ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОСНАСТКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

АННОТАЦИЯ

 В статье рассмотрено исследование влияния ультразвука на физико­-механические свойства и износостойкости композиционных поли­мерных материалов и покрытий на их основе для применения на рабочих поверхностях, формирующих оснастки железобетонных изделий.

ABSTRACT

The article discusses the study of the influence of ultrasound on the physical and mechanical properties and wear resistance of composite polymer materials and coatings based on them for use on working surfaces that form the equipment of reinforced concrete products.

Ключевые слова. Ультразвук, металлическая оснастка, износостойкость, адгезионная прочность, физико-механическая свойства, композиция, термореактивный полимер, эпоксидная смола, покрытия, железобетонные изделия.

Keywords: ultrasound, metal equipment, wear resistance, adhesive strength, physical and mechanical properties, composition, thermosetting polymer, epoxy resin, coatings, reinforced concrete product.

Введение. В мировом масштабе для повышения эффективности и работоспособности металлической оснастки для изготовления железобетонных изделий актуально и необходимо создание эффективных триботехнических модифицированных композиционных термореактивных эпоксидных полимерных материалов для получения покрытий с высокими адгезионными свойствами и износостойкостью. В этом аспекте актуальным и необходимым является повышение адгезионной прочности и износостойкости композиционных термореактивных эпоксидных полимерных материалов и покрытий на их основе с высокими физико-механическими свойствами для применения на рабочих поверхностях оснастки железобетонных изделий .

В этом аспекте в данной статье приводятся результаты исследований по влиянию обработка ультразвуком на износостойкости  композиционных эпоксидных полимерных материалов, работающих в контактном взаимодействии с бетоном [1].

Объект и методика исследования. Объектом являются два вида основного состава (ОС) связующего из 100 масс.ч. эпоксидной смолы ЭД-16, 12 масс.ч. отвердителя- полиэтиленполиамина, 20 масс.ч пластификатора-дибутилфталата - ОС-1 и из 100  масс.ч. ЭД-16, 7 масс, ч. отвердителя-пиперидина, 20 масс.ч. алифатической низкомолекулярной эпоксидной смолы - ОС-2.  Выбор связующего на основе ЭД-16 обусловлен его технологичностью, сравнительно высокими физико-механическими свойствами и теплостойкостью и возможностью получения покрытий как при холодном, так и горячем отверждении.     Для    наполнения эпоксидных композиций были выбраны выпускаемые промышленностью дисперсные и волокнистые наполнители органического, неорганического, синтетического и минерального происхождения, а также графит зернистый и пластинчатый, углеродные волокна, сажа, железный порошок, цемент, тальк, каолин, стекловолокно, фторопласт, полиэтилен высокой плотности[2].

При разработке таких композиций использованы оба связующего, т.к. у каждого есть свои преимущества и недостатки, что представляет, как, научный так и практический интерес. Напри­мер ОС-1 более износостойкий и имеет сравнительно меньшую адге­зионную прочность с бетоном, а ОС-2 имеет хорошую адгезию со сталью.

Разработку таких композиций производили в основном по сле­дующим их целевым назначениям:

-адгезионная (к бетону) износостойкая эпоксидная компози­ция - АБИЭК;

-особо износостойкая эпоксидная композиция - ОИЭК;

-адгезионная (к стали) износостойкая эпоксидная композиция - АСИЭК.

Такое условное разделение композиции по функционально важным свойствам позволяет нам более целесообразно решить вопрос рацио­нального выбора компонентов в составе.

Методы исследования. При исследовании использованы, в основном, стандартные методы установки. Так, адгезионная прочность по ГОСТ 14-760-69, прочность при изгибе по ГОСТ 4648-71. Износостойкие свойства композиционных термореактивных эпоксидных полимерных материалов при взаимодействии с бетоном были изучены на дисковом трибометре UzDST3330:2018.

Для ультразвуковой обработки полимерных композиций мы использовали установку LP -250W с частотой 1 МГц, позволяющую варьировать мощность ультразвуковых колебаний от 80 до 250 Вт. Выбор установки обусловлен тем, что ультразвуковые колебания, особенно с частотой 600-1000 кГц, ускоряют реакцию полимеризации, процессы окисления веществ, диспергирования ингредиентов, обес­печивают интенсивность перемешивания, однородность состава. Все эти процессы важны для получения качественных ком­позиционных полимерных материалов и покрытий.

Результаты и их обсуждение. Обработку образцов в ультразвуковом поле производили по выбранной нами методике [3], при постоянной частоте ко­лебаний ультразвука 1 МГц и интенсивности поля 5 кВт/м².

Результаты экспериментального исследования зависимости интенсивности изнашивания эпоксидных композиций от времени воз­действия ультразвукового поля представлены на рис.1.

Рисунок 1. Зависимость интенсивности изнашивания эпоксидных композиций АБИЭК-3(1), ОИЭК-1(2), ОИЭК-3(3), ОИЭК-5(4), АСИЭК-3(5) по бетону (а)  и в присутствии влаж­ной среды (б) от продолжительности обработки в ультразвуковом поле

Как видно из рисунка, с увеличением времени воздействия ультразвукового поля интен­сивность изнашивания эпоксидных композиций изменяется экстремаль­но, проходя через минимум в отрезке продолжительности 1200-2000 с. Причем, положение минимума различно в зависимости от вида компо­зиции и связующего. Например, минимальное значение интенсивности изнашивания у ОC-1 - 0,8ˑ10^-5 наблюдается при времени воздействия ультразвукового поля 1000-1200 с, тогда как у ОС-2 минимальная интенсивность изнашивания равна 0,95 и соответствует 900-1000 с времени обработки ультразвуком.

Минимальное значение интенсивности изнашивания наполненных композиций наблюдается при сравнительно большом времени воздейст­вия ультразвукового поля, по сравнению с ненаполненными и сущест­венно отличается по величине в зависимости от вида компонентов. Надо отметить, что наибольшее значение интенсивности изнашивания, как во влажной среде, так и в сухой наблюдается у композиций АБИЭК-3, а наименьшее ее значение - у композиций АСИЭК-3. Наблюдает­ся увеличение износостойкости композиций в целом на 30-50% по сравнению с необработанными в ультразвуковом поле композициями.

Одним из преимуществ ультразвуковой обработки полимерных материалов, на наш взгляд, является снижение неоднородности полимерного состава, почти в 2,5 раза снижается вязкость композиций. Это в значительной степени способствует улучшению смачиваемости композиции с другими телами[4].

Не менее важной особенностью ультразвуковой обработки поли­мерных композиций перед нанесением их на поверхность образцов является еще то, что после ультразвуковой обработки компоненты композиции, особенно наполнители, распределяются более равномерно, уменьшаются агрегатизированные частицы напол­нителей и тем самым снижаются до минимума микродефекты и неодно­родность в объеме полимерного материала.

Одним из важных факторов, определяющих эффективность ультразвуковой обработки, является наличие механохимических процессов [5]. Благодаря этому почти в 2 раза увеличивается скорость отверждения термореактивных композиций. Если при комнатной температуре композиция на основе АСИЭК-3 отверждается через 25-30 мин (начало отверждения), то после предварительной обработки ультразвуком указанная композиция отверждается в течение 5-7 мин.

Заключение: На основе результатов исследования можно сделать следующие выводы:

1.Было показано, что модификацией композиции посредством ультразвукового поля существенно можно изменять износостойкость и другие, эксплуатационные и физико-механические свой­ства эпоксидных композиций. Оптимальным временем воздействия ультразвукового поля для повышения износостойкости композиций является 900-1800 с. А для повышения их адгезионной прочности эффективным является воздействие ультразвука продолжительностью 1500-2000 с. Установлено оптимальные режимы обработки композиций ультразвуком. Ультразвуковая обработка дает желаемые результаты при 1800­-2000 секунд воздействия поля мощностью N=5 кВт/м² и частотой f=1 МГц

Эти результаты исследования свидетельствуют о широкой воз­можности использования наполнителей, имеющих различную природу в различных их сочетаниях для направленного регулирования свойств эпоксидных композиций.

Список литературы:

1. Мухитдинов, М. Б. (2024). ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКА НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ НА ИХ ОСНОВЕ. Universum: технические науки, 2(1 (118)), 32-34.
2. Негматов С. С. и др. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ //Universum: технические науки. – 2022. – №. 11-5 (104). – С. 54-59.
3. Негматов С. С. и др. & Улмасов, ТУ Исследование влияния содержания различных наполнителей на износостойкость и другие физико-механические свойства композиционных эпоксидных полимерных материалов //KOMPOZITSION MATERIALLAR. – Т. 72.
4. Негматов С. С. и др. Исследование влияния содержания различных наполнителей на износостойкость и другие физико-механические свойства ком-позиционных эпоксидных полимерных материалов //KOMPOZITSION MATERIALLAR. – Т. 72.
5. Мухитдинов М.Б. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ФОРМ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 12(117).