Методика получения композиционных образцов на основе термореактивных фурано-эпоксидных полимеров и органоминеральных наполнителей

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведена методика получения композиционных образцов на основе термореактивных фурано-эпоксидных полимеров и органоминеральных наполнителей и технология получения покрытий из них. А также, рассмотрена методика определение электрических свойств фурано-эпоксидных термореактивных полимерных покрытия.

ABSTRACT

This article describes a technique for obtaining composite samples based on thermosetting furan-epoxy polymers and organomineral fillers and a technology for producing coatings from them. And also, a technique for determining the electrical properties of furan-epoxy thermosetting polymer coatings is considered.

Ключевые слова: композит, композиционные материалы, наполнитель, полимер, методика, термореактивные свойства, электрические свойства.

Keywords: composite, composite materials, filler, polymer, technique, thermosetting properties, electrical properties.

Введение. На сегодняшний день в мире полимерные материалы широко применяются во многих отраслях промышленности. Полимерные материалы, наносимые в виде тонких пленок на металлические поверхности, выдерживают большие нагрузки, обеспечивают лучший отвод тепла и в меньшей степени, чем литые полимерные детали подвержены изменению размеров. Применение композиционных полимерных покрытий с высокими электро-теплофизическими и антифрикционно-прочностными свойствами в рабочих органах машин и механизмов имеет особое значение.

Во всем мире ведутся исследовательские работы по разработке долговечных, недефицитных и недорогих материалов машиностроительного назначения с конструктивными, антифрикционными и электро-теплофизическими свойствами. А  это в свою очередь требует  создания электро-теплофизических композиционных полимерных покрытий машиностроительного назначения с высокими электро-теплофизическими и антифрикционно-прочностными свойствами и низкой себестоимостью и технологии их получения [1].

Объект и методика исследования. Композиционные материалы (КМ) получали на основе полимерных материалов и органоминеральных наполнителей, которые смешивали между собой в смесители по методике получения композиционных образцов на основе термореактивных фурано-эпоксидных полимеров и органоминеральных наполнителей и по методике определение электрических свойств фурано- эпоксидных термореактивных полимерных покрытия с полимерным связующим. Нанесение покрытий термореактивных растворов и термореактивных растворов и жидко образных полимерных материалов и осуществляли следующим образом. Нанесение композиционных фурано-эпоксидных полимеров осуществляли кистью, распылением, погружением изделий в ванну с раствором или наливом его поверхность изделия, а также при помощи трафарета, филенчата и торцовки [2].

Рассмотрим технологию получения покрытия из жидких и вязко текучих термореактивных фурано-эпоксидных полимеров. Для получения качественного покрытия кистью из растворов или других жидко образных материалов необходимо опускать в раствор только нижнюю часть кисти; излишек раствора с кисти отжимать о деревянную лопатку или о край ведра; раствор в ведре или сосуде необходимо перемешать кистью; раствор наносят на поверхность широкими полосками, которые с силой растушевывают сначала в продольном, а затем в поперечном направлении. При нанесении растворов и других жидко образных полимерных материалов на изделие вертикальных поверхностей окончательная растушевка кистью делается сверху вниз. После употребления кисти должны быть вымыты растворителями, эмульгаторами или другими веществами, которые очищают щетину и волос кисти.

Преимуществами ручного нанесения раствора или других жидко образных полимерных материалов кистью являются простота и универсальность. Кистями можно наносить покрытие на изделия различной конфигурации и размеров. При таком нанесении потери растворов невелики, отсутствует необходимость в специальном оборудовании и сложных приспособлениях.  Однако, нанесение растворов кистью имеет низкую производительность и большую трудоемкость. Невозможно использовать, также быстро сохнущие и плохо растушевывающиеся растворы.

Наибольшую производительность и низкую трудоемкость имеет нанесение растворов или других жидко образных полимеров окунанием или распылением систолтом-распылителем.

Установка обеспечивает высококачественные покрытия, позволяет механизировать, а в некоторых случаях и автоматизировать процесс нанесения раствора. Несмотря на ценные преимущества, установки такого типа имеют и серьезные недостатки. К ним относятся обильное образование тумана, вредно действующего на здоровье обслуживающего персонала, соответственно увеличивающего расход раствора или жидко образного материала на 15-30% по сравнению с нанесением кистями; необходимость применение распылительных камер с устройствами для удаления и очистки загрязненного воздуха; большой расход растворителя на разведение полимерного материала для получения рабочей вязкости и невозможность получения толстого слоя покрытия при однократном нанесении раствора. При нанесении раствора или других жидко образных полимерных материалов эти непосредственно перед распылением или распыление производить в электрическом поле.

Основными электрическими свойствами полимерных покрытий являются электропроводность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери и электрическая прчность (пробивная напряженность). На рисунке 1 показана схема соединения электродов для измерения электрических  характеристик полимерных покрытий. При этом одним из электродов служит металлическая подложка. Для определения удельного сопротивления  необходимо измерить удельное объемное сопротивления  и удельное поверхностное сопротивление  или наоборот. Для этого применяется система из трех электродов, которая показана на рисунке а Для измерения  схема соединения электродов, показанная на рисунке ( в этом случае подложка служит как высоковольтный электрод),а для определения  - рисунок б ( в этом случае подложка служит как охранный электрод). Измерив величины сопротивления  по этим схемам, можно определить  и  по формулам:

                                                          (1)

                                                              (2)

где  объемная сопротивление образца, подлежащее измерению, ом;  – поверхностною сопротивление, также подлежащее измерению, ом;  s - площадь электрода, см²; n - толщина полимерного покрытия, см; d - ширина электродов на поверхности полимерного покрытия, ом; l - расстояние между электродами на поверхности покрытия, см.

Рисунок 1. Схема соединения электродов для измерения электрических характеристик полимерных покрытий (а-для удельного объемного сопротивления; б-поверхностного сопротивления; в-для Еtgd; г-для Е; и- измерительный электрод; п-полимерное покрытие)

В зависимости от величины сопротивления материала покрытий применяют различные методы и приборы. Так метод, непосредственного отклонения позволяют измерят с достаточной ступенью точности сопротивление до 10⁹ ом, метод заряда конденсатора и метод сравнения позволяют увеличить предел измерения сопротивления с достаточной точностью до 10¹² ом, а свыше 10¹² ом измерение сопротивлений полимерных покрытий рекомендуется проводить с помощью электродов, так как при этом обеспечивается достаточная точность измерения. Измерение диэлектрической проницаемости Ɛ и тангенс угла tg_δ производится при промышленной, звуковой и радиочастотах и основана на измерении емкости исследуемого полимерного покрытия (образца). Определение Ɛ и tg_δ полимерных покрытий при промышленной и звуковой частотах производится путем мостовых методов, а при радиочастотах (порядка 10⁶ гц) резонансными методами. Следует отметить,  что для измерение Ɛ и tg_δ применяются те же электроды, что и для определения электропроводности , причем охранный электрод заземляется. На рисунке в приведена принципиальная схема четырехблочного моста, в одно из плеч которого включается образец испытуемого покрытия. После уравновешивания моста, т.е. после подбора значений сопротивления и емкости, когда ток в диагонали измерительного прибора ИП равен нулю. Тангенс угла диэлектрических потерь определяется по формуле:

                                            (3)

где f - частота, гц; C₄ - емкость, мкф; R₄ - сопротивление, ом. Диэлектрическая проницаемость Ɛ испытуемого полимерного покрытия определяется, исходя из формулы плоского конденсатора:

                                                           (4)

где  - емкость полимерного покрытия, мкф; d - диаметр круглого электрода, см; h - толщина полимерного покрытия, см.

Измерение пробивной напряженности полимерных покрытий можно производить с помощью установки с трансформатором, которая снабжена устройством для плавного регулирования напряжения, измерительными приборами, а также автоматическим выключателем [3]. При измерениях на этих  установках электрической прочности полимерных покрытий одним электродом служит подложка, а второй электрод располагается на поверхности покрытия против подложки, как показано на рисунке 1. Изменяя плавно напряжение от нуля до получения пробоя, можно определить пробивное напряжение  данного покрытия. Пробивная напряженность исследуемого полимерного покрытия определяется из следующего соотношения:

                                                          (5)

Надо отметить то что, в данной исследование был рекомендован состав композиции, наполненные органоминеральными наполнителями с улучшенными антифрикционно-прочности и повышающие их физико-механические свойства. А также, показывается зависимость электропроводность полимерных покрытий от типа и природы органоминеральных наполнителей, который незначительно изменяется при повышении температуры в зоне трения из-за воздействия электризации полимеров, композиционных полимерных материалов и покрытий.

Список литературы:

1. Sayfullaeva Gulhayo and oth. «Research of electro physical and physicochemical properties of fillers for production of composite polymer materials». Solid State Technology. November 27. 2020. Volume 63, Issue 6. pp 9771-9777.
2. Сайфуллаева Г.И. и др. «Исследование электропроводящих композиционных термореактивных полимерных материалов и покрытий на их основе для триботехнического назначения». «Universum: технические науки». Россия. 2020. №12(81).
3. Sayibjan Negmatov and oth. «Theoretical basics of contact interaction of machinery antifriction composite polymer materials with fibrous mass (raw cotton)». Advanced Materials Research. Switzerland. 2018. 160-166 pp.