CC BY
7
УДК 000.00
Давыдов Н.В., Ермишкина И.С., Марциохо А.И., Невмятуллина Х.А., Абрашов А.А., Парфёнова В.Д.
РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ДЛЯ АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫХ СУПЕРГИДРОФОБНЫХ ПОКРЫТИЙ
Давыдов Никита Витальевич - магистрант 1 -го года обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; nik davydov [email protected]
Ермишкина Ирина Сергеевна - студентка 3-го курса обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; [email protected]
Марциохо Анна Ивановна - студентка 3-го курса обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; [email protected]
Невмятуллина Хадия Абдрахмановна - доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; [email protected]
Абрашов Алексей Александрович - доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; [email protected]
Парфёнова Виктория Денисовна- - студентка 4-го курса обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; [email protected]
В статье рассмотрены свойства антиобледенительных супергидрофобных покрытий, нормирования которых является актуальной проблемой различных отраслей промышленности, так как на данный момент не существует общедоступных нормативных документов для контроля качества этих покрытий. Повсеместное использование железнодорожного транспорта в России делает проблему отсутствия ТУ на покрытие тормозных рычажных передач злободневной для данного сегмента промышленности. Ключевые слова: антиобледенительные супергидрофобные покрытия, технические условия, намерзание, тормозные передачи, коррозия.
DEVELOPMENT OF TECHNICAL SPECIFICATIONS FOR ANTI-ICING SUPERHYDROPHOBIC COATINGS
Davydov N.V. 1, Ermishkina I.S.1, Marciokho A.I.1, Nevmyatullina Kh.A.1, Abrashov А.А.1, Parfenova V.D.1 1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses the properties of anti-icing superhydrophobic coatings, the regulation of which is an actual problem in various industries, since at the moment there are no publicly available regulatory documents for quality control of these coatings. The widespread use of railway transport in Russia makes the problem of the lack of technical specifications for covering brake linkages a topical issue for this industry segment. Key words: anti-icing superhydrophobic coatings, specifications, freezing, brake gears, corrosion.
Разработка антиобледенительных
супергидрофобных покрытий является актуальной проблемой в различных областях. Наиболее часто они используются в строительстве (защита от коррозии при высокой влажности воздуха), в электроэнергетике для снижения затрат при транспортировке энергии и для повышения эффективности систем оборотного водоснабжения (СОВС) в условиях низких температур (для повышения энергоэффективности генерирующих производств). Данные покрытия также применяются для снижения образования и накопления льда на поверхностях конструкционных элементов и аппаратуры летательной техники.
Провода энергоснабжения при обледенении провисают и могут разорваться, обесточив огромное количество населения. Для предотвращения такого события по проводам подается ток повышенного напряжения, за счет чего провода нагреваются и лед тает. Это приводит к повышенному расходу электроэнергии.
При обледенении кораблей снижается их грузоподъемность, что ведет к издержкам в логистических цепях. Более того, при сильном обледенении корабли теряют остойчивость, что приводит к их опрокидыванию и затоплению.
Антиобледенительные супергидрофобные
покрытия помогут избежать вышеописанных проблем. Для оценки качества этих покрытий необходимо разработать нормативно-технический документ - в соответствии с ГОСТ 2.114-2016. С вступлением в силу ФЗ № 162 в 2015 году повысился статус технических условий как документа по стандартизации.
Востребованность разработки технических условий для этого типа покрытий заключается в том, что на данный момент не существует общедоступных нормативных документов для контроля качества этих покрытий.
Покрытия имеют следующие показатели качества: прочность сцепления с основой; когезионная прочность; пористость; равномерная толщина; уровень остаточных напряжений;
однородность структуры и свойств. В случае с антиобледенительными супергидрофобными
покрытиями в номенклатуру включаются следующие параметры: антиобледенительное свойство, угол смачивания коррозионная стойкость, защитная способность покрытия и устойчивость к истиранию -к наиболее важным из них относятся: угол смачивания, коррозионная стойкость, защитная способность покрытия, устойчивость к истиранию и антиобледенительное свойство. Разрабатываемые технические условия должны включать требуемые значения основных показателей качества, а также методики испытаний, либо ссылки на действующие стандарты, нормирующие методики испытаний (измерений) этих показателей.
Помимо нормирования показателей качества покрытий, ТУ должны содержать область применения и распространения, так как требования к качеству могут быть различными в зависимости от условий использования покрытий. Например, при нанесении покрытия на подвагонное пространство тягового подвижного состава, наибольшее внимание акцентируется на антиобледенительное свойство, а при нанесении его на бетонные конструкции -гидрофобность. В первом случае показатели адгезии льда к покрытию должны быть наиболее высокими, во втором - краевой угол смачивания должен быть как можно больше. Поэтому рационально разрабатывать покрытие и ТУ под конкретное применение покрытия и нормировать определенные и наиболее важные показатели и методику их оценки.
В нашем случае разрабатываемое ТУ распространяются на внешнее антиобледенительное супергидрофобное покрытие тормозных рычажных
При анализе результатов замеров можно сделать вывод, что износ угольных вставок больше на необработанных полозах. Так, если на обработанных полозах средний износ угольных вставок составил 1,37 мм, то на необработанных полозах токоприемников средний износ составил 2,37 мм. Таким образом, качественное антиобледенительное супергидрофобное покрытие позволяет увеличить срок службы угольных вставок и
передач тягового подвижного состава, предназначенных для передачи усилия от поршня тормозного цилиндра через шток или усилия привода ручного тормоза на тормозные колодки, которые при торможении прижимаются к поверхности катания колёс.
Актуальность разработки ТУ на покрытие тормозных рычажных передач заключается в широком использовании железнодорожного транспорта в России. Применение покрытия снижает трудозатраты на удаление налипшего снега и льда с механического оборудования и тормозной рычажной передачи локомотивов во время эксплуатации и постановки на плановые виды технического обслуживания и предотвращает образование наста снега и льда на механическом оборудовании и тормозной рычажной передачи подвижного состава.
Применение покрытия позволяет существенно снизить удельный износ угольных вставок и металлокерамических накладок полозов
токоприемников локомотивов в период гололеда и образования инея. В настоящее время широко используется антиобледенительная жидкость при обработке скоростных электропоездов в шести странах Евросоюза, в России производится подобная обработка, на стационарных установках в депо, высокоскоростных электропоездов «Сапсан», однако общедоступного стандарта на покрытие и методы его нанесения не существует. [1]
В статье [1] были приведены замеры высоты угольных вставок как на обработанных токоприемниках, так и на необработанных. Данные о замерах приведены в таблице 1.
Таблица 1 - замеры высоты угольных вставок
металлокерамических накладок полозов
токоприемников. Обеспечить показатели качества покрытия можно с помощью разрабатываемой нормативной документации.
В настоящее время в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева разрабатывается покрытие с требуемыми характеристиками, а также техническая
Дата Высота вставки на токоприемнике Износ вставки токоприемника (обр./необр.), мм
При отправлении При прибытии
С обработкой Без обработки С обработкой Без обработки
23.03 28 23 27 20 1/3
20.03 28 26 27 24 1/2
23.03 25 30 24 27 1/3
26.03 27 29 24 25 3/4
24.03 28 26 26 22 2/4
28.03 28 26 28 26 0/0
20.02 26 26 24 24 2/2
22.02 29 29 28 28 1/1
документация к нему: ТУ, программа и методика испытаний антиобледенительного свойства.
Для разработки ТУ на покрытие тормозных рычажных передач требуются конкретные показатели качества, а также требуемые их значения. Один из главных показателей качества -антиобледенительное свойство.
Суть показателя заключается в измеренном значении адгезии льда к покрытию. Чем меньше численное значение адгезии льда, тем лучше покрытие будет защищать агрегат от обледенения -процесса образования льда на какой-либо поверхности. В случае с тормозной рычажной передачей тягового подвижного состава условия обледенения образуются при взаимодействии холодного фронта набегающего потока воздушных масс, содержащего снежные включения, с периодически возникающим местным
теплофронтовым образованием, источником которого является значительная тепловая энергия, выделяющаяся в процессе трения тормозных колодок о поверхность катания обода колеса или тормозного диска. Из-за нагрева сопряженных элементов тележки ледяные образования на поверхности металлоконструкций оплавляются и, остывая, формируют новые слои прочного прозрачного льда. Конвективный перенос тепла воздушными массами преобразует снежные включения набегающего холодного потока в мелкодисперсную взвесь мелких капель (ледяной дождь), которая налипает и вмерзает в замерзающую водяную пленку на поверхности
металлоконструкции. [2].
Для предотвращения намерзания льда на поверхность тормозной передачи важно другое свойство покрытия - гидрофобность. Значение этого показателя определяется значением краевого угла смачивания 0. Для гладкой гидрофобной поверхности 90° < 0 < 120°, для достижения супергидрофобного состояния, угол должен составлять более 150°. Кроме того, важным параметром покрытия является определение угла скатывания капли с поверхности. При высоком угле скатывания капля будет закреплена на поверхности, тем самым будет затруднена самоочистка поверхности, приводящая к снижению коррозионной стойкости покрытия.
Разрабатываемые технические условия будут нормировать вышеуказанные свойства покрытия, обеспечив тем самым качество покрытия. В некоторых случаях требования к покрытию в ТУ
сможет распространяться и на другие детали и агрегаты подвагонного пространства, что сделает документ универсальным.
В разрабатываемом нормативно-техническом документе крайне важно указать требования безопасности и требования к охране окружающей среды, так как раствор для нанесения покрытия относится к классу опасности 3 по ГОСТ 12.1.00776. Покрытие токсичным не является, а также полностью безопасно для окружающей среды.
Разработка нормативной документации является важным шагом на пути внедрения разрабатываемых покрытий в реальный сектор экономики.
Список литературы:
1. ГОСТ 2.114-2016 "Межгосударственный стандарт. Единая система конструкторской документации. Технические условия"
2. Степаненко Сергей Геннадьевич, Колесников Алексей Валентинович Использование антиобледенительной жидкости при эксплуатации тягового подвижного состава // БРНИ. 2015. №3-4 (16-17). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-antiobledenitelnoy-zhidkosti-pri-ekspluatatsii-tyagovogo-podvizhnogo-sostava (дата обращения: 25.05.2022).
3. Полякова Е. Я., Поляков Б. О., Дубинский С. И. К вопросу об обледенении железнодорожного подвижного состава в условиях эксплуатации северного широтного хода // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2021. №1. URL: https://cyberlenmka.ru/artide/n/k-voprosu-ob-obledenenii-zheleznodorozhnogo-podvizhnogo-sostava-v-usloviyah-ekspluatatsii-severnogo-shirotnogo-hoda (дата обращения: 25.05.2022).
4. Кожухова М., Соболев К., Строкова В. // Супергидрофобное антиобледенительное покрытие для бетона // LAP LAMBERT Academic Publishing. 2014. - с. 9-97.
5. Наумов А.В., // Разработка методов совершенствования систем оборотного водоснабжения с башенными градирнями электростанций для увеличения выработки электроэнергии. Москва - 2015 - с. 13-28.
6. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. // Успехи химии.2008. Т. 77. № 7. С.619.
