Исследование электропроводящих композиционных термореактивных полимерных материалов и покрытий на их основе для триботехнического назначения

Research of electrically conductive composite thermoreactive polymer materials and coatings on their basis for tribotechnical purpose
Цитировать:
Исследование электропроводящих композиционных термореактивных полимерных материалов и покрытий на их основе для триботехнического назначения // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Сайфуллаева Г.И. [и др.]. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11102 (дата обращения: 26.09.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается исследование электропроводящих и теплостойких композиционных термореактивных полимерных материалов и покрытий на их основе для триботехнического назначения. А также, приведены результаты исследований в области разработки электропроводящих и антифрикционно-прочностные термореактивных материалов композиционных покрытий из них.

ABSTRACT

This article examines the study of the of electrically conductive and heat-resistant composite thermosetting polymer materials and coatings based on them for tribotechnical purposes. And also, the results of research in the field of development of electrically conductive and antifriction-strength thermosetting materials of composite coatings from them are presented.

 

Ключевые слова: композиционные материалы, композиционные покрытия, наполнитель, электропроводящий, теплостойкий, антифрикционный.

Keywords: composite materials, composite coatings, filler, electrically conductive, heat-resistant, antifrictional.

 

Введение. На сегодняшний день в мире полимерные материалы широко применяются во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Полимерные материалы, наносимые в виде тонких пленок на металлические поверхности, выдерживают большие нагрузки, обеспечивают лучший отвод тепла и в меньшей степени, чем литые полимерных детали, подвержены изменению размеров. В последние годы наблюдается повышенный интерес к использованию тонкослойных полимерных покрытий металлов и других материалов в машиностроении, приборостроении, химической, пищевой, электротехнической промышленности, в строительстве и других областях народного хозяйства. Это вызвано тем, что покрытия обеспечивают удачное сочетание свойств металла и полимерных материалов. Кроме того, благодаря широкому ассортименту последних и их сравнительно легкой модификации удается придать поверхности металла необходимые специфические свойства.

Однако, обладая такими достоинствами как коррозионная стойкость, атмосферостойкость, износостойкость, антифрикционные, диэлектрические и демпфирующие свойства они уступают металлам и механической прочности, жесткости, теплопроводности, теплостойкости и т.д. Основными недостатками полимеров, затрудняющими их использование в чистом виде машиностроительных и конструкционных материалов и изделиях деталях, машин и механизмов, являются коэффициент теплового расширения, низкой прочности, малые теплопроводность и теплостойкость, гигроскопичность, а также некоторое непостоянство свойств, вызванное гигроскопичностью и большим коэффициентом теплового расширения.

На сегодняшний день в мире разработка термореактивных полимерных композиций с низкой себестоимостью и технология получения покрытий машиностроительного назначения с высокими электро-теплофизическими и антифрикционно-прочностными свойствами является важной актуальной проблемой.

Наиболее эффективным способом применения полимерных материалов является комбинированное использование их металлами в виде металлополимерных систем, то есть тонкослойных полимерных покрытий на металлах. Такое сочетание позволяет получать изделия и конструкции, обладающие высокими качествами и достоинствами обоих материалов, металлах или на изделиях из неметаллических материалов. Благодаря применению полимерных покрытий в изделиях и деталях машин и механизмов можно сэкономить сотни тонн дорогостоящих дефицитных металлов; нержавеющей и луженой стали, бронзы, свинца, никеля, баббита и других, заменяя их более дешевыми и недефицитными пленками.

Целью исследования является разработка эффективных термореактивных полимерных композиций и технология получения покрытий на их основе с высокими электро-теплофизическими и антифрикционно-прочностными свойствами, с низкой себестоимостью, для применения в трущихся деталях машиностроительного назначения, позволяющее существенно сократить их импорт. Из таблицы 1 можно увидеть то, что удельное электрические поверхностное сопротивление железного порошка выше, чем у сажи, графита и меньше, чем у алюминиевой пудры. И только при высоких наполнениях полимерных покрытий железным порошком наблюдается резкое снижение поверхностного сопротивление. Очевидно это объясняет тем, что при одном и том же содержании наполнителя в объеме полимерного покрытия образуется неодинаковое объемное распределение частиц наполнителя за счет различия их электрическое сопротивления. Так при содержании наполнителя до 5 масс.ч. железного порошка, их распределение наблюдается в виде отдельных не связанных между собой частиц. При дальнейшем увеличении содержания наполнителя очевидно образуется пространственная цепочечная структура [1, с.162] и электрическое сопротивление снижается при поверхности, так и по объему покрытия. Вследствие высокого удельного веса железного порошка, его распределение по объему полимер происходит неравномерно. Так в композициях на основе ЭД-16, ФАЭД-20 и ФАЭИС-30 в процессе их отверждения железный порошок оседает и в слое полимера вблизи подложки образуется цепочечная структура, а около поверхности трения железный порошок распределен в виде отдельных частиц. Такое распределение частиц железного порошка приводит к тому, что электрическое сопротивление полимерных покрытии значительно снижается лишь при высоких наполнениях. Природа полимерных материалов также оказывает влияние на распределение частиц наполнителя в объеме полимерного покрытия. Так у менее фурано-эпоксид-сланцевых покрытий наблюдается более равномерное распределение частиц наполнителей, за исключением железного порошка. Это приводит к более значительному снижению электрического сопротивления ФАЭД-20 и ФАЭИС-30 по сравнению с ЭД-16 [2: c.46].

Анализ результатов исследований показывает, что наряду с уменьшением электрического сопротивления указанных полимерных покрытий при введении электропроводящих наполнителей прочностные и антифрикционные свойства полимерных покрытий ухудшаются, и кроме того, такие наполнители как сажа и алюминиевая пудра окрашивают и загрязняют хлопок-сырца. В соответствии с этим было рассмотрено влияние на электризацию бинарных наполнителей. Были исследованы композиции с бинарными наполнителями: каолин-сажа; тальк-сажа; каолин-графит; тальк-графит; железный порошок-каолин.

Электростатические и антифрикционно-прочностные свойства примере термореактивных эпоксидных композиций представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Электрофизические и прочностные свойства полимерных композиций с бинарным наполнителем

Полимерная композиция

Содержания наполнителя м.ч.

ρv  ом·см

ρs Ом

Нм, МПа

f

6·105Кл/м2

1

ЭД-16

Каолин

Сажа

100

10

15

5.6·107

9.9·107

223

0.347

10.2

2

ЭД-16

Каолин

Сажа

100

20

15

9.6·107

1.8·108

218

0.338

13.4

3

ЭД-16

Каолин

Сажа

100

40

15

1.1·108

3.8·108

212

0.321

16.2

4

ЭД-16

Каолин

Графит

100

20

30

9.8·106

0.3·107

188

0.247

2.6

5

ЭД-16

Каолин

Графит

100

30

20

0.21·109

0.98·109

196

0.273

9.8

6

ЭД-16

Каолин

Графит

100

40

10

9.1·108

1.9·109

214

0.284

16.6

7

ЭД-16

Тальк

Сажа

100

20

30

8.3·106

1.1·107

208

0.393

8.6

8

ЭД-16

Тальк

Сажа

100

30

20

6.1·107

8.6·107

202

0.378

10.6

9

ЭД-16

Тальк

Сажа

100

40

10

4.1·108

7.4·108

195

0.362

17.3

10

ЭД-16

Тальк

Графит

100

20

30

7.9·107

9.6·107

217

0.358

13.2

11

ЭД-16

Тальк

Графит

100

30

20

8.8·108

1.8·109

214

0.341

16.3

12

ЭД-16

Тальк

Графит

100

40

10

3.8·109

9.7·109

210

0.342

18.6

13

ЭД-16

Железный порошок

Каолин

100

125

25

 

8.6·1010

1.2·1011

224

0.271

8.6

14

ЭД-16

Железный порошок

Каолин

100

150

20

2.3·107

6.8·107

232

0.422

3.9

15

ЭД-16

Железный порошок

Каолин

100

100

30

7.6·1010

2.2·1011

216

0.341

9.1

На таблице приводнены электрофизические и антифрикционно-прочностные свойства разрабатываемых композиционных фурано-эпоксидных полимерных материалов [3, с.72].

Таблица 2.

Электрофизические и антифрикционно-прочностные свойства композиционных, термореактивных, фурано-эпоксидных материалов

Полимерная композиция

Содержания наполнителя м.ч.

ρv  ом·см

ρs Ом

Нм, МПа

f

6·105Кл/м2

1

ФАЭД-20

Железный порошок

Каолин

100

130

40

3.6·109

7.3·109

178

0.392

10.1

2

ФАЭД-20

Железный порошок

Каолин

100

170

30

4.5·108

9.1·108

183

0.403

6.6

3

ФАЭД-20

Железный порошок

Каолин

100

200

25

2.1·107

9.4·107

186

0.416

3.4

4

ФАЭД-20

Тальк

Графит

100

20

30

2.8·108

6.4·108

169

13.9

-

5

ФАЭД-20

Тальк

Графит

100

30

20

3.6·109

8.9·109

171

0.418

16.4

6

ФАЭД-20

Тальк

Графит

100

40

10

4.6·109

1.2·1010

173

0.421

19.2

7

ФАЭД-20

Тальк

Сажа

100

20

30

7.4·107

2.7·108

177

0.405

9.2

8

ФАЭД-20

Тальк

Сажа

100

30

20

9.3·108

1.6·109

179

0.413

12.3

9

ФАЭД-20

Тальк

Сажа

100

40

10

1.6·109

6.3·109

181

0.420

18.1

10

ФАЭД-20

Каолин

Графит

100

40

10

7.7·109

9.4·109

175

0.356

18.6

11

ФАЭД-20

Каолин

Графит

100

30

20

2.3·109

2.4·109

174

0.421

9.2

12

ФАЭД-20

Каолин

Графит

100

20

30

1.7·109

2.4·109

169

0.421

8.9

13

ФАЭД-20

Каолин

Сажа

100

10

15

2.1·108

7.8·108

167

0.341

14.3

14

ФАЭД-20

Каолин

Сажа

100

20

15

8.6·108

1.1·109

169

0.327

15.6

15

ФАЭД-20

Каолин

Сажа

100

40

15

1.2·109

4.9·109

171

0.251

17.7

 

Из таблицах видно, что применение бинарных наполнителей существенно улучшает прочностные свойства покрытий и приводит к снижению электрических сопротивлении. При этом видно, что композиции каолин-графит и железный порошок- каолин имеют наилучшие антифрикционные свойства, при достаточно низкой электрической сопротивляемости что можно объяснить более высокой микро твёрдостью покрытий. Кроме того, частицы каолина покрываются большим количествам частиц, являющихся продуктами термодеструкции. Присутствие второго наполнителя, наряду с покрытиями частицами каолина способствует образованию более монолитной системы лишенной поверхности раздела фаз. В результате этого происходит образование более густой пространственной сетки в полимерной композиции. Более эффективное влияние бинарных наполнителей, по сравнению с системами с одним наполнителем, можно связать также с большим сродством к полимерам, чем в отдельности каждый наполнитель.

Заключение. Надо отметит то, что разработанные композиции удовлетворяют основным требованиям условий переработки хлопко-сырца, таким как минимальный электрические сопротивление, то есть высокой электропроводности и микротвердости, а также низкий коэффициент трения. Результаты исследований были использованы при разработке антифрикционно-износотойких композиционных термореактивных полимерных материлов с использованием органоминеральных наполнителей на сонове местного сырья получены следующие научные результаты:

- разработанные трущихся детали из композиционных термореактивных полимерных материалов были использованы в предприятиях хлопкового завода.

- детали из антифрикционно-износотойких композиционных материалов испытаны на Пискентском хлопкоочистительном заводе. В результате данное испытание даёт возможностьь повысить производительность и снижить расход элекроэнергии машин и механизмов для переработке хлопкоочистительного завода.

 

Список литературы:

  1. Sayibjan Negmatov, Olim Eshkobilov, Nodira Abed, Komila Negmatova, Giyas Gulamov, Shukhrat Bozorboev, Sherzod Eminov, Mukhiba Babakhanova, Vasila Tulaganova Theoretical basics of contact interaction of machinery antifriction composite polymer materials with fibrous mass (raw cotton). Advanced Materials Research. Switzerland. 2018. 160-166 pp.
  2. Негматова Н.С., Негматова К.С. и др. «Методы определения электрофизических свойств композиционных материалов». Методическое пособие. ГУП «Фан ва тараккиёт». Ташкент. 2011. 46 стр.
  3. Абед Н.С., Негматов С.С. и др. “Зависимость антифрикционных свойств композиционных материалов и покрытий при взаимодействии с хлопком-сырцом от вида и природы наполнителя”. Новые композиционные и нано-композиционные материалы: структура, свойства и применение Материалы Республиканской научно-технической конференции. Ташкент. 2018. 5-6 апреля. 72-74 стр.
Информация об авторах

базовый докторант, ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Basic doctoral student, SUE “Fan va tarakkiyot”, Tashkent State technical university, Republic of Uzbekistan, Tashkent

академик АН РУз, д-р. техн. наук, профессор, научный руководитель ГУП «Фан ва тараккиёт» (Наука и прогресс) Заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Академик Международной Академии Высший школы, почетный доктор наук института Механики Металлополимерных систем НАН Белоруссии, Узбекистан, г. Ташкент

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" (Science and Progress) Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Academician of the International Academy of Higher School, Honorary Doctor of Sciences of the Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences Belarus, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор, председатель ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, professor, Chairman of the SUE “Fan va tarakkiyot”, Tashkent state technical university named after Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ГУП «Фан ва тараккиёт», Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot", Uzbekistan, Tashkent

PhD по техническим наукам, доцент кафедры “Методика преподавании физики и астрономии”, Навоийский государственный педагогический институт, Республика Узбекистан, г. Навои

PhD in technical sciences, associate professor of the department “Methods of teaching physics and astronomy”, Navoi state pedagogical institute, Republic of Uzbekistan, Navoi

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top