Закономірності впливу обробки енергетичними полями зв’язуючого і наповнювачів на властивості епоксикомпозитних матеріалів для захисних покриттів

На відміну від матеріалів, що містять оксид хрому і газову сажу, композити, наповнені електрокорундом, характеризуються яскраво вираженою неоднорідністю структури за товщиною зразка. У КМ спостерігали седиментацію наповнювача та повітряні включення, що суттєво знижує експлуатаційні характеристики епоксикомпозитів. Також спостерігали чітку межу поділу між наповнювачем і полімером, яка характеризується різким градієнтом залишкових напружень, про що свідчать структурні кратери у полімері на межі поділу фаз та лінії сколювання полімера (показано стрілками). Відсутність достатньої хімічної і фізичної взаємодії у КМ можна пояснити зниженням умовної в'язкості композиції внаслідок УФО. Це призводить до погіршення тиксотропних властивостей композиту та втрати седиментаційної стійкості, що погіршує фізико-механічні властивості матеріалу та анізотропію його властивостей.

У результаті досліджень встановлено синергічний ефект у поліпшенні експлуатаційних характеристик матеріалу внаслідок одночасної дії УФО макромолекул епоксидного оліґомера та хімічної і магнітної активності дисперсного наповнювача. Встановлено фізичну взаємодію ланцюгів макромолекул з активними центрами на поверхні дисперсних часток та орієнтацію надмолекулярних утворень у зовнішніх поверхневих шарах. Це супроводжується формуванням фізичних зв'язків на початковій стадії структуроутворення епоксидних композитів. Крім того, в результаті УФО зростає внутрішня енергія композицій, активуються макромолекули і формуються вільні радикалів, збільшується температура системи, що приводить до збільшення рухливості сеґментів і бокових груп макромолекул. Це, у свою чергу, забезпечує кращу адсорбційну взаємодію інґредієнтів оліґомерної системи у ЗПШ матриці, що суттєво підвищує експлуатаційні характеристики КМ.

У шостому розділі досліджено вплив електроіскрової (ЕІО) і ультразвукової обробки (УЗО) компонентів матриці на експлуатаційні характеристики КМ. Встановлено, що залежність модуля пружності КМ від вмісту наповнювача має екстремальний характер. Показано, що попередня ЕІО епоксидного зв'язуючого підвищує модуль пружності при згинанні (Е) матриці з 3,9 ГПа до 4,5ГПа. Попередня ЕІО епоксидного зв'язуючого з наступним введенням дисперсних часток підвищує модуль пружності при згинанні КМ на 15-23% порівняно з вихідним (немодифікованим) матеріалом. Отримані результати досліджень можна пояснити кращою когезійної міцністю модифікованих ЕІО композитів, внаслідок утворення і подальшої рекомбінації активних радикалів.

На наступному етапі досліджували руйнівне напруження при згинанні необроблених і модифікованих КМ. Встановлено, що попередня ЕІО епоксидного зв'язуючого приводить до зростання руйнівного напруження при згинанні (у_зг) ненаповненого матеріалу на 62 %. Введення дисперсних наповнювачів при різному вмісті зумовлює як зниження, так і підвищення у_зг матеріалу після модифікування композицій ЕІО. Отримані результати можна пояснити активним впливом як магнітної, так і хімічної природи наповнювача на перебіг фізико-хімічних процесів при зшиванні КМ. Зокрема, активний вплив часток феромагнітної (ГС) і парамагнітної (Сr₂O₃) природи зумовлює формування жорсткого матеріалу з високим ступенем зшивання матриці у ЗПШ, що призводить до крихкого руйнування КМ при згинанні. Показано, що поверхня зламу зразка модифікованого ЕІО, має крихкий характер, а поверхня зламу необробленого зразка має в'язкий характер руйнування. Експериментально встановлено, що характерною особливістю необроблених композитів, наповнених ГС, є відсутність чітко вираженої межі поділу між наповнювачем та полімером. Морфологія ЗПШ відрізняється від морфології полімера в об'ємі системи. Аналіз отриманих результатів показує, що необроблені композити з ГС утворюють систему з гетерогенною структурою, яка має в'язкий характер руйнування. На мікрофотографіях зламу модифікованих ЕІО композитів, які містять ГС, яскраво виражені включення наповнювача, тобто має місце крихкий характер руйнування матеріалу. Встановлено, що цьому сприяють високі залишкові напруження у матеріалі. Зазначимо, що адсорбція зв'язуючого на поверхні дисперсної фази, а також взаємодія за рахунок формування хімічних зв'язків між наповнювачем і оліґомером забезпечує утворення ЗПШ з поліпшеними властивостями. Характер поверхні зламу у цьому випадку свідчить про те, що руйнування відбувається не по межі поділу фаз, а у матеріалі полімерної матриці. Це вказує на інтенсивну взаємодію матриці та наповнювача.

Експериментальними дослідженнями ударної в'язкості встановлено, що модифікування ЕІО зв'язуючого, з наступним введенням наповнювача забезпечує підвищення міцності КМ незалежно від фізичної природи добавки. Це зумовлено активним впливом поверхні наповнювача, а також інтенсивнішою взаємодією вільних радикалів з активними центрами на поверхні часток. Отже, взаємодія реакційно здатних груп і вільних радикалів епоксидної смоли з активними центрами на поверхні часток сприяє підвищенню когезійної міцності КМ.

Дослідженнями діелектричних характеристик встановлено, що після модифікування зв'язуючого ЕІО при збільшенні температури тангенс кута діелектричних втрат зміщується у ділянку вищих температур. Максимум кута діелектричних втрат зменшується незалежно від вмісту наповнювача, що свідчить про підвищення ступеня зшивання матриці у ЗПШ і зростання когезійної міцності КМ після ЕІО.

Методом імпедансної спектроскопії досліджено корозійну тривкість системи “вуглецева сталь (Ст.3) - модифіковане ЕІО покриття” у 3%-ному розчині хлориду натрію. При частоті струму 1 кГц на початку випробувань опір покриттів знаходиться у межах 6-8 Ом·см². Покриття з дисперсними частками, мають дещо менший опір порівняно з епоксидною матрицею, що свідчить про їх підвищену електрохімічну активність.

Результати досліджень зразків у аґресивному середовищі протягом 20-30діб показують зменшення опору епоксидної матриці на 45 % від початкового значення. Встановлено, що опір покриттів, наповнених феромагнетиками феритом і, додатково, газовою сажею, більший на 1,25 Ом, порівняно з опором композитів, які містять інші частки. При збільшенні тривалості дослідження покриттів в аґресивному середовищі (70-90 діб) встановлюється рівноважний процес проникнення електроліту до поверхні металу, при цьому опір майже не змінюється. Результати вимірювань ємності корелюють зі зміною у часі опору покриттів. Експериментально встановлено, що під час витримування зразків у корозійному середовищі електрична ємність КМ зростає, що пов'язано зі зміною діелектричної проникності матриці у результаті сорбції. Після досягнення середовищем стальної поверхні ємність покриття скачкоподібно зростає, внаслідок появи електрохімічної складової.

На наступному етапі досліджували вплив УЗО на властивості КМ, що містять дисперсний і волокнистий наповнювач. Обробляли ультразвуком композиції з дисперсним наповнювачем на повітрі і окремо волокнистий наповнювач у водному середовищі. Методом динамічного механічного аналізу встановлено, що незалежно від природи волокнистого наповнювача ступінь зшивання матриці у ЗПШ після УЗО зростає ( табл. 5). Аналіз кривих залежності тангенса кута втрат від тривалості тверднення КМ показує, що після УЗО композицій з дисперсними частками на повітрі і волокнистого наповнювача у водному середовищі поряд зі зменшенням абсолютної величини максимумів тангенса кута механічних втрат спостерігали збільшення ширини піків.

Крім того, для модифікованих УЗО композитів, відносно необроблених КМ, спостерігали зміщення максимума тангенса кута механічних втрат у бік зменшення часів початку тверднення, що характерно для процесу релаксації сеґментів і бокових груп. Такі результати зумовлені тим, що введення часток ГС приводить до захоплення ними частини макромолекул і агрегатів, які могли б взаємодіяти з волокнистим наповнювачем. При цьому навколо волокна формується адсорбційний шар з менш рухливими макромолекулами епоксидного зв'язуючого, що і позначається на релаксаційних характеристиках композитів.

Таблиця 5

Характеристики процесів релаксації епоксидних композитів у присутності оброблених ультразвуком волокон

Вміст газової сажі (ГС) - 50 мас.ч. на 100 мас.ч. епоксидної смоли; стрілками ^,v показано зміщення tgд_max у бік вищих та нижчих часових параметрів зшивання відповідно.

Аналіз досліджень тангенса кута механічних втрат показує, що швидкість зшивання КМ суттєво підвищується, внаслідок сумісного впливу волокнистого і дисперсного наповнювача. Встановлено, що це призводить до формування “жорстких” ЗПШ, що у подальшому визначає експлуатаційні характеристики КМ. Крім того, отримані результати можна пояснити також тим, що у процесі УЗО композицій відбувається активація макромолекул епоксидного оліґомера внаслідок кавітаційного удару при інтенсивному високочастотному коливанні концентратора (н = 22 кГц). Руйнування ланцюгів може здійснюватись внаслідок тертя між макромолекулами у процесі УЗО епоксикомпозитів. Матеріал після УЗО формували протягом 2-3 хв. з метою зменшення пост-ефектів. Така тривалість формування КМ зменшує взаємодію вільних радикалів з акцепторами повітряного середовища. У результаті при зшиванні КМ вільні радикали, які мають значну рухливість, інтенсивніше міґрують до поверхні наповнювача, порівняно з вихідними макромолекулами чи агрегатами. Значна кількість новоутворених радикалів забезпечує суттєву міґрацію кінетичних одиниць зв'язуючого до поверхні наповнювача. Це зумовлює перехід значного об'єму зв'язуючого у стан ЗПШ, що підвищує експлуатаційні характеристики матеріалу у цілому.

Додатково досліджено вплив УЗО волокон і композицій на фізико-механічні властивості КМ. Аналіз результатів експериментальних досліджень показує, що одночасна обробка ультразвуком волокон у водному середовищі та на повітрі композицій, наповнених ГС, забезпечує підвищення адгезійної, когезійної міцності та модуля пружності КМ (табл. 6).

Таблиця 6

Залежність фізико-механічних властивостей захисних покриттів на основі епоксидної матриці, що містить 50 мас.ч газової сажі на 100 мас.ч епоксидної смоли у присутності модифікованих ультразвуком волокон

На наступному етапі досліджували вплив незалежно УЗО армуючого волокнистого наповнювача (такий наповнювач є тканиною зі скляних, вуглецевих і базальтових волокон) і УЗО композицій з дисперсними частками на відносну стійкість до спрацювання КМ. Встановлено, що введення дисперсних часток ГС забезпечує зниження інтенсивності спрацювання КМ незалежно від природи тканини до критичного вмісту дисперсної добавки. Показано, що оптимальний вміст дисперсного наповнювача становить 40-60 мас.ч. на 100 мас.ч. епоксидного оліґомера, оскільки подальше збільшення вмісту добавки не забезпечує суттєвого зменшення інтенсивності спрацювання КМ.

Зазначимо, що використання, як армуючої добавки, базальтової тканини забезпечує на 26-30 % зменшення інтенсивності спрацювання порівняно з вуглецевою і скляною тканиною. Отримані результати досліджень корелюють з результатами фізико-механічних випробувань КМ. Це пояснюється впливом армуючого наповнювача на структуроутворення при зшиванні КМ. Крім того, важливим є аналіз впливу УЗО на стійкість до спрацювання КМ. Встановлено, що в усіх випадках після УЗО тканин інтенсивність спрацювання додатково знижується на 35-40 %, що зумовлено впливом ультразвукової активації тканин на підвищення когезійної міцності КМ і ступеня зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах.

Сьомий розділ присвячений розробці КМ і захисних покриттів на їх основі.

Результати проведених досліджень дозволили розробити методи і способи підвищення стійкості до спрацювання КМ та рекомендувати розроблені матеріали для захисту технологічного устаткування з поверхнями складного профілю. Впровадження розроблених покриттів з метою підвищення експлуатаційних характеристик технологічного устаткування проведено на підприємствах хімічної, нафтопереробної і харчової промисловості Тернопільської і Львівської областей. В результаті експлуатації контрольних об'єктів встановлено, що використання захисних покриттів особливо ефективно при захисті від корозії металоконструкцій і устаткування в умовах впливу лужних середовищ NaOH, а також від атмосферної корозії деталей транспортуючих засобів та контейнерів. Впровадження покриттів на підприємствах промисловості забезпечує збільшення міжремонтного періоду роботи технологічного устаткування у 3,0-3,5 разів, підвищення корозійної тривкості обладнання у 2,5-2,7 разів, а стійкості до спрацювання у 2,0-2,2 рази.

У цілому виробничо-промисловими випробуваннями підтверджено високі експлуатаційні характеристики розроблених захисних покриттів на основі епоксидної матриці, дисперсних і волокнистих наповнювачів. Підвищені експлуатаційні характеристики розроблених покриттів свідчать про їхню високу ефективність і необхідність розширення масштабів впровадження на підприємствах різних галузей промисловості України.

У додатках наведено блок-схеми, принцип роботи розроблених установок і методики дослідження експлуатаційних характеристик КМ. Наведено документи, що підтверджують промислове впровадження результатів досліджень на підприємствах України.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І НАУКОВІ РЕЗУЛЬТАТИ

У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача створення нових модифікованих енергетичними полями епоксидних композитних матеріалів для захисних покриттів з високими фізико-механічними, теплофізичними, антикорозійними характеристиками і стійкістю до спрацювання. Вирішення наукової проблеми полягає в дослідженні властивостей і науково-обґрунтованому керуванні процесами структуроутворення в результаті модифікування зв'язуючого, наповнювача і епоксидних композицій зовнішніми енергетичними полями (магнітним, ультразвуковим, електроіскровим) та ультрафіолетовим опроміненням, а також у встановленні закономірностей, механізмів та особливостей підвищення експлуатаційних характеристик епоксикопозитів внаслідок поліпшення міжфазової взаємодії у процесі формування матеріалів під впливом енергетичних полів. В результаті виконання роботи отримано такі основні результати:

1. Розроблено нові методологічні підходи до вивчення впливу зовнішніх енергетичних полів на фізико-механічні властивості епоксиполімерних композитів та створених на їх основі захисних покриттів.

2. Вперше розроблено методику оцінки геометричних розмірів зовнішніх поверхневих шарів на межі поділу фаз “наповнювач - матриця”, що дозволило встановити залежність когезійних властивостей створених композитів від фізичної природи і вмісту введених наповнювачів, та на основі чого розробити матеріали для захисних полімерних покриттів з наперед заданими експлуатаційними характеристиками.

3. На основі комплексного дослідження фізико-механічних та теплофізичних властивостей епоксикомпозитів встановлено залежності між вмістом дисперсних часток і величиною залишкових напружень, руйнівним напруженням та модулем пружності при згинанні у композитах і у створених на їх основі полімерних покриттях.

4. Експериментально обґрунтовано доцільність проведення попередньої обробки оліґомерних композицій зовнішніми енергетичними полями. Вперше встановлено, що під впливом магнітного поля та ультрафіолетового опромінення адгезійна міцність оброблених композитів зростає у 2,0-2,2 рази, а когезійна міцність у 2,4-2,6 разів внаслідок підвищення ступеня зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах при взаємодії радикалів з активними центрами на поверхні дисперсних часток. Оптимізовано тривалість обробки композицій залежно від вмісту і фізичної природи дисперсного наповнювача.

5. Вперше розроблено технологічний процес формування епоксикомпозитів із застосуванням ультрафіолетового опромінення, яке забезпечує активацію макромолекул і формування вільних радикалів у епоксидних композиціях. В результаті збільшення активності і рухливості сеґментів макромолекул та вільних радикалів, поліпшується адсорбційна взаємодія інґредієнтів оліґомерної системи у зовнішніх поверхневих шарах зв'язуючого навколо наповнювача, що дозволяє додатково на 40-65% підвищити фізико-механічні і теплофізичні характеристики композитних матеріалів.

6. На основі оптимізації умов магнітної обробки і ультрафіолетового опромінення епоксиполімерних композитів вперше встановлено технологічні режими формування захисних полімерних покриттів, що дозволяють підвищити циклічну міцність системи “основа - модифіковане покриття” у 1,8-2,0 рази порівняно з системою “основа - необроблене покриття” за рахунок збільшення тривалості зародження тріщини та зменшення швидкості їх поширення у процесі високочастотних навантажень. Показано, що це зумовлено високою адгезійною міцністю модифікованих покриттів на металевій основі і незначними залишковими напруженнями на межі поділу фаз.

7. На основі застосування електроіскрової обробки епоксидного зв'язуючого вперше запропоновано технологію поетапного модифікування компонентів з подальшим введенням наповнювачів. Показано, що після попередньої електроіскрової обробки епоксидного оліґомера введення феромагнітного наповнювача приводить до збільшення модуля пружності при згинанні, ударної в'язкості і теплостійкості композитів у 1,5-1,8 разів. Отриманий результат пояснено зростанням ступеня зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах внаслідок взаємодії магнітного поля часток з вільними радикалами, що утворилися в результаті обробки.

8. Встановлено, що після ультразвукової обробки оліґомерних композицій, які містять суміш двох наповнювачів (дисперсного і волокнистого), зростає ступінь зшивання епоксидної смоли, на що вказує зменшення максимума тангенса кута механічних втрат для процесу релаксації сеґментів і бокових груп при твердненні композитів. Це зумовлено інтенсивнішим перебігом фізико-хімічних процесів при зшиванні матеріалів, дегазацією оліґомерної композиції, поліпшеним змочуванням дисперсного наповнювача та кавітаційними процесами, що забезпечують активацію макромолекул за рахунок утворення вільних активних радикалів.

9. Вперше встановлено, що ультразвукова обробка волокнистого наповнювача у водному середовищі приводить до зростання вільної площі поверхні та активації поверхневого шару наповнювача. Це дозволяє цілеспрямовано керувати протяжністю зовнішніх поверхневих шарів на межі поділу фаз “наповнювач-матриця”, що забезпечує додаткове підвищення адгезійної і когезійної міцності епоксикомпозитів на 25-30% та зниження інтенсивності спрацювання матеріалів при дії вільного гідроабразиву на 35-40%.

10. На основі проведених досліджень створені нові епоксикомпозитні матеріали та розроблено способи підвищення корозійної тривкості і стійкості до спрацювання захисних покриттів на їх основі. Основна дослідно-промислова перевірка результатів дисертаційної роботи проведена на підприємствах нафтопереробної, харчової і хімічної промисловості Тернопільської і Львівської областей. Впровадження розробок на підприємствах промисловості забезпечило збільшення міжремонтного періоду експлуатації устаткування у 3,0-3,5 рази, підвищення корозійної тривкості обладнання у 2,5-2,7 разів, стійкості до спрацювання у 2,0-2,2 рази.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ВИСВІТЛЕНО У НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Кальба Є.М. Фізико-хімічні процеси при формуванні епоксикомпозитних матеріалів.-Тернопіль: Збруч, 2005.-182с.

2. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Микитишин А.Г., Грубий І.М. Корозійна стійкість полімерних композитів (комплексний підхід та дослідження) // Хімічна промисловість України.-2002.-№6.-25-30.

3. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Микитишин А.Г. Особливості зношування полімеркомпозитних матеріалів при дії гідроабразиву // Матеріали 4-го Міжнародного симпозіуму з трибофатики.-Тернопіль:ТДТУ.- 2002.-С.542-550 (Зараховано як фахове видання. Постанова Президії ВАКу від 15.01.03 №1-05/01).

4. Букетов А.В. Релаксація внутрішніх напружень у полімеркомпозитних покриттях // Вопросы химии и химической технологии.- 2003.-№3.-С.117-120.

5. Букетов А.В. Про синергізм впливу магнітного поля та магнітної природи наповнювача на характеристики епоксикомпозитів // Вісник ХДТУСГ.-Харків: ХДТУСГ.-Вип.20.-2003.-С.385-390.

6. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Микитишин А.Г. Вплив інґредієнтів адгезійного шару на фізико-механічні властивості захисних покриттів // Машинознавство.-2003.-№1.-С.44-47.

7. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Микитишин А.Г. Автоматизація досліджень фізико-механічних властивостей на розробленій установці // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2003. - Т.1, №3.- С.22-25.

8. Букетов А.В. Дослідження властивостей модифікованих епоксикомпозитів під впливом теплового поля // Вісник ТДТУ.-2004.-№3.-С.34-38.

9. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Долгов М.А. Дослідження поведінки епоксикомпозитних покриттів в умовах напружено-деформованого стану після їх УФ-опромінення і магнітної обробки // Вісник ТДТУ.-2004.-№4.-С.36-45.

10. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Бадищук В.І. Дослідження впливу ультрафіолетового випромінювання та магнітної природи наповнювачів на властивості епоксинаповнених матеріалів // Вопросы химии и химической технологии.- 2004.-№3.-С.101-104.

11. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Бадищук В.И. Повышение точности исследований полимерных материалов при изгибе // Оптимизация производственных процессов. - Севастополь: СНТУ.-2004. - №7.-С.27-33.

12. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Бадищук В.І. Залежність адгезійної міцності епоксикомпозитів від попереднього ультрафіолетового опромінення та магнітної обробки // Наукові нотатки.- Луцьк: ЛДТУ.-2004.-Випуск 15.-С.20-27.

13. Букетов А.В., Стухляк П.Д. Структурна модифікація епоксидних композитів ультрафіолетовою обробкою // Вісник КНУТД.-2004.-Т.16, №2.-С.10-19.

14. Букетов А.В. Використання коефіцієнта Пуассона для дослідження напружень у системі “епоксидне покриття - металева основа” // Вісник КНУТД.-2004.-Т.20, №6.-С.66-74.

15. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Левицький В.В. Епоксидні композити. Дослідження механізму впливу технології формування на властивості // Хімічна промисловість України.-2004.-№5.-17-23.

16. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Микитишин А.Г. Особливості формування полімеркомпозитних корозійнотривких матеріалів // Фізико-хімічна механіка матеріалів.-2004.-Спец. вип. №4.-С.736-741.

17. Стухляк П.Д., Добротвор І.Г., Букетов А.В., Золотий Р.З., Тотосько О.В. Розробка методики дослідження параметрів поверхневих шарів у епоксикомпозитах з використанням спектрального аналізу ділянок полімера // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2005. - Т.1, №5.- С.92-98.

18. Букетов А.В. Адгезійна міцність покриттів з епоксикомпозитів, що оброблялись комплексом зовнішніх полів // Вісник ТДТУ.-2005.-№1.-С.60-68.

19. Букетов А.В. Ультрафіолетова активація фізико-хімічних процесів при формуванні епоксидних композитів // Вісник ТДТУ.-2005.-№2.-С.22-34.

20. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Тотосько О.В. Дослідження релаксаційних процесів у епоксикомпозитах після модифікації матриці електроіскровим гідроударом // Вісник ТДТУ.-2005.-№3.-С.36-44.

21. Букетов А.В. До питання про явище “тіньового ефекту” під час УФ-опромінення епоксидних композицій // Вісник КНУТД.-2005.-Т.22, №2.-С.86-92.

22. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Тотосько О.В. Епоксикомпозити. Модифікація електроіскровим гідроударом // Хімічна промисловість України.-2005.-№4.-С.39-43.

23. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Чихіра І.В., Сай В.З. Вплив ультразвукової обробки на фізико-хімічні процеси у поверхневих шарах епоксикомпозитів // Процеси механічної обробки в машинобудуванні.- Житомир: ЖДТУ.-2005.-Випуск 1.-С.3-19.

24. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Чихіра І.В. Дослідження фізико-механічних властивостей модифікованих ультразвуковим полем епоксипластів, що містять “гібридний” наповнювач // Вопросы химии и химической технологии.-2005.-№6.-С.122-128.

25. Букетов А.В. Основи формування і застосування захисних полімерних покриттів // Наукові нотатки.- Луцьк: ЛДТУ. - 2005.-Випуск 17.-С. 34-40.

26. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Бадищук В.І. Циклічна міцність сталі Ст.3 з модифікованими зовнішніми полями епоксикомпозитними покриттями в умовах навантажень високої частоти // Вопросы химии и химической технологии.-2006.-№2.-С. 79-86.

27. Букетов А.В. Дослідження стійкості до спрацювання модифікованих ультразвуком епоксикомпозитів // Вісник ТДТУ.-2006.-№2.-С.34-38.

28. Букетов А.В. Підвищення точності визначення динамічних характеристик епоксикомпозитів // Фізико-хімічна механіка матеріалів.-2006.-№4.-С.127-128.

29. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Тотосько О.В., Митник М.М. Дослідження молекулярної рухливості епоксидного в'яжучого у модифікованих електроіскровим гідроударом композитах // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні.- Краматорськ: ДДМА. -2006.-С. 379-384.

30. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Чихіра І.В. Вплив ультразвукової обробки на корозійну тривкість епоксикомпозитних покриттів // Фізико-хімічна механіка матеріалів.-2006.-Спец. вип. №5.-С.814-819.

31. Букетов А.В., Стухляк П.Д., Долгов М.А., Тотосько О.В. До питання розрахунку міцності конструкційних елементів з покриттями з врахуванням коефіцієнта Пуассона // Вопросы химии и химической технологии.-2006.-№4.-С. 180-183.

32. Букетов А.В., Долгов М.А., Тотосько О.В. Вплив електроіскрового гідроудару на механічні і діелектричні властивості епоксикомпозитних покриттів // Надійність і довговічність машин і споруд.- Київ: ІПМіц ім. Г.С.Писаренка НАН України.-2006.-Випуск 26.-С.31-37.

33. Букетов А.В., Стухляк П.Д. Теплофізичні властивості модифікованих електроіскровою обробкою епоксикомпозитів // Вісник КНУТД.-2006.-Т.30, №4.-С.50-56.

34. Патент № 52468. Україна, МПК С09D163/00. Корозійностійке покриття та спосіб його отримання / А.В.Букетов, П.Д. Стухляк, А.Г. Микитишин, М.М. Митник (Україна). - Заявл. 11.06.2002; Опубл. 16.12.2002, Бюл. №12. -8с.

35. Патент № 54057. Україна, МПК G01Н1/00. Торсійний маятник / А.Г. Микитишин, П.Д. Стухляк, М.М. Митник, А.В.Букетов (Україна). - Заявл. 26.04.2002; Опубл. 17.02.2003, Бюл. №2. -5с.

36. Патент № 53999. Україна, МПК С09D5/00. Полімеркомпозитне зносостійке покриття / А.В.Букетов, П.Д. Стухляк, А.Г. Микитишин, М.М. Митник (Україна). - Заявл. 16.04.2002; Опубл. 17.02.2003, Бюл. №2. -6с.

37. Патент № 65902. Україна, МПК G01B7/16. Установка для вимірювання фізико-механічних характеристик матеріалів при згині / А.В.Букетов, П.Д. Стухляк, А.Г. Микитишин (Україна). - Заявл. 26.06.2003; Опубл. 15.04.2004, Бюл. №4. -7с.

38. Патент № 7820. Україна, МПК В03В13/04. Установка для електрогідравлічної обробки оліґомерних композицій / А.В.Букетов, П.Д. Стухляк, О.В. Тотосько, О.П. Шовкун (Україна). - Заявл. 22.11.2004; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7. - 6 с.

39. Патент № 17390. Україна, МПК С09D 5/08. Спосіб отримання епоксикомпозитного корозійностійкого покриття / А.В.Букетов, П.Д. Стухляк, І.В.Чихіра, М.А.Долгов, Р.З.Золотий, І.Г.Добротвор (Україна). - Заявл. 13.04.2006; Опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9. - 6 с.

40. Стухляк П.Д., Букетов А.В. Исследование комплексного влияния ультрафиолетовой обработки и магнитной природы наполнителей на свойства эпоксикомпозитов // Поликом-2003: Тезисы докладов международной научно-технической конференции.-Гомель: ИММС НАНБ.- 2003.-С.15-16.

41. Букетов А.В. Підвищення властивостей епоксикомпозитних матеріалів шляхом використання феромагнітних дисперсій // Тези доповідей III Міжнародної науково-технічної конференції “Композиційні матеріали”.-К.: КПІ.-2004.-С.82.

42. Букетов А.В., Кальба Є.М., Голотенко С.М. Дослідження реологічних властивостей полімеркомпозитних матеріалів на розробленому пристрої // Праці I Міжнародної науково-технічної конференції (DSR AM-I) “Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин”.-Тернопіль: ТДТУ.-2004.-С.419-423.

43. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Чихира И.В. Исследование релаксационных процессов при формировании эпоксикомпозитов после обработки ультразвуком // Поликомтриб-2005: Тезисы докладов международной научно-технической конференции.-Гомель: ИММС НАНБ.- 2005.-С.322-323.

44. Долгов Н.А., Букетов А.В. Влияние электромагнитного и ультрафиолетового полей на прочностные и деформационные характеристики эпоксикомпозитных покрытий // Динамика, прочность и ресурс машин и конструкций: Тезисы докладов международной научно-технической конференции.-Киев: Институт проблем прочности им. Г.С.Писаренка НАН Украины.- 2005.-Т.2.-С.123-125.

45. Букетов А.В., Добротвор І.Г., Левицький В.В., Золотий Р.З. Використання сплайн-інтерполяції при обробці результатів динамічних досліджень епоксикомпозитів // Матеріали IIІ Міжнародної науково-практичної конференції “Науковий потенціал світу - 2006”.-Дніпропетровськ: Наука і освіта.-2006.-Т.9.-С.43-45.

АНОТАЦІЇ

Букетов А.В. Закономірності впливу обробки енергетичними полями зв'язуючого і наповнювачів на властивості епоксикомпозитних матеріалів для захисних покриттів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. - Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля, Київ, 2007.

Розглянуто науково-практичну проблему, яка полягає у підвищенні експлуатаційних характеристик епоксикомпозитних матеріалів і захисних покриттів на їх основі внаслідок попередньої обробки інґредієнтів матриці енергетичними полями. Досліджено і обґрунтовано механізм впливу магнітної, електроіскрової, ультразвукової обробки та ультрафіолетового опромінення на властивості композитів, що містять наповнювачі різної фізичної природи. Наведено теоретичне і практичне обґрунтування динаміки перебігу фізичних і хімічних процесів під впливом енергетичних полів на межі поділу фаз “епоксидний оліґомер - наповнювач”, внаслідок чого навколо наповнювача формуються зовнішні поверхневі шари значної протяжності і з високим ступенем зшивання. На основі проведених досліджень розроблено режими модифікування епоксидних композицій, дисперсного і волокнистого наповнювача та матеріали для захисних покриттів з високими експлуатаційними характеристиками.

Ключові слова: епоксидна матриця, композит, покриття, магнітна обробка, ультрафіолетове опромінення, електроіскрова обробка, ультразвукова обробка, корозійна тривкість, стійкість до спрацювання.

Букетов А.В. Закономерности влияния обработки энергетическими полями связующего и наполнителей на свойства эпоксикомпозитных материалов для защитных покрытий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. - Институт сверхтвердых материалов им. В.Н.Бакуля, Киев, 2007.

Рассмотрена научно-практическая проблема, которая состоит в повышении эксплуатационных свойств эпоксидных композитных материалов и защитных покрытий на их основе вследствие обработки ингредиентов матрицы внешними энергетическими полями. На основе предложенной физической модели формирования внешних поверхностных слоев на границе раздела фаз исследован механизм влияния магнитных свойств дисперсных частиц на степень сшивания матрицы. Установлено, что в зависимости от природы дисперсных добавок формируются “жесткие” и “мягкие” внешние поверхностные слои вокруг дисперсных частиц. Доказана возможность целенаправленного регулирования эксплуатационных характеристик материалов.

Исследован механизм влияния ультрафиолетового облучения на структурообразование композитов. Установлено увеличение гель-фракции в материалах, что обеспечивает улучшение физико-механических свойств композитов. Показано, что в результате ультрафиолетового облучения происходит увеличение внутренней энергии и формирование свободных радикалов в результате активации цепей макромолекул эпоксидной смолы.

Доказано, что при формировании композитов следует проводить модификацию дисперсных частиц епоксидиановым олигомером в тепловом поле с последующим их ультрафиолетовым облучением. Это способствует формированию “жестких” поверхностных слоев и приводит к дополнительному повышению свойств композитов. Впервые разработан технологический процесс формирования эпоксикомпозитов с применением ультрафиолетового облучения, что позволяет дополнительно повысить физико-механические и теплофизические характеристики композитных материалов. Установлено, что поэтапная обработка внешним магнитным полем с последующим ультрафиолетовым облучением композиций существенно улучшает адгезионную и циклическую прочность эпоксикомпозитов, которые содержат полидисперсный наполнитель.

В результате применения электроискровой обработки эпоксидного связующего разработана технология поэтапной модификации компонентов с последующим введением наполнителей. Показано, что после электроискровой обработки эпоксидного олигомера введение ферромагнитного наполнителя приводит к улучшению физико-механических свойств эпоксикомпозитов. Полученный результат объясняется увеличением степени сшивания матрицы во внешних поверхностных слоях в результате взаимодействия магнитного поля частиц со свободными радикалами, которые образовались в результате обработки.

Установлено, что ультразвуковая обработка волокнистого наполнителя в водной среде приводит к увеличению удельной площади поверхности и активации наполнителя. В зависимости от физической природы волокон, количества активных центров на их поверхности и внутренних структурных характеристик модифицированного волокнистого наполнителя, а также режимов ультразвуковой обработки возможно целенаправленно регулировать объем полимера, который переходит в состояние внешних поверхностных слоев. Установлено, что такая обработка обеспечивает дополнительное повышение адгезионной и когезионной прочности эпоксикомпозитов и снижение интенсивности изнашивания материалов под действием свободного гидроабразива.

Результаты проведенных исследований позволили разработать методы и способы повышения коррозионной стойкости и износостойкости эпоксикомпозитов, а также рекомендовать разработанные материалы для защиты технологического оборудования с поверхностями сложного профиля. Внедрение разработанных покрытий с целью повышения эксплуатационных характеристик технологического оборудования проведено на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической и пищевой промышленности Тернопольской и Львовской областей. В результате эксплуатации контрольных объектов установлено, что использование защитных покрытий особенно эффективно при защите от коррозии металлоконструкций и оборудования в условиях влияния щелочных сред NаOH, а также от атмосферной коррозии деталей транспортирующих средств и контейнеров. Внедрение покрытий на предприятиях промышленности обеспечивает увеличение периода работы технологического оборудования в 3,0-3,5 раза, повышение коррозионной стойкости оборудования в 2,5-2,7 раза, а износостойкости в 2,0-2,2 раза.

Ключевые слова: эпоксидная матрица, композит, покрытие, магнитная обработка, ультрафиолетовое облучение, электроискровая обработка, ультразвуковая обработка, коррозионная стойкость, износостойкость.

Buketov A.V. The regularities of influence of processing the adhesion agent and fillers by means of power fields on the properties of epoxy composite materials used for protective coatings. - Manuscript.

Dissertation submitted for defending the Doctor of Sciences degree (Engineering) in specialism 05.02.01 - Science of Materials. - V.M.Bakul Institute for Superhard Materials, Kyiv, 2007.

The scientific and practical problem of increasing the exploitative characteristics of epoxy composite materials and the protective coatings made on their basis, due to the previous processing the matrix ingredients by means of external power fields is analyzed. The mechanism of influence of processing by means of constant magnetic field on the properties of composites possessing the parts of ferro-, para- and diamagnetic nature is investigated and substantiated. The detection of mechanism of influencing the ultra violet radiation and spark processing on the processes of structure formation allowed to increase the exploitative characteristics of composite materials possessing the dispersive fillers of different physical nature. The efficiency of using the complex ultrasonic processing of epoxy compositions in the air and fibre filler in water medium to create the protective coatings with high cohesive strength and wear resistance is proved. The dynamics of interconnection of physical and chemical processes under the influence of power fields between the phases "epoxy oligomer - filler" is theoretically and practically substantiated. Due to this the external surface layers of essential volume and with high range of linking are formed around the filler. On the basis of conducted investigations the regimes of modifying the epoxy compositions, dispersive and fibre filler are developed as well as the materials for protective coatings which possess the high exploitative characteristics.

Key words: epoxy matrix, composite, coating, magnetic processing, ultraviolet radiation, spark processing, ultrasound processing, corrosive resistance, wear resistance.

Размещено на Allbest.ru