Введение к работе
Актуальность. Прогресс в создании и промышленном производстве полимерных композиционных материалов и покрытий, в огромной степени способствующий развитию современной техники, неразрывно связан с их многочисленными достоинствами.
По перспективности применения и разнообразию свойств среди полимерных материалов лидирующее положение занимает поливинилхлорид (ПВХ), материалы на основе которого применяются в машиностроении, энергетике и т.п.
В машиностроении композиции на основе ПВХ в виде гранул, порошков, пленок, лент, листов, пенопластов применяются для изготовления широкого ассортимента технических деталей, технологической оснастки, гибких трубок, шланг, изоляции кабелей, прокладочно-уплотнительных и других видов материалов, а также для антикоррозионной защиты и декоративной отделки.
Отличительной особенностью ПВХ является высокая вязкость расплава в условиях переработки и невысокая термическая стабильность, что является причиной использования его исключительно в модифицированном виде в сочетании с различными целевыми добавками: стабилизаторами, пластификаторами, наполнителями, полимерами и др.
Применительно для ПВХ важной задачей является изыскание новых, доступных и дешевых модификаторов, среди которых наибольший интерес представляют техногенные отходы в виде дисперсных наполнителей. Перспективным направлением является также модификация ПВХ полимерными добавками как в отдельности, так и в сочетании с наполнителями, что обеспечивает получение усиленных ПВХ-композиций конструкционного назначения.
Наличие многочисленных добавок в ПВХ-композициях приводит к возникновению разнообразных специфических эффектов в процессе переработки и эксплуатации готовых изделий. Установление особенностей и закономерностей проявления этих эффектов, влияющих на формирование структуры и свойств композиционных материалов, представляет актуальную проблему.
Важным направлением в современной технике, в том числе и в машиностроении, является использование различных по функциональному назначению покрытий, среди которых наиболее перспективными являются покрытия на основе полимерных порошковых композиций (ППК). Особую актуальность в этой связи приобретают исследования по разработке составов, совершенствованию оборудования и технологии нанесения коррозионно-эрозионностойких, защитно-декоративных и других видов покрытий.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка рецептурно-технологических параметров получения композиционных материалов и порошковых покрытий различного функционального назначения с заданным уровнем технологических и эксплуатационных свойств.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
– выявить закономерности влияния дисперсных наполнителей и полимерных модификаторов на изменение реологических, теплофизических и деформационно-прочностных свойств композиционных материалов на основе ПВХ;
– установить особенности совместного модифицирующего действия дисперсных наполнителей и полимерных модификаторов на технологические и эксплуатационные свойства ПВХ-композиций;
– определить интервалы количественного соотношения модифицирующих добавок, обеспечивающие оптимальные технические свойства композиционных материалов;
– разработать полимерные композиции, технологические процессы и оборудование для получения порошковых покрытий различного назначения; определить оптимальные режимные параметры их нанесения и формирования;
– апробировать в производственных условиях результаты экспериментальных исследований.
Научная новизна:
– установлены особенности модифицирующего действия различных по природе дисперсных наполнителей и полимерных модификаторов как в отдельности, так и при оптимальном их сочетании.
– определены закономерности изменения реологических, теплофизических и деформационно-прочностных свойств ПВХ-композиций в широком интервале соотношения модифицирующих добавок, температур и режимов деформирования;
– выявлен эффект малых добавок, проявляющийся в заметном изменении доминантных свойств композиций, обусловленный спецификой структурно-морфологического строения ПВХ;
– определены закономерности изменения режимных параметров получения различных по функциональному назначению полимерных порошковых покрытий.
Практическая значимость:
– расширена сырьевая база дешевых и доступных наполнителей органической и неорганической природы, а также полимерных модификаторов;
– разработаны эффективные композиционные материалы на основе органических дисперсных наполнителей, смесевых термоэластопластов, а также смесей органических и неорганических наполнителей, синтетических каучуков и термоэластопластов с повышенной перерабатываемостью, термической стабильностью и прочностью;
– определены оптимальные соотношения дисперсных наполнителей и полимерных модификаторов, а также их смесей в рецептурах ПВХ–композиций;
– разработаны композиции, комплекс новых технологий и оборудования для нанесения и формирования порошковых покрытий различного функционального назначения.
Внедрение результатов исследований:
Результаты исследований нашли практическое применение при изготовлении деталей машиностроения из композиционных материалов на «ХИТОН-ПЛАСТ», профильно–погонажных изделий на ООО «Полимерно–композитные материалы», а также для нанесения порошковых покрытий на изделия различного назначения из металлических и неметаллических материалов в ООО «Стальспецмонтаж», ООО «Политон», ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение», инженерно-технологическом центре «ЛАКОР» (г.Киров), ООО «Заводское» (г. Воткинск).
Апробация работы:
Результаты выполненной работы обсуждались на конференциях: «Новая химическая продукция, технология изготовления и применения», Пенза, 1995г.; «Актуальные проблемы научных исследований и высшее профессиональное образование», Казань, 1997г.; «Современные проблемы материаловедения», Гомель, 1998г.; «Технологические проблемы производства элементов и узлов авиакосмической техники», Казань, 1998, 2000гг.; «Формирование структур, свойств порошковых композиций и функциональных материалов», Самара, 1999г.; «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе. Проблемы конструкционной прочности двигателей», Самара, 1999г.; «Композиты и глубокая переработка природных ресурсов», Н. Челны, 1999г.; «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве», Казань, 1999-2001г.; «Композиты в народное хозяйство России», Барнаул, 1999г.; «Химия и окружающая среда», Казань, 2000г.; «Энергосбережения в химической технологии», Казань, 2002г.; «Фундаментальные исследования в технических университетах», С-Петербург, 2003г.; «Машиностроение и техносфера XXI века», Севастополь, 2003-2009гг.; «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков», «Пенза, 2003г.; «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, 2004-2009гг.; «Современные проблемы технической химии», Казань, 2007г.; «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», Москва, 2006г.; «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики», Казань, 2007-2009гг.; «Современные техника и технологии», Томск, 2007г.; «Материаловедение и технологии конструкционных материалов в промышленности», Ялта-Киев, 2006-2009гг.; «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы», Казань, 2009г.; «Автомобиль и техносфера», Казань, 2008г.; «Полимеры в строительстве», Казань, 2009г.; «Камские чтения», Н. Челны, 2009г.
Реализация работы:
Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке студентов по дисциплинам «Материаловедение и ТКМ», «Новые материалы и технологии», «Электротехнические материалы». Галимова Н.Я. является соавтором пяти учебных пособий с грифом УМО: «Полимерные материалы. Структура, свойства и применение», Казань, КГТУ им.А.Н.Туполева, 2001г., 187с; «Полимерные материалы в биомедицинской технике», Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2003г., 242с; «Материалы приборостроения», Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2008г., 672с; «Материаловедение для экономистов» в 2-х томах, Казань, КГТУ им.А.Н.Туполева, 2009г., 309с; «Материалы приборостроения», Изд-во «Колос С».М.,2010г., 284с.
На защиту выносятся:
– закономерности изменения реологических, термических, термомеханических и деформационно-прочностных свойств модифицированных композиционных материалов на основе ПВХ;
– оптимальные рецептуры наполненных лигнинсодержащими соединениями ПВХ-композиций с повышенной перерабатываемостью, термической стабильностью и прочностью;
– оптимальные составы модифицированных термоэластопластами ПВХ-композиций с повышенной перерабатываемостью и термической стабильностью;
– оптимальные составы многокомпонентных систем: ПВХ – дисперсные наполнители органического или минерального происхождения – термоэластопласты или синтетические каучуки с повышенной перерабатываемостью и деформационно-прочностными свойствами;
– эффективные составы модифицированных порошковых поливинилхлоридных композиций для получения покрытий с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами;
– технология и оборудования для нанесения порошковых покрытий на неметаллические материалы электростатическим способом;
– технология и оборудования для нанесения порошковых покрытий сублимационным декорированием;
– технология нанесения коррозионно-эрозионностойких порошковых покрытий на корпусные и другие детали приводов компрессоров газоперекачивающих установок.
Достоверность результатов работы подтверждается достаточным объемом проведенных экспериментальных исследований, использованием современных методов и средств измерений, а также статистической обработкой полученных данных.
Публикации:
По результатам выполненных исследований опубликовано 67 работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 127 наименований и приложения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, включает 8 таблиц и 42 рисунка.
