Розроблення та впровадження епоксикомпозитних покриттів із підвищеними експлуатаційними характеристиками Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

3. ТЕХНОЛОГ1Я ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ

УДК 667.64:678.026 Проф. А.В. Букетов, д-р техн. наук;

асист. О.О. Сапронов; доц. ЛЛ. Мокеенко, канд. техн. наук; доц. Т.1.1вченко, канд. техн. наук; доц. КМ. Клевцов, д-р техн. наук -

Херсонська державна морська академш

РОЗРОБЛЕННЯ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ ЕПОКСИКОМПОЗИТНИХ ПОКРИТТ1В 1З ШДВИЩЕНИМИ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Розроблено захисш покриття i технологи !х формування, якi безпосередньо впро-вадженi на пiдприeмствi Херсонсько! областi. Це дало змогу шдвищити гiдроабразивну стiйкiсть, антикорозiйнi властивостi, збшьшити мiжремонтний ресурс експлуатацп ме-хашзмш, агрегатiв промислового устаткування.

Ключовi слова: епоксидний олiгомер, покриття, адгезшний шар, поверхневий

шар.

Постановка проблеми. У процес експлуатацií на поверхнi деталей машин i механiзмiв технологiчного устаткування дiють механiчнi навантаження, високi та низью температури, агресивнi середовища та пдроабразивне руйну-вання, що призводить до зменшення ресурсу 1х роботи. Основними напрямками пiдвищення ресурсу роботи машин i механiзмiв е розроблення нових матерь алiв, зокрема i захисних покриттiв, якi забезпечують необхщний комплекс фiзи-ко-механiчних властивостей, корозшну тривкiсть i зносостiйкiсть, а також бага-торазове вiдновлення робочих поверхонь.

Аналiз останнгх дослщжень i публжацш. У нашiй краíнi та за кордоном створено широкий спектр композитних матерiалiв (КМ) на епоксиднiй основi з необхiдними експлуатацiйними властивостями, використання яких дае змогу ефективно захищати поверхню технологiчного устаткування вiд впливу агресив-них середовищ, що ктотно пiдвищуе зносостшшсть i експлуатацiйнi характеристики [1]. Важливе значення мають технологiчнiсть нанесення покриття на деталi складного профшю, економiчнiсть i довговiчнiсть при експлуатацií, що дае змогу значно скоротити трудовi i матерiальнi затрати на ремонтнi роботи.

Мета роботи - розробити покриття з шдвищеними експлуатацшними характеристиками для впровадження 1х у промисловiсть.

Матерiали та методика дослщження. Як основний компонент для зв'язувача шд час формування КМ вибрано епоксидний дiановий олпомер марки ЕД-20 (ГОСТ 10587-84). Для зшивання епоксидних композицiй використано твердник полiетиленполiамiн (ПЕПА) (ТУ 6-05-241-202-78), що дае змогу затвер-джувати матерiали за кшнатних температур. Вiдомо [2], що ПЕПА е низькомоле-кулярною речовиною, яка складаеться з таких взаемозв'язаних компонентов: [-СН2-СН2-ЫН-]П. Зшивали КМ, вводячи твердник у композищю при стехюметрич-ному спiввiдношеннi компонентов за вмiсту (мас.ч.) - ЕД-20: ПЕПА - 100: 10.

Як наповнювачi використано частки двоокису цирконда (ZrO2), оксиду алюмiнiю (Al2O3) з дисперсшстю 63 мкм та дрiбнодисперснi частки шчно! сажi (ПГМ-33) i бору крист^чного (БК) з дисперснiстю 8.12 мкм. Двоокис цирконда застосовують у виготовленш вогнетривких матерiалiв. Стосовно оксиду алюмшда треба зазначити, що, окрiм вогнетривкосп, матерiали з цим наповню-вачем мають високу твердкть i антифрикцiйнi властивостi. Пiчна сажа ПГМ-33 - це вуглецевий матерiал, що утворюеться внаслiдок неповного згоряння або термiчного розкладу вуглеводшв. Останнi мiстяться в природному або промис-ловому газах, у рщких продуктах (оливах) нафтового або кам'яновугшьного по-ходження. Елементарний склад ПГМ-33, %: С - 98,9; Н -0,4; S < 0,1; О - 0,6; мшеральний залишок - 0,1 [3]. Бор кристалiчний мае ромбоедричну форму (густина р = 2,45 г/см3), яка складаеться з майже правильних iкосаедрiв B12 iз частково деформованим кубiчним шдльним формоутворенням. Ця фаза фор-муеться за присутносп вуглецю або азоту i залежно вiд способу отримання на-бувае такого вигляду - B50C2 або B50N2.

Додатково у композицда вводили частки нанодисперснi частки спечено-го композиту (ННСК) з дисперсшстю 5 нм. Хiмiчний склад елемештв ННСК, %: карбонат кальцiю (CaCO3) - 47,46; вуглець (графiт, сажа) (C) - 11,27; карбонат калда (K2CO3) - 37,97; хлорид калда (KCl) - 3,29.

Епоксидний КМ для нанесення покриття, формували за такою техноло-гiею: попередне дозування епоксидно! дiановоí смоли ЕД-20, пвдгршання смоли до температури Т = 353±2 К i ц витримка за цiеí температури упродовж часу т = 20±°д хв.; дозування наповнювачiв та подальше введения !х в епоксидний зв'язувач; пдродинашчне сумiщения олiгомера ЕД-20 i наповнювачш упродовж часу т = 1±0,1 хв; УЗО композицií упродовж часу тЗ = 1,5±0,1 хв; охолодження композицп до кшнатно1 температури упродовж часу т = 60±5 хв; введення твер-дника ПЕПА i перемiшувания композицп упродовж часу т = 5±0,1 хв. Надалi зат-верджували КМ за експериментально встановленим режимом: формування зразюв та витримування упродовж часу т = 12,0±0,1 год за температури Т = 293±2 К, на^вання зi швидкiстю и = 3 К/хв до температури Т = 393±2 К, вит-римування КМ упродовж часу т = 2,0±0,05 год, повiльне охолодження до температури Т = 293±2 К. З метою стабшзацп структурних процесiв у матрицi зразки витримували упродовж часу т = 24 год на повiтрi за температури Т = 293±2 К з наступним проведенням експериментальних випробувань.

Результати дослвджень та ix обговорення. На основi проведених досль джень розроблено матерiали та режими формування епоксидних композицiй для зносостшких композит. До розроблених полiмеркомпозитних покриттав, що вiдповiдають високим вимогам експлуатацп, належить: ПКП-1, ПКП-2, ПКП-3.

Покриття 1 (ПКП-1). Основне призначення покриття - збшьшення мiж-ремонтного ресурсу роботи дейдвудних валiв. ПКП-1 - матерiал на основi епок-сидно! матрицi та двокомпонентного бiдисперсного наповнювача. Розроблений матерiал мiстить адгезiйний шар, що забезпечуе пiдвищения адгезiйноí мщносп композиту до основи, та поверхневий шар, що наносять на частково полшери-зований епоксикомпозит з метою шдвищення знососпйкосп поверхиi дейдвуд-

них валiв (рис. 1). Розроблений матерiал мае висою показники фiзико-механiч-них, теплофiзичних властивостей i зносостiйкiсть, а термш його експлуатацп -3.6 роюв. Низька вартiсть iнгредiентiв полiмерноí композицп, порiвняно з вь домими матерiалами, забезпечуеться пiдвищенням якостi i збшьшенням термь нiв експлуатацп та мiжремонтних перiодiв роботи.

Технологiчний процес формування ПКП-1 складаеться з таких операцш: пiдготовка поверхнi, приготування композицiй, нанесення адгезiйного i повер-хневого шарiв, полiмеризацiя композиту. Якiсть пiдготовки захисно'1 поверхнi значною мiрою визначае надшшстъ i довговiчнiсть ПКП-1. Пiдготовка поверхш полягае в обезжирюваннi та видаленш рiзних забруднень, окалини, iржi методом шскоструминно'1 оброблення.

Приготування композицш полягае у дозуваннi компонентiв i пiдготовцi наповнювачiв (очищеннi дисперсних часток вщ домiшок методом ультразвуко-во'1 оброблення). Порошки однорiдних фракцiй просушують у сушильнiй шафi за температури 323.353 К упродовж 2 год. До епоксидно'1 смоли додають на-повнювачi у вiдповiдних спiввiдношеннях та добре змшують 1х. Пiсля пдроди-намiчного змiшування компонентiв вводять твердник безпосередньо перед на-несенням композицп на сталеву поверхню.

Адгезiйний шар складаеться з таких компоненпв: мас.ч.:

• епоксидний дiановий олiгомер ЕД-20 100;

• твердник полiетиленполiамiн (ПЕПА) 10;

• нанодисперсний наповнювач спеченого композиту (5 нм) 0,04.. .0,06. Поверхневий шар складаеться з таких компоненпв, мас.ч.:

• епоксидний дiановий олтемер ЕД-20 100;

• твердник полiетиленполiамiн (ПЕПА) 10;

• оксид алюмшю (63 мкм) 60.80;

• бор кристатчний (8.12 мкм) 30.40.

Адгезшний та поверхневий шари наносять традицшними способами. Найбiльш продуктивним i технолопчним е метод пневматичного розпилення, який дае змогу наносити рiвномiрнi за товщиною шари матерiалу на поверхш складно'1 конфiгурацií.

Покриття 2 (ПКП-2). Основне призначення - пiдвищення корозшно'1 стiйкостi корпусiв середньогабаритних суден. Розроблений матерiал мiстить ад-гезiйний шар, що забезпечуе значне пiдвищення адгез^о'1 мiцностi композиту до основи, та поверхневий шар, що наноситься на частково полiмеризований епоксикомпозит з метою тдвищення стшкосп до корозií корпуав суден (рис. 1). Розроблений матерiал мае високi показники фiзико-механiчних, тепло-фiзичних властивостей i зносостiйкiсть, при чому термш його експлуатацп -5.6 роюв.

Рис. 1. Схема покриття ПКП-1 i ПКП-2:1) функцгональний (поверхневий) шар; 2) адгезшний шар; 3) металева основа

Технологiчний процес формування ПКП-2 складаеться з операцш, наве-дених вище при опис технологií формування покриття ПКП-1. Шсля пдроди-намiчного змiшування компонентiв вводять твердник безпосередньо перед на-несенням композици на сталеву поверхню.

Адгезшний шар складаеться з таких компоненпв: мас.ч.:

• епоксидний дiановий олтемер ЕД-20 100;

• твердник полiетиленполiамiн (ПЕПА) 10;

• двоокис цирконш (63 мкм) 70.. .80;

• тчна сажа (8...12 мкм) 20...25.

Поверхневий шар складаеться з таких компоненпв, мас.ч.:

• епоксидний дiановий олтемер ЕД-20 100;

• твердник полiетиленполiамiн (ПЕПА) 10;

• оксид алюмшш (63 мкм) 60.. .80;

• бор кристатчний (8...12 мкм) 30...40.

Адгезшний та поверхневий шари наносять методом пневматичного роз-пилення, який дае змогу сформувати рiвномiрнi за товщиною шари матерiалу на поверхнi складно'' конфнурацп.

Покриття 3 (ПКП-3). Основне призначення - захиснi покриття для ме-ханiзмiв машинного вiддiлення або - у виглядi композитного матерiалу для формування дейдвудних пiдшипникiв та ущшьнень. Розроблений матерiал мю-тить: шпатлювальний шар, що забезпечуе усунення нерiвностей поверхонь, раковин, а також дефеклв (вм'ятин), якi утворюються на поверхнi деталей пiд час 'х експлуатацп; адгезiйний шар наносять на частково полiмеризований шпатлювальний шар, що забезпечуе тдвищення адгезшно'* мiцностi композиту; поверхневий шар наносять на частково полiмеризований адгезш ний шар з метою тдвищення фiзико-механiчних властивостей i зносостiйкостi поверхш мехашз-мiв, агрегатiв та окремих вузлiв устаткування (рис. 2). Розроблений матерiал мае високi показники фiзико-механiчних, теплофiзичних властивостей i зносос-тшюсть, причому термш його експлуатацп - 5.. .7 рок1в.

Рис. 2. Схема покриття ПКП-3:1) функцгональний (поверхневий) шар;

2) адгезш ний шар; 3) шпаклювальний шар; 4) металева основа

Важливим i визначальним фактором технiко-економiчних переваг нового матерiалу е можливiсть його нанесення у технолопчних примiщеннях за юм-натних температур. Особливiсть формування цього матерiалу полягае у тому, що для машинного вщдтення характерний градiент температур та висока воло-гiсть. У таких умовах практично неможливо яюсно очистити металеву поверхню устаткування. Окрм цього, матерiал повинен бути холодного тверднення, позаяк у технолопчних примщеннях для створення необхiдного температурного режиму полiмеризацií необхiднi значн економiчнi затрати. У зв'язку з цим на основi аналiзу агресивносп технологiчних i допомiжних середовищ, темпера-

2

3

4

турних режишв експлуатацií устаткування, термiнiв його експлуатацл та мас-штабiв виробництва об'ектом для використання розробленого матерiалу вибра-но дейдвуднi пiдшипники та ушдльнення. Пiд час формування дейдвудних ущшьнень у важко доступних мiсцях доцшьно заливати композицда поверхне-вого шару у наперед визначену мсткгсть чи об'ем.

Технолопчний процес формування ПКП-3 складаеться з операцш наве-дених вище (ПКП-1, ПКП-2). Пкля пдродинамОчного змтування компонентов вводять твердник безпосередньо перед нанесенням композицп на сталеву по-верхню О у три послщовних етапи наносять покриття.

Шпатлювальний шар складаеться з таких компонент: мас.ч.:

• епоксидний д1ановий ол1гомер ЕД-20 100;

• твердник пол1етиленпол1амш (ПЕПА) 10;

• двоокис циркотю (63 мкм) 70. 80;

• тчна сажа (8.12 мкм) 20.25.

Адгезшний шар складаеться з таких компонент: мас.ч.:

• епоксидний д1ановий ол1гомер ЕД-20 100;

• твердник пол1етиленпол1амш (ПЕПА) 10;

• нанодисперсний наповнювач спеченого композиту (5 нм) 0,04.0,06.

Поверхневий шар складаеться з таких компонентов, мас.ч.:

• епоксидний д1ановий ол1гомер ЕД-20 100;

• твердник пол1етиленпол1амш (ПЕПА) 10;

• оксид алюмшю (63 мкм) 50. 60;

• бор кристал1чний (8.12 мкм) 25.30.

Шпатлювальний, адгезшний та поверхневий шари наносять методом пневматичного розпилення, що забезпечуе рОвномОршсть за товщиною шарОв матерОалу на поверхнях складно!' конфкурацц.

Результати порОвняльних випробувань фОзико-мехашчних, теплофОзич-них властивостей О зносостшкосп розроблених (ПКП-1, ПКП-2, ПКП-3) та ввдо-мих матерОалОв О захисних покритпв на íх основО свщчать про висою експлуата-цшш характеристики О доцшьнкть використання нових композитов (табл.).

Табл. Поргвняльм показники властивостей розроблених I вгдомих композитних матергалгв та покритт1в на /х основ!

Показник ПКП-1 ПКП-2 ПКП-3 Ст. 45 УР-41* ГЕС-1.....

Адгезшна мщтсть, аа, МПа, 76,6 65,5 76,6 - 52,1 46,4

Руйнiвнi напруження при згинант, оз., МПа 53,2 52,5 52,8 - 38,4 62,1

Модуль пружносп при згинант, E, ГПа 8,0 7,6 7,8 - 5,5 4,2

Геплостшюсть, Т, К 353 352 352 - 338 346

Вiдносна штенсивтсть зношування, I, % 0,33 0,38 0,36 1,00 0,79 0,68

* шшуретановий MaTepi^; ** гумований ебоштовий склад.

Треба зазначити, що розроблеш покриття i технологи ix формування та нанесення впроваджено в ТОВ "СК "Марина груп" (м. Херсон), що дае змогу вiдмовитись вщ використання традицiйниx грунтовок i покриттав. Це в подаль-шому забезпечуе отримання значного економiчного ефекту.

Висновки. За результатами експериментальних дослiджень розроблено композитнi матерiали, заxиснi покриття на ix основi i технологи ix формування.

Впровадження розроблених матерiалiв на ТОВ "СК "Марина груп" (м. Херсон) забезпечило:

• тдвищення стiйкостi до гiдроабразивного зношування деталей у 2,0...2,3 рази;

• тдвищення антикорозшних властивостей механiзмiв, агрегаив та устаткування

у 3,6...3,8 рази;

• збшьшення мiжремонтного ресурсу експлуатацп деталей у 3,6... 3,8 рази.

Надалi розробленi матерiали можливо використовувати у виглядi пок-

риттав для деталей i корпусiв середньо- та великогабаритних суден, ят експлу-атуються в умовах впливу агресивних середовищ, а також як матерiали, яи експлуатуються в разi статичних i динамiчних навантажень.

Лiтература

1. Кудрин А.П. Износостойкость покрытий в условиях гидроабразивного изнашивания / А.П. Кудрин, В.Ф. Лабунец, О. А. Вишневский, Али Ризк // Промислова пдравлша i пневматика. - 2004. - № 4(6). - С. 67-72.

2. Букетов А.В. Властивост модифшованих ультразвуком епоксипластш / А.В. Букетов, П.Д. Стухляк, IB. Чихiра. - Тернопiль : Вид-во "Крок", 2011. - 201 с.

3. Энциклопедия полимеров / ред. колегш. В.А. Кабанов. - М. : Изд-во "Советская Энциклопедия", 1974. - Т. 2. - 1032 с.

Букетов А.В., Сапронов А.А., Моисеенко Л.Л., Ивченко Т.И., Клевцов К.Н. Разработка и внедрение эпоксикомпозитных покрытий с повышенными эксплуатационными характеристиками

Разработаны защитные покрытия и технологии их формирования, которые непосредственно внедрены на предприятии Херсонской области. Это позволило повысить гидроабразивную стойкость, антикоррозионные свойства, увеличить межремонтный ресурс эксплуатации механизмов, агрегатов промышленного оборудования.

Ключевые слова: эпоксидный олигомер, покрытия, адгезионный слой, поверхностный слой.

Buketov A.V., Sapronov O.O., Moiseenko L.L., Ivchenko T.I., Klevtsov K.N. Development and Introduction of Epoxide Composite Coating with High Performance Characteristics

Protective coatings and methods of their formation that are directly introduced into the enterprise of Kherson region are developed. It enabled hydro adhesive and corrosive resistance to increase, interrepairing resource for exploitation of mechanism and industrial equipment units to enhance.

Keywords: epoxide oligomer, coating, adhesive layer, surface layer.

УДК 628.4:544.4 Проф. Л.1. Челядин, д-р техн. наук -

1вано-Франшвсьшй НТУ нафти i газу

ХЕМОСОРБЦ1ЙНЕ ОЧИЩЕННЯ ВИКИДНИХ ГАЗ1В 13 ВМ1СТОМ КАРБОН (II) ОКСИДУ ВУГЛЕЦЕВОМШЕРАЛЬНИМ МАТЕР1АЛОМ

Наведено даш щодо техногенних забруднень у довкшля та шквдливих ввд транспортних засобiв. Для очищення викидних газiв дослщжено вуглецевомшеральш матерiали (ВММ). За результатами експериментальних дослщжень встановлено, що ак-тившсть ВММ за температур 250-350 0С викидних газiв е найвищою. Дослщження iз впливу хiмiчних сполук на поверхш ВММ довело, що найбшьш активними матерiала-ми е з покриттям феритами шкелю i хрому. На основi експериментальних даних побу-