CC BY
13
УДК 620.197.3
Абрашов А.А., Папаева А.А., Григорян Н.С., Невмятуллина Х.А.
КОНТРОЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫХ И СУПЕРГИДРОФОБНЫХ ПОКРЫТИЙ
Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; e-mail: aabrashov@muctr.ru
Папаева Алина Александровна, студент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Невмятуллина Хадия Абдрахмановна, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Одним из способов защиты металлических поверхностей от агрессивной окружающей среды является формирование на их поверхности непрерывных пленок с водоотталкивающими и антиобледенительными свойствами.
Нами разработаны два раствора для алюминиевого сплава АМг6.
Раствор 1 заведомо противообледенительный, в его состав входят: пропиленгликоль 65%, вода 35%, стеариновая кислота 1,5 г/л, бензотриазол (БТА) 2 г/л, поливинилпирролидон (К30) 15 г/л. Раствор 2 заведомо супергидрофобный. Состав: диметилсульфоксид (ДМСО) и вода в соотношении 7:1, олеиновая кислота 8 мл/л.
Были определены основные показатели для оценки качества антиобледенительных и супергидрофобных поверхностей: коррозионная стойкость, краевой угол смачивания, угол скатывания капли, шероховатость, стойкость к обледенению.
Ключевые слова: супергидрофобное покрытие, противообледенительная жидкость, контроль качества, обледенение.
CONTROL OF THE FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF ANTI-ICING AND SUPERHYDROPHOBIC COATINGS
Abrashov A.A., Papaeva A.A., Grigoryan N.S., Nevmyatullina H.A.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
One of the ways to protect metal surfaces from the aggressive environment is the formation of continuous films on their surface with water-repellent and anti-icing properties.
We have developed two solutions for the aluminum alloy AMg6. Solution 1 is known to be anti-icing, it consists of: propylene glycol 65%, water 35%, stearic acid 1.5 g/l, benzotriazole (BTA) 2 g/l, polyvinylpyrrolidone (K30) 15 g/l. Solution 2 is notoriously superhydrophobic. Ingredients: dimethyl sulfoxide (DMSO) and water in a ratio of 7:1, oleic acid 8 ml/l. The main indicators for assessing the quality of anti-icing and superhydrophobic surfaces were determined: corrosion resistance, wetting edge angle, drop rolling angle, roughness, icing resistance.
Key words: superhydrophobic coating, anti-icing liquid, quality control, icing.
Введение
Обледенение является серьезной и актуальной проблемой. Проблема обрастания льдом встречается во многих отраслях народного хозяйства. Однако наиболее часто принято говорить об обледенении транспортных средств. В первую очередь речь идет о самолетах. Обледенение сильно влияет на аэродинамику воздушного судна и может приводить к серьезным авариям [1].
Есть несколько способов борьбы с обледенением, например, обколка льда. Данный способ может быть действенным в отношении линий электропередач (ЛЭП) или кромки льда на жилых зданиях, однако совершенно не применим в отношении авиации, так как обледенение самолета происходит не только на земле, но и непосредственно в воздухе.
Именно поэтому сегодня активно ведется разработка антиобледенительных покрытий, которые в первую очередь представляют собой противообледенительные жидкости (ПОЖ). ПОЖ используют при обливке самолетов, поездов, кораблей и даже проводов ЛЭП. За
счет понижения температуры замерзания воды на обрабатываемой поверхности не образуется вредной корки льда. Обработка ПОЖ является технологически сложным и дорогостоящим процессом, однако наиболее действенным.
В последнее время все больший интерес вызывает решение проблемы снижения обледенения с использованием льдофобных покрытий. Одними из наиболее перспективных направлений в создании льдофобных поверхностей являются разработка и получение супергидрофобных покрытий на поверхности защищаемых материалов [2-6]. Эффективность такого подхода определяется, с одной стороны, водоотталкивающими свойствами
супергидрофобной поверхности, минимизирующими накопление на поверхности воды, которая может кристаллизоваться. С другой стороны, для льдофобных поверхностей характерна низкая адгезия уже образовавшегося льда. Последнее приводит к самопроизвольному удалению льда или инея под действием собственной массы или ветровой нагрузки.
Экспериментальная часть
В ходе работы разработаны два раствора для обработки алюминиевого сплава АМг6. Раствор 1 заведомо противообледенительный (ПО), в его состав входят: пропиленгликоль 65%, вода 35%, стеариновая кислота 1,5 г/л, бензотриазол (БТА) 2 г/л, поливинилпирролидон (КЗО) 15 г/л. Раствор 2
а 145°
заведомо супергидрофобный (СГФ). Состав: диметилсульфоксид (ДМСО) и вода в соотношении 7:1, олеиновая кислота 8 мл/л.
По результатам испытаний установлено, что покрытия, имеют следующий краевой угол смачивания: СГФ Пк 155°, ПО Пк 145° (рис. 1).
б
155е
Рис. 1. Фотографии капель воды на поверхности алюминия а - противообледенительное Пк; б - супергидрофобное Пк
По защитной способности покрытия превосходят естественную оксидную пленку на алюминиевом сплаве: ЗСА (ПО) = 82 с, ЗСА (СГФ) = 117 с; ЗСА ЛЪОэ = 4 с.
Коррозионные испытания в камере соляного тумана (ASTM B117) показали, что до появления первых очагов коррозии основы образцы с СГФ покрытием выдерживают 140 ч, с ПО покрытием - 108 ч, а с естественной оксидной пленкой - 24 ч. Установлено, что после экспозиции образцов с супергидрофобным покрытием в камере соляного тумана в течение 80 ч поверхность еще сохраняет гидрофобные свойства, а после 110 ч происходит уменьшение краевого угла смачивания с 155° до 88°, что указывает на ухудшение защитной пленки. Стойкость к обледенению определяли в морозильной камере при -18°С. Стойкость к обледенению измерялась в минутах до образования ледяных отложений на образцах. Также определялась масса наледи за установленный промежуток времени. Перед началом испытаний измеряли массу образцов, далее выдерживали в морозильной камере по вышеуказанному методу. После истечения установленного времени (2 ч) снова определяли массу. Установлено, что наибольшей стойкостью к обледенению обладает образец с супергидрофобным покрытием: 110 мин до появления наледи; масса наледи на образцах после 2 часов испытаний при этом составляет 0,0312 г. Для сравнения поверхность сплава АМг6 без покрытия покрывается наледью уже через 3 мин и через 2 часа испытаний масса наледи составляет 0,074 г.
контроля качества противообледенительных и супергидрофобных покрытий: коррозионная стойкость, краевой угол смачивания, угол скатывания, шероховатость, стойкость к обледенению.
Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта Х-2020-028.
Список литературы
1. Руководство по Защите ВС от Наземного Обледенения Аэропорта "Домодедово" // Аэропорт Домодедово. Издание 8. 2012. 76 с.
2. Wang H., He G., Tian Q. Effects of nano-fluorocarbon coating on icing // Applied Surface Science. 2012. V. 258. P. 7219-7224.
3. Farhadi S., Farzaneh M., Kulinich S.A. Anti-icing performance of superhydrophobic surfaces // Applied Surface Science. 2011. V. 257. P. 6264-6269.
4. Antonini C., Innocenti M., Horn T., et al. Understanding the effect of superhydrophobic coatings on energy reduction in anti-icing systems // Cold Regions Science and Technology. 2011. V. 67. P. 58-67.
5. Saleema N., Farzaneh M., Paynter R., Sarkar D. Prevention of Ice Accretion on Aluminum Surfaces by Enhancing Their Hydrophobic Properties // Journal of Adhesion Science and Technology. 2011. V. 25. P. 2740.
6. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2011. № 6. С. 39-47.
Вывод
В результате выполненной работы были выбраны следующие показатели, необходимые для проведения
