліґомерної композиції, поліпшеним змочуванням дисперсного наповнювача та кавітаційними процесами, що забезпечують активацію макромолекул за рахунок утворення вільних активних радикалів.
9. Вперше встановлено, що ультразвукова обробка волокнистого наповнювача у водному середовищі приводить до зростання вільної площі поверхні та активації поверхневого шару наповнювача. Це дозволяє цілеспрямовано керувати протяжністю зовнішніх поверхневих шарів на межі поділу фаз наповнювач-матриця”, що забезпечує додаткове підвищення адгезійної і когезійної міцності епоксикомпозитів на 25-30% та зниження інтенсивності спрацювання матеріалів при дії вільного гідроабразиву на 35-40%.
10. На основі проведених досліджень створені нові епоксикомпозитні матеріали та розроблено способи підвищення корозійної тривкості і стійкості до спрацювання захисних покриттів на їх основі. Основна дослідно-промислова перевірка результатів дисертаційної роботи проведена на підприємствах нафтопереробної, харчової і хімічної промисловості Тернопільської і Львівської областей. Впровадження розробок на підприємствах промисловості забезпечило збільшення міжремонтного періоду експлуатації устаткування у 3,0-3,5 рази, підвищення корозійної тривкості обладнання у 2,5-2,7 разів, стійкості до спрацювання у 2,0-2,2 рази.