ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ

АННОТАЦИЯ

Изучено влияние агрессивных сред на адгезионную прочность покрытия и показана диффузионная модель деградации композиционного материала.

ABSTRACT

The influence of hostile environment to adhesive durability of coating is studied and diffusion model composite materials degradation is shown

Ключевые слова: композиционные материалы, антикоррозионные материалы, индустриальные отходы, диффузионный модель.

Keywords: composite materials, anticorrosive materials, industrial waste, diffusion model.

Введение

При проектировании деталей конструкций из композиционных полимерных материалов важно знать, как протекают процессы их разрушения в агрессивных средах, что проявляется в изменении их жёсткости и несущей способности. Однако, до настоящего времени процесс физико-химического разрушения композиционных материалов и покрытий на их основе изучен недостаточно.

При изучении химической стойкости композиционных материалов, применяемых в качестве покрытия, одним из важных критериев оценки их стойкости является изменение адгезионной прочности в условиях воздействия агрессивных сред. Особенно эффективно применение этого критерия при оценке таких защитных свойств покрытий, как диффузионная проницаемость и внутренние напряжения.

В связи с этим, целью данной работы является исследование процесса химического разрушения композиционных полимерных материалов и определение модели их разрушения.

Экспериментальная часть

В качестве объекта исследования нами были выбран эпоксидный олигомер ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), полиэтиленполиамин (ПЭПА).

В качестве наполнителей использовали фосфогипс (ФГ), фосфошлак (ФШ), каолин, бентонит, производственный отход и в качестве пластификатора госсиполовую смолу (ГС).

Методика изучения химической стойкости основана на определении изменения массы, линейных размеров и физико-механических свойств стандартных образцов после выдержки их в агрессивных растворах в течение определённого времени [1,2].

Обсуждение результатов

Изучение зависимости адгезионной прочности ненаполненных эпоксидных композиций на основе смол ЭД-20 от действия агрессивных сред показало, что адгезионная прочность этих покрытий во всех случаях снижается, а именно в серной кислоте – на 40, в воде – на 60, в соляной кислоте – на 70% относительно величины адгезионной прочности при выдержке в этих средах более 10 суток на воздухе.

Покрытия полностью теряют адгезионную прочность в азотной и уксусной кислотах в течение 10 и 6 суток соответственно вследствие деструкции полимеров на границе раздела фаз полимер-подложка (рис.1).

Сложность изучения химического разрушения материала под действием агрессивных сред связана с протекающими в нём диффузионными процессами.

Изучение диффузионных процессов в материале, протекающих под воздействием агрессивных сред проводилась по схеме диффузионной деградации, предложенной авторами.

Деградация – это общее обозначение процесса изменения физических и геометрических характеристик конструкционных и композиционных материалов под действием механической нагрузки, агрессивной среды, излучений и других дефектов. Интенсивность деградации материала зависит от его пористости, наличия микродефектов, химического взаимодействия компонентов материала со средой, физико-химического взаимодействия компонентов с наполнителями, физико-механических процессов, происходящих на границе раздела наполнитель-матрица.

Сущность диффузионной деградации в данном случае заключается в следующем. Согласно этой модели, является важным установление связи между скоростью проникновения среды и скоростью химического реагирования, так как деструкция плёнкообразующего зависит от соотношения этих двух процессов и протекает в одной из трёх областей: внешней диффузионно-кинетической, внутренней кинетической и внутренней диффузии агрессивной среды в плёнкообразующих.

Для первой области скорость диффузии агрессивной среды в плёнкообразующих меньше скорости химической диффузии и разрушение материала происходит в поверхностном слое. Размер этого слоя не меняется во времени, а потеря работоспособности материала происходит из-за уменьшения площади поперечного сечения по мере продвижения реакционной зоны (гетерогенная деградация).

Внутренняя кинетическая область характерна для процессов, в которых скорость диффузии больше скорости химической реакции, например, для гидрофильных материалов.

Образцы насыщаются агрессивной средой полностью и деструкции подвергается весь объём материала (гомогенная деградация).

На рисунке 2 показано изменение адгезионной прочности наполненных покрытий в 40-% H₂ SO₄.

Следовательно, анализируя изменения адгезионной прочности, можно судить о проницаемости покрытий, характере химического взаимодействия между подложкой и агрессивной средой. Наличие пор и микродефектов в ненаполненных покрытиях (они контролировались электронным микроскопом) способствует ускоренному проникновению агрессивных сред в глубь материала, увеличивая площадь контакта плёнкообразующего слоя со средой, ускоряя протекание следующих процессов: химической деструкции, сорбции компонентов агрессивной средой, растворения золь-фракции плёнкообразующего слоя, десорбции из полимерного материала различных добавок, изменения физической структуры материала.

Резюме

Таким образом, введение в композицию механоактивированных наполнителей с определенными химическими свойствами их поверхности может приводить к ускорению или ингибированию различных стадий процесса деструкции и изменению химизма этих реакций. Становится все более очевидным, что дисперсные минеральные наполнители выступают как гетерогенные компоненты высокотемпературных химических процессов деструкции полимеров, протекающих на границе раздела полимер-наполнитель.

Можно сделать вывод, что покрытия, наполненные вторичными продуктами, позволяют значительно сократить время отверждения композиций, происходит упрочнение полимерной матриц, обеспечивая высокую гомогенность системы и улучшить физико-механических и эксплуатационных свойств

1- 50% - СН₃СООН; 2- 40% - НNO ; 3-25% - HCI; 4- H₂O; 5-40% -H₂SO₄

Рисунок 1. Изменение адгезионной прочности ненаполненных покрытий на основе ЭД-20 в различных агрессивных средах

1 - наполненный фосфогипсом; 2- наполненный фосфошлаком; 3- наполненный каолином; 4- наполненный бентонитом; 5- наполненный производственным отходом

Рисунок 2. Изменение адгезионной прочности наполненных покрытий на основе ЭД-20 в 40% - H₂SO₄

Список литературы:

1. Негматов С.С. Технология получения полимерных покрытий. – Ташкент. – Узбекистан. – 1975. – 23с.
2. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных покрытий и материалов. – М.: Химия. – 1988. – 276с.