CC BY
6
СТАТЬИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ
МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ И ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПОНИЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРИЕМАМИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ПОЛУЧАЕМОГО ПОКРЫТИЯ
Негматов Сайибжан Садыкович
научный руководитель, Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Академик АН РУз, заслуженный деятель науки Республики Узбекистан,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Масодиков Кахрамонжон Хусанбой угли
самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Абед Нодира Сайибжановна
председатель
Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет,
д-р техн. наук, профессор, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Улмасов Тулкин Усманович
зав. лабораторией
Государственного университета науки и развития «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет,
ст. науч. сотр., д-р техн. наук, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Негматов Жохонгир Носир угли
докторант, ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Туляганова Васила Суннатуллаевна
ст. науч. сотр., д-р техн. наук, зав. лабораторией ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Бозорбоев Шухрат Абдурахимович
PHD, ст. науч. сотр., докторант ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Библиографическое описание: 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 : электрон. научн. журн. Негматов С.С. [и др.]. 2023. 7(112). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/15 791
Султанов Санжар Уразалиевич
PHD, ст. науч. сотр., докторант, ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Хаминов Бурхон Тургунов
самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Имомназаров Сарвар Ковилжонов
самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Мамасолиев Элёржон Махамадалиевич
самостоятельный соискатель, ГУП «Фан ва тараккиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF INTERNAL STRESSES ON THE DURABILITY OF POLIMERIC AND PAINTING MATERIALS ANT THE POSSIBILITY OF THEIR REDUCTION BY VARIOUS TECHNOLOGICAL METHODS TO INCREASE THE SERVICE LIFE OF THE OBTAINED COATING
Sayibzhan Negmatov
Academician
of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Scientific director of the SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Kakhramonjon Masodikov
Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Nodira Abed
Chairman
of the State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University, Doctor of Technical Sciences, Professor Republic of Uzbekistan, Tashkent
Tulkin Ulmasov
Head of Laboratory,
State University of Science and Development "Fan va tarakkiyot"
Tashkent State Technical University, Doctor of Sciences, Senior Research Fellow, Tashkent State Technical University, Doctor of Technical, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Zhohongir Negmatov
Doctoral student of State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Doctor of Technical, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Vasila Tulyaganova
Doctor of Sciences - Senior Research Fellow head of the laboratory SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Doctor of Technical, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Shukhrat Bozorboev
PHD Senior Research Fellow Doctoral student of State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Doctor of Technical, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Sanzhar Sultanov
PHD Senior Research Fellow Doctoral student of State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Doctor of Technical, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Burkhon Turgunov
Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Sarvar Imomnazarov
Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Elyorjon Mamasoliyev
Independent applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрено влияние внутренних напряжений на долговечность полимерных и лакокрасочных покрытий с учетом того, что внутренние напряжения рассматриваются как критерий долговечности покрытий.
ABSTRACT
The article considers the influence of internal stresses on the durability of polymer and paint coatings, taking into account the fact that internal stresses are considered as a criterion for the durability of coatings.
Ключевые слова: внутренние напряжения, адгеионная прочность эпоксидная смола, полиэфирные лаки, долговечность полимерных и лакокрасочных покрытий, эффективные составы.
Keywords: internal stresses, adhesion resistance epoxy resin, polyester varnishes, durability of polymer and paint coatings, effective formulations.
Введение
Известно, что полимерные и лакокрасочные покрытия широко применяются в машинах и механизмах различных отраслей промышленности, в том числе хлопкоочистительной, текстильной автомобильной,
химической, металлургической и других [1 -9]. При этом существует проблема повышения их работоспособности и долговечности за счет высоких физико-механических характеристик, которые существенно зависят от понижения в них возникающих внутренних напряжений.
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
В полимерных и лакокрасочных материалах и покрытиях внутренние напряжения возникают как в покрытиях, сформированных на жестких подложках [21], так и в свободных пленках [18,3,19].
Наиболее частой причиной разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий различного назначения является растрескивание покровной пленки и её отслоение от подложки [21].
Трещины возникают, когда величина внутренних напряжений в полимерных и лакокрасочных покрытиях превышает когезионную прочность пленки в определенных эксплуатационных условиях.
С ростом толщины покрытия увеличивается сила, сдвигающая покрытие с подложки, за счет действия внутренних напряжений, что снижает адгезионную и прочность. Процесс отслоения покрытия, также, как и разрыв пленки, носит температурно-временный характер [10].
Внутренние напряжения, возникающие при формировании покрытий, оказывают существенное влияние на механические, адгезионные [18,19], электрофизические [7], теплофизические [19] и другие свойства покрытий и являются критерием, определяющим их долговечность [2,20].
В связи с этими для создания полимерных покрытий и разработки путей понижения внутренних напряжений необходимо проведение исследований, направленных на изучение влияния различных физико-химических и технологических факторов на величину внутренних напряжений и кинетику их нарастания при формировании и старении полимерных покрытий.
Объект и методика исследований. В качестве объекта исследования были выбраны следующие полимерные и лакокрасочные материалы и органо-неорганические продукты:
Смола Э-49 П по ТУ 6-10-1592-90. Представляет собой продукт сополимеризации эпоксидной низкомолекулярной смолы Э-40 с дифенилолпропа-ном. [18]
Смола Э-41 по ТУ 6-10-607-78. Представляет собой раствор смолы Э-41 с массовой долей (66 ± 2)%
в смеси ксилола с ацетоном в соотношении 4:3 по массе [9].
Полиэфирные лаки. Лаки на основе ненасыщенных олигоэфиров, главным образом полималеинатов.
Алкидные полимеры представляют собой продукты поликонденсации многоосновных кислот с многоатомными спиртами. Наибольшее техническое значение имеют глифталевые полимеры, получаемые поликонденсацией глицерина с фталевым ангидридом: [1]
Изоцианаты — органические соединения, содержащие функциональную группу -№=С=0. [20]. Мы использовали резиновый порошок СКС-30, СКН-18 в качестве эластичного наполнителя для покрытий поверхности деталей машиностроительного назначении. Эффективными наполнителями для композиционных полимерных покрытий являются наполнители с развитой структурой и имеющие игольчатую, пластинчатую или чешуйчатую форму частиц: бентонит, каолин, тальк, графит.
Методы измерения внутренних напряжений можно разделить на два больших класса: физические и механические. [21,1,23,4] Механический случай реализуется в нескольких методах, из которых самым распространенным является метод консольный.
Физические методы измерения напряжений основаны на зависимости физических свойств материала от внутренних напряжений, эта группа методов весьма обширна, (оптические, электрические, магнитные, размеры кристаллической решетки, внутреннее трение, твердость). Адгезионную прочность покрытий на основе исследованных композиций определяли методом отрыва грибков, соединенных между собой связующим на разрывной машине "ЕР-100/1 (ГДР)" [5].
Результаты исследования и их обсуждения
Далее рассмотрим результаты исследований виляния внутренних напряжений на долговечность полимерных и лакокрасочных покрытий, возможности их понижения технологическими приёмами с целью повышения срока службы получаемого покрытия.
Внутренные напряжение
а)
Внутренные напряжение
б)
Рисунок 1. Зависимость долговечности полиэфирных, алкидных (а) и эпоксидных (б) покрытий от внутренних напряжений: 1-полиэфирная смоле ПЭ-220; 2-алкидная смола; 3-эпоксидноя смола Э-20; 4-эпоксидной лак Э-41
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
На рисунке 1 приведены зависимости долговечности полимерных и лакокрасочных покрытий от значения внутренних напряжений.
Как следует из рисунка 1, зависимость долговечности от внутренних напряжений имеет однообразный характер - линейная зависимость ^е от 5вн, причем характер этой зависимости сохранятся для покрытий, полученных из различных пленкообразующих: полиэфирный лак ПЭ-220; алкидная смола; эпоксидная смола Э-20 и эпоксидные лак Э-49.
Из таблицы 1 видно, что у всех исследованных покрытиях с увеличением внутренних напряжений наблюдается снижение логарифма долговечность. Как видно из рис. 1с, при увеличении внутренних напряжений полиэфирных и алкидных покрытий от 0,2 до 5 МПа логарифм долговечности снижается 4,8 до 2,7 и от 3.4 до 1.1 соответственно.
А у покрытий на основе эпоксидной смолы Э-20 и эпоксидного лака ПЭ-220 с увеличением внутренних
напряжений от 1,0 до 18 МПа логарифм долговечности снижается от 9,8 до 4,1 и от 8.0 до 2.0 соответственно (1б).
Таким образов, из этих данных вытекает, что в различных условиях эксплуатации покрытий менее долговечными оказываются образцы с наибольшими внутренними напряжениями. Все это свидетельствует о том, что внутренние напряжения могут быть предложены в качестве критерия, определяющего долговечность полимерных покрытий в различных условиях их эксплуатации.
Далее была исследована кинетика изменения внутренних напряжений при термическом старении при температуре 180 оС алкидных покрытий, деформированных при различных температурах.
На рис 2 приведена кинетика изменения внутренних напряжений при термическом старении при 180 0С алкидных покрытий, сформированных при различных температурах 1-180 0С, 2-130 0С, 3-80 0С.
Рисунок 2. Кинетика изменения внутренних напряжений при термическом старении при 1800С алкидных покрытий, сформированных при различных температурах: 1 -1800С; 2-1300С; 3-800С
Из рисунка 2 видно, что внутренние напряжения в процессе термического старения покрытий при 180°С, сформированных при более низкой 130°С, и 80°С, температуре, имеют экстремальный характер, проходя через максимум при 300 ч старения; аналогичный характер изменения внутренних напряжений наблюдается и при старении покрытий под действием ультрафиолетового облучения.
При этом можно отметить, что высокая долговечность алкидных покрытий сформированы при 80°С, где наблюдаются самые низкие внутренние напряжения и соответственно высокая долговечность.
Как было отмечено выше, при анализе современных литературных источников снижение внутренних
напряжений в покрытиях возможно с использованием подслоя при получении полимерных и лакокрасочных покрытий.
В этом аспекте нами были проведены исследования влияния различных подслоев на внутренние напряжения и адгезионную прочность полиэфирных и эпоксидных покрытий.
На рис 3 представлено возникновение внутренних напряжений и адгезионной прочности при формировании покрытий из полиэфирной смолы ПЭ-220 на металлическом субстрате, подслоем которых является поливинилацетатные грунтовки: 1 -ПВАК и 2-ПВА.
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
Рисунок 3.1 Кинетика внутренних напряжений при формировании покрытий из ПЭ-220 на стекле, модифицированном поливинилацетатными грунтами: 1-ПВАК: 2-ПВА
Рисунок 3.2 Зависимость внутренних напряжений от толщины подслоя из СКС-50 (1) СКН-40 (2), СКД-1 (3) и СКН-18 (4) при формировании различных покрытий 1-3-эпоксидных: 4-полиэфирных.
Как видно из рис. 3.1, с увеличением времени формирования полиэфирных покрытий на поверхности металлического субстрата, подслоем которого являются поливинилацетатные грунтовки ПВАК и ПВА, внутренние напряжения в них существенно снижаются от 5,2 до 1,2 МПа и от 2,2 до 0,4 МПа соответственно, а адгезионная прочность повышается от 12 до 40 МПа и от 15 до 57 МПа.
Аналогичные закономерности в изменении свойств покрытий наблюдаются (рис. 4,9) при использовании в качестве подслоя для покрытий из полиэфиров и эпоксидной бутадиен-стирольных каучуков, а также сополимеров на основе метилметакрилата и бутил акрилата (рис 3.2).
При использовании эластичного подслоя резкое понижение внутренних напряжений при формировании покрытий наблюдается только при оптимальной его толщине.
С уменьшением толщины подслоя до 30-40 мкм указанные полимеры теряли свои высокоэластические свойства и не обеспечивали релаксации внутренних напряжений при формировании на поверхности
их покрытий. Причина этого явления, по-видимому, связана с особенностями надмолекулярной структуры тонких пленок и зависимостью ее от толщины покрытия.
Следовательно, указанный способ модификации поверхности подложки, применения полслоя позволяет резко снизить внутренние напряжения и увличивает запас адгезионной и когезионной прочности полимерных и лакокрасичных покрытий и соответственно их долговечность.
Заключение
Таким образом, можно констатировать, что для разработки составов композицонных полимерных и лакокрасочных материалов необходимо подбирать эффективные составы путем регулирования внутренние напряжения технологическими приёмами и режимами и получать покрытия на их основе с внутренними напряжениями, повышенной адгезионной и прочностными свойствами и соответственно долговечностью.
Список литературы:
1. Благонравва А.А., Непольнящий А.Я. Лакокрасочные эпоксидные смолы. «Химия», 1970, 248 с.
2. Берлин А.А., Кефели Т.Я., Королев Г.В. — Полиэфиракрилаты. М., Наука. 1967. 372 с.
3. Зубов П.И., Киселев М.Р., Сухарева Л.А. 1967, т.176, с. 336.
4. Зубов П.И., Сухарева Л.А., Смирнова Ю.П.- ДАН, 1963, т. 150, № 2, с. 359-360.
5. Зубов П.И, Лепинкина Л.А, «Вестник АН СССР», 1962, №3, с 49-57.
6. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С., Берлин А.А. Полимерные композиционные материалы; структура, свойства, технология. - Санкт Петербург, 2011. -560 с.
7. Куксин А.Н., Сергеева Л.М., Липатов Ю.С., Безрук Л.И. — Высокомол. соед., 1970, сер. А, т. 12, с. 2332.
8. Мак^метова А., Негим Э.С., Аинакулова Д., Елигбаева Г., & Кхдтиб Ж. (2024). Ан Овервиеw оф Эпохй Ресинс ас соатинг то протест металс фром сорросион. Комплексное Исползование Минералного Сйра= Сомплех усе оф минерал ресоурсес, 328(1), 20-32.
9. Негматов С.С Исследование долговечности полиэтиленовых покрытий, канд. ДиссТашПи, Ташкент, 1969, 121 с.
10. 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. - 43 с.
11. Негматов С.С Технология получения полимерных покрытий- Ташкент, Узбекистан, 1975. - 232 с.
12. Негматов С., Улмасов Т., Наврузов Ф., & Жовлиев С. (2021). Вибратион дампинг сомпоситион полймер материалс анд соатингс фор энгинееринг пурпосе. Ин Э3С Wеб оф Сонференсес (Вол. 264, п. 05034). ЭДП Ссиенсес.
13. Негматов С., Улмасов Т., Каршиев М., Макхдммаджонов З., Абдулаев О., & Матшарипова М. (2021). Адх,есион-стренгтх, анд триботечнисал пропертиес оф мачине-буилдинг сомпосите полймер соатингс. Ин Э3С Wеб оф Сонференсес (Вол. 264, п. 05032). ЭДП Ссиенсес.
14. Негматов С.С. эт ал. Ресеарч анд Девелопмент оф Мануфастуре Течнологй оф Полймерис Сомпосите Материалс оф Элестротечнисал Пурпосе Филлед wrn^ Хйдролйгис Лигнин //АИП Сонференсе Просеедингс. -Америсан Институте оф Щйсисс, 2008. - Т. 1042. - №. 1. - С. 238-239.
15. Негаматов С.С., Мамадалимов Р.М., Латипов И.Х., Бабханова М.Г., Негматова К.С., & Салимсаков Й.А. (2008, Аугуст). Ресеарч адаесион анд пхйсисо-мечанисал пропертиес анд девелопмент оф антисорросиве сомпосите полймерис соверингс. Ин АИП Сонференсе Просеедингс (Вол. 1042, Но. 1, пп. 236-237). Америсан Институте оф Щйсисс.
16. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Абдуллаев А.Х., Салимсаков Й.А., Рахмонов Б.С., Негматова К.С., ... & Жонузоков А.А. (2008, Аугуст). Инсреасе оф лонгевитй оф х,игх, филлед сомпосите полймерис материалс интендед фор соверинг оф хиг^айс. Ин АИП Сонференсе Просеедингс (Вол. 1042, Но. 1, пп. 150-152). Америсан Институте оф Щйсисс.
17. Негматов С.С., Мамадолиев К.М., Собиров Б.Б., Латипов И.К., Эргашев Э., Ракхдоанов Б.С., ... & Тажибаев Б.М. (2008, Аугуст). Импровемент оф пхдсисо-мечанисал пропертиес оф тх,ермореастиве анд тх,ермопластис полймерис соверингс бй пх,йсисал метх,одс оф модифисатион. Ин АИП Сонференсе Просеедингс (Вол. 1042, Но. 1, пп. 67-69). Америсан Институте оф Щйсисс.
18. Сухарева Л.А., Воронков В.А., Зубов П.И. — Коллоид. ж., 1971, т. 33, с. 592.
19. Сухарева Л.А., Иванова С.С., Зубов П.И. — Высокомол. соед., 1973, сер. А, т. 15, с. 2506.
20. Счондорн - Ж.Полймер Сси., 1967. пт Б, вол. 5. Н 10, п.912.
21. Эшкобилов, К., Негматов, С., Абед, С., & Гулямов, Г. (2021). Феатурес оф сонтаст интерастион оф сомпосите полймер материалс wrnx, раw соттон ин тх,е просесс оф фристион. Ин ИОП Сонференсе Сериес: Материалс Ссиенсе анд Энгинееринг (Вол. 1030, Но. 1, п. 012172). ИОП Публишинг.
22. Яблоков Г.А., Сухарева Л.А., Киселев М.Р. и др. — В кн.: ВИИ Всесоюзная конференция по электронной микроскопии. Тезисы докл., М., 1969, с. 40.
