ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ФУРАНО-ЭПОКСИД-СЛАНЦЕВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ АНТИФРИКЦИОННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ХЛОПКОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИНАХ

АННОТАЦИЯ

В статье показано влияние органоминеральных наполнителей на адгезионную прочность и микротвердость, являющийся важнейшими свойствами антифрикционных композиционных полимерных покрытий. При этом адгезионная прочность и микротвердость в зависимости от содержания наполнителей имеют экстремальный характер, проходя через максимум. Наибольшее увеличение адгезионной прочности и микротвердости покрытий наблюдается при введении таких наполнителей, как окись железа, железный порошок, каолин и слюдяная мука. Показано, что высокое содержание наполнителей и их неравномерное распределение приводит к уменьшению как адгезионной прочности, так и микротвердости полученных покрытий.

ABSTRACT

The article shows the influence of organomineral fillers on the adhesive strength and microhardness of polymer coatings. At the same time, adhesive strength and microhardness, depending on the content of fillers, are extreme. The greatest increase in the microhardness of coatings is observed with the introduction of fillers such as iron oxide, iron powder, kaolin and mica flour. It has been shown that with a high content of fillers, their uneven distribution leads to a decrease in density in others.

Ключевые слова: композиционные материалы, наполнители, адгезионная прочность, микротвердость, окись железа, железный порошок, каолин и слюдяная мука.

Keywords: composite materials, fillers, adhesive strength, microhardness, iron oxide, iron powder, kaolin and mica flour.

Ведение. В настоящее время для  комплексной механизации   на заготовительных пунктах и хлопкозаводах используются различные машины и на их основе разработан регламентированный технологический процесс переработки хлопка-сырца [1-3]. Общим и одним из основных требований, предъявляемых к рабочим органам хлопкоочистительных машин, является сохранение природных качеств хлопка-сырца. Для этой цели в последнее годы многими ученными проводятся многочисленные исследования по разработке и применению многофункциональных полимерных материалов и композиционных материалов на их основе и их применению в рабочих органах хлопкоперерабатывающих машин и механизмов [1-3].

В этом аспекте несомненный научно-практический интерес представляет разработка и применение композиционных полимерных покрытий с высокими электрофизическими и антифрикционно-прочностными свойствами и их применение в рабочих органах машин и механизмов хлопкоочистительной промышленности.

Целью исследования является изучение влияния органоминеральных наполнителей на свойства разрабатываемых композиционных фурано-эпоксид-сланцевых полимерных материалов для применения в рабочих органах хлопоперерабатывающих машин и механизмов.

Объект и методика исследований. Объектами исследования являются фурано-эпоксид-сланцевая смола (ФЭИС-30, ГОСТ 10587-72) и наполнители тальк (ГОСТ 879- 52), сажа (ТУ 5-52 АТГ- 70), ангренский каолин (АКТ-10), графит (ГОСТ 5261- 85), железный порошок (ГОСТ 9849-74), в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин (ПЭПА, ТУ6-02-594-70), в качестве пластификатора - дибутилфталат (ДБФ, ГОСТ 8728-66).

Физико-механические и эксплуатационные свойства композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе были определены методами в соответствии с требованиями, принятыми ГОСТ СНГ.

Антифрикционно-прочностные свойства композиционных фурано-эпоксид-сланцевых полимерных материалов при взаимодействии с хлопком-сырцом были  изучены  на дисковом трибометре (O’z DSt 3330:2018), прочностные свойства по ГОСТ 14236-81, а микротвердость покрытий определен на установке ПМТ-3.

Результаты испытаний и их анализ. В данной работе было исследовано влияние органоминеральных наполнителей, таких как каолин и слюдяная мука, окись меди и окиси железа, тальк сажа и железный порошок, на свойства полимеров, являющихся представителями минеральных наполнителей, окислов металлов и электропроводящих наполнителей.

Как известно, при трении композиционных полимерных материалов, работающих при контактном взаимодействии с хлопком-сырцом, в контактной зоне возникают электростатические заряды и температура, что значительно повышает коэффициент трения и изнашивание полимерных композитов и, соответственно, ухудшает работоспособность, эффективность рабочих органов хлопкоочистительных машин и механизмов [4-7].

В связи с этим выбор полимерных материалов и органоминеральных наполнителей необходимо осуществлять таким образом, чтобы выбранные органоминеральные наполнители, регулируя и обеспечивая их прочностные свойства, позволил разработать композиционные полимерные материалы с высокими адгезионно-прочностными свойствами и микротвердостью, которые максимально обеспечат утечку и ликвидацию как образующегося статического электричества, так и температуру в контактной зоне трущихся пар.

Результаты исследований влияния наполнителей на адгезионную прочность и микротвердость композиционных термореактивных фурано-эпоксид-сланцевых полимерных материалов представлены на рисунке 1 и 2.

На рисунках 1и 2 (а) и (б) показаны зависимость адгезионной прочности (а) и микротвердости (б) фурано-эпоксидно-сланцевых полимерных покрытий от вида и содержания органоминеральных наполнителей.

Как видно из представленных результатов, зависимость адгезионной прочности и микротвердости от содержания наполнителей имеет экстремальный характер, проходя через максимум. Максимальная адгезионная прочность наблюдается при увеличении содержания каолина до 40 масс, ч., окиси меди до 20 масс, ч., сажи до 30 масс, ч., железного порошка до 200 масс, ч., слюдяной муки до 70 масс. ч. и окиси железа до 60 масс. ч. только до 50 масс, ч. в составе покрытий на основе ФАЭД-20. У покрытий на основе ФАЭИС-30 максимум адгезионной прочности смещен в сторону меньших концентраций наполнителей. [8-9].

a)                                                                   б)

1- каолин; 2-окись меди; 3-сажа; 4-тальк

Рисунок 1. Зависимость адгезионной прочности (а) и микротвердости (б) фурано-эпоксидсланцевых полимерных покрытий от вида и содержания органоминеральных наполнителей

a)                                                               б)

1- железный порошок; 2-слюдяная мука; 3-окись железа

Рисунок 2. Зависимость адгезионной прочности (а) и микротвердости (б) фурано-эпоксидсланцевых полимерных покрытий от вида и содержания наполнителей

Наибольшее увеличение микротвердости покрытий наблюдается при введении таких наполнителей, как окись железа, железный порошок, каолин и слюдяная мука. Это объясняется очевидно тем, что вследствии большей подвижности структурных элементов около частиц наполнителя образуется более упорядоченная структура из плотно упакованных полимерных цепей. При дальнейшем увеличении содержания наполнителей наблюдается снижение адгезионной прочности и микротвердости у всех покрытий, наполненных окисью железа. Такой характер зависимости адгезионной прочности и микротвердости от содержания наполнителей обусловлен очевидно тем, что при высоком содержании наполнителей неравномерное их распределение приводит к уменьшению плотности и других свойств. [9-10]. Кроме того, наличие сильнополярных функциональных групп в составе минеральных наполнителей усиливает взаимодействие их со связующим, что способствует образованию более прочных физических связей между наполнителем и полимером. Увеличение содержания слюдяной муки увеличивает прочность композиции за счет чешуйчатой формы частиц. Экстремальный характер изменения прочностных свойств можно объяснить также молекулярным взаимодействием между полимером и наполнителем, которое происходит между активными и функциональными группами эпоксидных и фурано-эпоксидсланцевых олигомеров и наполнителей за счет химического взаимодействия с образованием прочных химических связей. Исследованием также выявлено, что твердость композиций при наполнении сажей и железным порошком примерно одинакова, а наиболее низкая при наполнении алюминиевой и бронзовой пудрой.

Вывод. Таким образом, исследованием зависимости адгезионной прочности и микротвердости термореактивных полимеров и покрытий на их основе от содержания органоминеральных наполнителей, установлено, что увеличение прочности разработанных композиционных  термореактивных  фурано-эпоксидсланцевых полимерных материалов и покрытий на их основе можно объяснить молекулярным и физико-химическим взаимодействием между полимером и наполнителем, которое происходит между функциональными группами эпоксидных и фурано-эпоксидсланцевых полимеров и органоминеральных наполнителей за счет физико-химического взаимодействия с образованием прочных физико-химических связей.

Список литературы:

1. Мирошниченко Г.И., Соловьев Н.Д., Тютин П.Н., Меркин И.Б., Бурнашев Р.З. Оборудование и технология производства первичной обработки хлопка.-Ташкент: Укитувчи,1980.- 328 с.
2. Абед  - Негматова Н.С., Гулямов Г. Влияние условий эксплуатации  на работоспособность деталей из композиционных полимерных материалов рабочих органов хлопковых машин и механизмов  // Композиционные материалы. -Ташкент, 2010.- №2.- С. 62-68.
3. Регламентированный технический процесс первичной переработки хлопка-сырца.- М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1968.- 26 с.
4. Негматов Ш.С., Каримов Н.Н., Гулямов Г. Возможности загорания хлопка-сырца при его взаимодействии с рабочими органами хлопковых машин // Композиционные материалы. - Ташкент, 2007.- № 1. – С.85-86.
5. Ненматов С.С Технология получения полимерных покрытий- Ташкент, Узбекистан, 1975. -232 с.
6. Белий В.А. и др. Тонкослойные полимерные покрытия.- Минск: Наука и техника, 1976.-416 с
7. Зубов П. И., Структура и свойства полимерных покрытий. М.:Химия, 1982, 113с. Сухарева Л. А„ Воронков В. А., Зубов П, И. — Коллоид. ж., 1971, т. 33, с. 592.
8. Негматов, С. С., Масодиков, К. Х. У., Абед, Н. С., Улмасов, Т. У., Негматов, Ж. Н. У., Туляганова, В. С., ... & Мамасолиев, Э. М. (2023). Исследование влияния внутренних напряжений на долговечность полимерных и лакокрасочных материалов и возможности их понижения различными технологическими приемами с целью повышения срока службы получаемого покрытия. Universum: технические науки, (7-2 (112)), 5-11.
9. Тагер А.А. Физико- химия полимеров. -М.: Химия, 2007.- 542 с.
10. Симонов-Емельянов Н.Д.  Принципы создания и переработки полимерных композиционных материалов дисперсной структуры нанокомпозитов // Пластические массы. – Москва, 2005 . - № 1. –  С. 11-16.