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

COMPREHENSIVE ANALYSIS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCHES IN THE FIELD OF ELECTRO- THERMOPHYSICAL AND ANTIFRICTION-STRENGTH COMPOSITE FURANO-EPOXY POLYMER MATERIALS AND COATINGS BASED ON THEM
Цитировать:
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРО-ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И АНТИФРИКЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ФУРАНО-ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ НА ИХ ОСНОВЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Негматов С.С. [и др.]. 2023. 7(112). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15806 (дата обращения: 23.02.2024).
Прочитать статью:

 

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

Полимерная композиция

Содержания наполнителя м.ч.

ρv

ом·см

ρs

ом

Нм, МПа

f

6·105 Кл/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

0.247

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 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

Компоненты

Содержание компонентов, масс.ч.

АФЭК-1

АФЭК-2

АФЭК-3

Фурано-эпоксидный олигомер ФАЭД-20

100

100

100

Дибутилфталат

15

15

15

Полиэтилен-полиамин

20

20

20

Железный порошок

130

170

200

Каолин

40

30

25

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

Материал покрытия

Коэффициент трения,

f

 

Удельное поверхностное электрическое

ρSt  Ом

Микротвердость,

Нм МПа

 

1

АФЭК-1

 

состав 1

состав 2

состав 3

0.60÷ 0.26

0.58÷ 0.28

0.61÷ 0.34

1.2·1011

6.8·107

2.2·1011

224

232

216

2

АФЭК-2

 

состав 1

состав 2

состав 3

0.62÷ 0.31

0.60÷ 0.30

0.60÷ 0.29

7.3·109

9.1·108

9.4·107

178

183

186

3

АФЭК-3

 

состав 1

состав 2

состав 3

0.53÷ 0.29

0.49÷ 0.24

0.41÷ 0.22

6.4·108

2.4·108

7.3·107

162

169

174

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.
Информация об авторах

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

докторант Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student of the State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р философии по техн.наук, (PhD)  ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, (PhD) SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

PhD, Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

PhD, State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

докторант Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student of the State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

PhD, Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

PhD, State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, старший научный сотрудник, ученный секретарь Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher Secretary of the State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, ст. науч. сотр., начальник отдела ГУП «Фан ва тараққиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, Senior Researcher, Head of the Department of SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р.техн. наук, философии (PhD) ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical philosophy, SUE “Fan va tarakkiyot”, Tashkent state technical university, Republic of Uzbekistan, Tashkent

самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

DSc, доцент кафедры «Общетехнические дисциплины» Каршинского инженерно-экономического института, Узбекистан, г. Карши

DSc, Associate Professor of the Department of "General technical disciplines" of the Karshi Engineering and Economic Institute, Uzbekistan, Karshi

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