КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРО-ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И АНТИФРИКЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ФУРАНО-ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ НА ИХ ОСНОВЕ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области электро-теплофизических и антифрикционно-прочностных композиционных фурано-эпоксидных полимерных материалов и покрытий на их основе для применения в хлопкоперерабатывающих машинах и механизмах.

ABSTRACT

The article presents the results of theoretical and experimental researches in the field of electro-thermal-physical and anti-friction-strength composite furan-epoxy polymeric materials and coatings based on them for use in cotton-processing machines and mechanisms.

Ключевые слова: композиционный полимерный материал, адгезионная прочность, антифрикционная электропроводящая эпоксидная  композиция, органоминеральные ингредиенты,  покрытия, полимер.

Keywords: composite polymer material, adhesion strength, anti-friction conductive epoxy composition, organ mineral ingredients, coatings, polymer.

Введение. В последние годы наблюдается повышенный интерес к использованию ненаполненных композиционных полимерных материалов и тонкослойных полимерных покрытий металлов и других материалов в машиностроении, приборостроении, химической, пищевой, электротехнической промышленности, в строительстве и других областях народного хозяйства. В нашей стране и за рубежом (США, Англия, Франция, ФРГ, Япония) для покрытий используется около 30-35 % общего количества производимых полимерных материалов. 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. Они предохраняют также от коррозии химические аппараты, детали машин, арматуру трубы, стальные конструкции от поглощения влаги и механических повреждений; повышают антифрикционные и износостойкие свойства деталей и узлов трения, изготовленных из недостаточно износостойких материалов; устраняют или уменьшают прилипание обрабатываемых материалов к поверхности оборудования, обеспечивают электроизоляцию и т.д. [1-9].

При получении полимерных покрытий упрощается технологический процесс (особенно из порошкообразных полимеров), повышается экономическая эффективность, они получаются более качественными и долговечными. В отличие от лакокрасочных и гальванических покрытий значительно уменьшается или полностью ликвидируется применение дорогих, дефицитных, токсичных и пожароопасных органических растворителей, а также исключается применение цветных и других дорогостоящих дефицитных металлов [10,11].

В связи с этим разработка эффективных фурано-эпоксидных полимерных композиционных материалов и технологии получения покрытий их них с высокими электро-теплофизическими и антифрикционно-прочностными свойствами, с низкой себестоимостью, для применения в рабочих органах хлопкопереробатывающих машин и механизмов является актуальной задачей.

Объект и методика исследования. Объектом исследования являются: фурано-эпоксидная смола (ФАЭД-20) и наполнители тальк, сажа, каолин, графит, волластонит, мел, хлопковый линт и стекловолокно. Комплекс электро-теплопроводящих антифрикционно-износотойких свойств композиционных фурано-эпоксидных полимерных материалов при взаимодействии с хлопком-сырцом был изучен на дисковом трибометре (O’z DSt 3330:2018), прочностные свойства по ГОСТ 14236-81, а микроструктура образцов самих композиционных материалов изучена с помощью микроскопа ЭМВ-100 БР.

Результаты исследований и их обсуждение.

При введении наполнителей в состав полимерных материалов образуется многофазная гетерогенная система, в которой в зависимости от природы и содержания органоминеральных наполнителей, электро- теплопроводящие свойства полимерного покрытия будут улучшаться или ухудшаться [8].

Воздействие органоминеральных наполнителей на свойства полимерной композиции зависит от их степени адсорбционного взаимодействия полимерным связующим. При этом взаимодействие молекул полимера с наполнителем можно рассматривать как процесс, приводящий к перераспределению межмолекулярных связей в системе и к образованию дополнительных узлов физической структурной сетки, вследствие взаимодействия сегментов с поверхностью. Важнейшую роль в изменении молекулярной подвижности полимерных цепей в граничных слоях играют как энергетическое взаимодействие цепей полимера с поверхностью наполнителя, так и изменение конформации полимерных цепей вблизи межфазной границы.

Анализируя полученные данные влияния наполнителей на электрофизические и антифрикционно-прочностные свойства, можно предположить, что межфазные явления в полимерных композитах, происходящие на границе раздела двух фаз - полимерное связующее и наполнитель вносят существенный вклад в электрофизические и физико- механическое свойства материалов [9-10].

В таблице 1 приведены электрофизические и антифрикционно-прочностные свойства разрабатываемых композиционных фурано-эпоксидных полимерных материалов.

Таблица 1.

Электрофизические и антифрикционно-прочностные свойства композиционных фурано-эпоксидных полимерных материалов

Из таблицы 1 видно, что применение бинарных наполнителей существенно улучшает прочностные свойства покрытий и приводит к снижению электрических сопротивлений. 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 микротвердостью 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.

На основании проведенных исследований были разработаны электро-теплопроводящие и антифрикционно-прочностные композиционные фурано-эпоксидные полимерные материалы и покрытия на их основе, состав и свойства которых приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

Состав разработанных композиционных электро-теплопроводящих и антифрикционно-прочностных фурано-эпоксидных полимерных покрытий для применения в хлопкоперерабатывающих машинах и механизмах

Примечание: А-антифрикционные; ФЭ-фурано-эпоксидные; К-композиционные

В таблице 3 показаны свойства разработанных электро-теплопроводящих и антифрикционно-прочностных композиционных фурано-эпоксидных полимерных материалов и покрытий на их основе.

Таблица 3.

Свойства разработанных электро-теплопроводящих и антифрикционно-прочностных композиционных фурано-эпоксидных полимерных покрытий

Примечание: испытания проводили при давлении Р=0,001 МПа и Х=0,05 м/с скорости, А-антифрикционные; ФЭ-фурано-эпоксидные; К-композиционные

Как видно из таблицы 3, разработанные композиционные фурано-эпоксидные фурано-эпоксидные полимерные материалы удовлетворяют основным требованиям условий эксплуатации рабочих органов хлопкоперерабатывающих машин и механизмов в процессе переработки хлопка-сырца, таким как минимальное электрическое сопротивление, то есть высокая электро-теплопроводность и микротвердость, а также низкий коэффициент трения.

Таким образом, покрытие металлической поверхности тонким слоем полимерных материалов и композиций позволяет использовать положительные свойства полимера и металла, а также органоминеральных наполнителей, значительно повысить надежность и долговечность металлических изделий, деталей механизмов и машин, сэкономить большое количество дорогостоящих и дефицитных металлов. Именно такие особенности и преимущества полимерных покрытий являются исключительно важными для народного хозяйства.

Заключение

Анализ результатов проведенных исследований показывает, что применение бинарных наполнителей существенно улучшает электро-теплофизические и прочностные свойства фурано-эпоксидных полимерных покрытий и приводит к снижению их электрических сопротивлений, коэффициента трения и улучшения прочностных свойств и износостойкости.

Список литературы:

1. Негматов С.С Технология получения полимерных покрытий- Ташкент, Узбекистан, 1975. -232 с.
2. Negmatov, S., Ulmasov, T., Navruzov, F., & Jovliyev, S. (2021). Vibration damping composition polymer materials and coatings for engineering purpose. In E3S Web of Conferences (Vol. 264, p. 05034). EDP Sciences.
3. Negmatov, S., Ulmasov, T., Karshiyev, M., Makhammadjonov, Z., Abdulayev, O., & Matsharipova, M. (2021). Adhesion-strength and tribotechnical properties of machine-building composite polymer coatings. In E3S Web of Conferences (Vol. 264, p. 05032). EDP Sciences.
4. Negmatov S. S. et al. Research and Development of Manufacture Technology of Polymeric Composite Materials of Electrotechnical Purpose Filled with Hydrolytic Lignin //AIP Conference Proceedings. – American Institute of Physics, 2008. – Т. 1042. – №. 1. – С. 238-239.
5. Negamatov, S. S., Mamadalimov, R. M., Latipov, I. X., Babxanova, M. G., Negmatova, K. S., & Salimsakov, Y. A. (2008, August). RESEARCH ADHESION AND PHYSICO‐MECHANICAL PROPERTIES AND DEVELOPMENT OF ANTICORROSIVE COMPOSITE POLYMERIC COVERINGS. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1042, No. 1, pp. 236-237). American Institute of Physics.
6. Negmatov, S. S., Sobirov, B. B., Abdullaev, A. X., Salimsakov, Y. A., Raxmonov, B. S., Negmatova, K. S., ... & Jonuzokov, A. A. (2008, August). Increase of longevity of high filled composite polymeric materials intended for covering of highways. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1042, No. 1, pp. 150-152). American Institute of Physics.
7. Negmatov, S. S., Mamadoliev, K. M., Sobirov, B. B., Latipov, I. K., Ergashev, E., Rakhmanov, B. S., ... & Tajibaev, B. M. (2008, August). Improvement of physico‐mechanical properties of thermoreactive and thermoplastic polymeric coverings by physical methods of modification. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1042, No. 1, pp. 67-69). American Institute of Physics.
8. Makhmetova, A., Negim, E. S., Ainakulova, D., Yeligbayeva, G., & Khatib, J. (2024). An Overview of Epoxy Resins as coating to protect metals from corrosion. Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra= Complex use of mineral resources, 328(1), 20-32.
9. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С., Берлин А.А. Полимерные композиционные материалы; структура, свойства, технология. -Санкт Петербург, 2011. -560 с
10. Eshkobilov, K., Negmatov, S., Abed, S., & Gulyamov, G. (2021). Features of contact interaction of composite polymer materials with raw cotton in the process of friction. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 1030, No. 1, p. 012172). IOP Publishing.
11. Негматов С.С. Разработка и исследование композиционных полимерных покрытий для рабочих органов машин и механизмов уборки и переработки хлопка-сырца: Автореф. дис. д - ра техн. наук. – Москва,1980.  – 43с.