Исследование свойств радиационно – обработанных наполненных композиционных полимерных покрытий γ - лучами

АННОТАЦИЯ

Разработка оптимальных технологических параметров обработки композиционных полимерных покрытий γ-лучами, обеспечивающих им высокие адгезнонные, прочностные свойства и износотойкость, приводящих к повышению работоспособности и долговечности в абразивных условиях эксплуатации.

ABSTRACT

The purpose of this thesis is the development of optimal technological parameters of processing of composite coatings γ-rays, providing them with high adhesive, strength properties and wear capability, leading to increased efficiency and durability in abrasive conditions.

Ключевые слова: полимерная композиция, наполнители, покрытия, структура, свойства, технология, адгезия, разрывная прочность, микротвердость, ударная прочность, радиация, γ-облучения.

Keywords: polymer composite, fillers, coatings, structure, properties, technology, adhesion, tensile strength, micro hardness, impact strength, radiation, γ-irradiation.

В настоящее время основной задачей Республики Узбекистан является ускорение научно-технического прогресса, переход на интенсивный путь развития, разработка импортозамещающего и экспортоорентированного сырья и материалов. В развитии экономики нашего государства большую роль играет производство полимерных материалов. Интенсивное социально – экономическое развитие полимерной промышленности Узбекистана обуславливает необходимость разработки новых или усовершенствования в плане ресурсо и энергосбережения существующих технологических процессов создания новых или модификации физико-химическими методами известных полимерных и композиционных материалов, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

В области создания и физико-химической модификации композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе в настоящее время выполнено многочисленное количество научно-исследовательских работ, разработаны композиционные полимерные материалы и покрытия, которые рекомендованы для применения в различных отраслях  промышленности.

Однако, до настоящего времени вышеуказанные композиционные полимерные материалы и покрытия из-за низкой износостойкости не находят достаточного применения в машинах и механизмах, эксплуатирующихся в условиях абразивного изнашивания. Указанные свойства могут быть улучшены благодаря физической модификации композиционных покрытий, в частности методом радиационной обработки, которые изучены недостаточно и поэтому радиационная обработка полимерных и композиционных покрытий не получает широкого применения в производстве. 

В связи этим проведение комплексного исследования влияния радиационной обработки композиционных полимерных материалов и покрытий γ – лучами, их влияние на физко-механичекие и эксплуатационные свойства и разработка оптимальных технологических параметров их радиационной обработки γ – лучами является актуальной проблемой.

Исследовано влияние радиационной модификации – облучением на физико – механические свойства полимерных и наполненных композиционных полимерных покрытий.

На основе анализа полученных результатов исследований определены наиболее оптимальные режимы обработки - лучами для обеспечения высоких физико – механических свойств и соответственно долговечности композиционных полимерных покрытий в различных условиях эксплуатации.

Сделана попытка установить взаимосвязь долговечности композиционных полимерных материалов с их физико – механическими свойствами и показана возможность целенаправленного регулирования этих характеристик посредством применения радиационной модификации гамма – лучами в зависимости от природы полимера и применяемых наполнителей.

Комплексный анализ полученных результатов исследования позволил нам выявить наиболее оптимальные виды и составы композиционных полимерных материалов, а также режимы радиационной модификации с целью повышения их работоспособности, долговечности и эффективности. При этом интегральная доза изменялись от 5 до 160 Мрад.

В данном разделе приводятся результаты исследований свойств пентопластовых композиционных полимерных покрытий, наполненных, в основном, ферромагнитным железным порошком, парамагнитным – графитом и диамагнитным – тальком (рис. 1 – 2). В композиции на основе ПНП – 20 масс. ч. железного порошка, а остальные наполнители вводили, соответственно, по 50 и 10 мас.ч. 

Из рис. 1 – 2 видно, что введение наполнителей существенно влияет на свойства наполненных покрытий. При облучении наполнители в полимерной матрице, в зависимости от своей природы, а также строения и радиационной стойкости полимера, по разному влияют на абсолютные величины и кинетику изменения σ_A и H.

Зависимость значения адгезионной прочности композиционных пентопластовых покрытий от дозы облучения показана на рис. 1. Как видно из рисунка, значение адгезионной прочности у всех исследованных композиционных пентопластовых покрытий, в зависимости от дозы облучения, имеет экстремальный характер. Оптимальные дозы облучения для покрытий, наполненных железным порошком и графитом, является 20-30 Мрад, для покрытий, наполненных тальком 10-20 Мрад. При этом значения адгезионной прочности у пентопластовых покрытий, наполненных графитом, железным порошком и тальком, увеличивается до 25, 2,3 и 2,1 кН/м соответственно.

1 – железный порошок; 2 – графит; 3 – тальк

Рисунок 1. Зависимость адгезионной прочности наполненных пентапластовых покрытий от дозы облучения

Как видно из рис. 2, значения микротвердости композиционных пентопластовых покрытий, наполненных графитом, железным пороком и тальком, в зависимости от дозы облучения, также имеет экстремальный характер. Оптимальными дозами для пентопластовых покрытий, наполненных графитом, железным порошком и тальком, является 10 – 30 Мрад. При этом значении микротвердость исследованных пентопластовых покрытий, наполненных железным порошком, графитоми и тальком, лежит в пределах 130, 121 и 118 МПа, соответственно.

1 – графит; 2 – железный порошок; 3 – тальк

Рисунок 2. Зависимость микротвердости наполненных пентапластовых покрытий от дозы облучения

Как видно из приведенных результатов исследований, радиационная модификация приводит к повышению физико – механических свойств у всех исследованных наполненных покрытий. Наполненные железным порошком и графитом у всех полимерных покрытий, подвергнутых радиационной обработке, дает большее повышение σ_A и H, чем наполненных тальком.

Выводы по исследование

1. Определены механизмы влияния радиационной обработки на структуру наполненных полимерных покрытий.
2. Установлено, что изменения адгезионных и прочностных свойстве облученных γ–лучами пентопластовых покрытий зависят от их природы и структуры. При этом радиационная обработка эффективно воздействует на покрытия, полученные на основе полимеров.
3. Показано, что физико – механические свойства радиационно – обработанных, как термопластичных полимерных покрытий, существенно зависят от значений дозы облучения. Как показали результаты исследований, значения свойств от дозы облучения имеют экстремальний характер. Показано, что при оптимальний дозе облучении γ – лучами полимерных покрытий, значительно увеличиваются их адгезионные и прочностные свойства. Так, у пентопластовых покрытий с 1,4 до 2,45 кН/м, а их микротвердость с с 94 до 134 МПа, соответственно.
4. Выявлено, что для каждого вида полимерного покрытия имеется оптимальная доза облучения, обеспечивающая улучшение физико – механических свойств покрытий и их долговечность за счет сшивания макромолекул полимера. Так, у пентопластовых покрытий оптимальное значение дозы γ – облучения находится в пределах 10-20 Мрад, соответственно. Необходимо отметить, что дальнейшее увеличение дозы γ – облучения, несмотря на то, что повышает разрывную прочность покровной плёнки, в то же время снижает адгезионную прочность и повышает внутренние напряжения в покрытии. В результате снижаются величины коэффициентов запаса по разрывной и адгезионной прочности и тем самым комплексные свойства покрытия ухудшаются.
5. Установлено, что оптимальное значение дозы γ – облучения у всех исследованных композиционных полимерных покрытий имеет тенденцию в сторону их увеличения, по сравнению с ненаполненными полимерными покрытиями. Так, для покрытий из пентопластовых композиций оптимальные дозы γ – облучения лежат в пределах композиций – 20 – 30 Мрад.

Список литературы:

1.  Николаев А.,  Крыжановский В.,  Бурлов В. Технология полимерных материалов Издательство: Профессия, Твердый переплет, 2008. - 544 с.
2. Пахомов П.М. Основы полимерной химии. В 2-х частях. - Тверь, ТвГУ, 1991. – 324 с.
3. Гулямов Г. Машиностроительные детали из конструкционных полимерных материалов для рабочих органов хлопковых машин и механизмов // Журнал композиционные материалы. - Ташкент, 2008. - №2. - С. 63-66.
4. Н.А. Икромов. Исследование влияния магнитного поля на физикомеханические свойства композиционных полимерных покрытий. Россия. Вестник Курганского гоударственного университета № 3 2015, С.96-99