Введение к работе
Актуальность. При эксплуатации животноводческих предприятий и комплексов ежегодно образуется до 175 млн т продуктов жизнедеятельности животных – естественных загрязнителей окружающей среды. Агрессивные продукты проходят через приемные каналы, очистные системы, отстойники и фильтры различного назначения. Большинство этих сооружений и систем выполнены из металла, а в качестве защитного покрытия от разрушения преимущественно используются лакокрасочные или битумные покрытия. Данный способ защиты элементов очистных сооружений малоэффективен, так как, агрессивность среды эксплуатации изменяется в диапазоне от рН 2,3 (для силоса и продуктов жизнедеятельности животных) до рН 12,0–13,2 (для дезинфицирующих средств) в интервале температур от –50 С до +60 С. В результате этого сооружения быстро выходят из строя. Высокая степень агрессивности навоза обусловлена патогенными микроорганизмами, сохраняющими жизнеспособность длительное время. Следует отметить, что это отрицательно воздействует на окружающую среду вокруг сельскохозяйственных предприятий, на здоровье людей и животных, на качество сельскохозяйственной продукции. Поэтому важным является повышение эффективности защиты элементов очистных сооружений от воздействия агрессивной среды. Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки модифицированных полимерных порошковых композиций и способов формирования на их основе защитных покрытий металлических конструкций очистных сооружений и их элементов, что позволит улучшить экологическую обстановку животноводческих предприятий.
Диссертационные исследования выполнялись в рамках общероссийской программы 01.87.0.001.003 Минсельхоза Российской Федерации: тема ХIУ «Разработать методы повышения долговечности и эффективности работы строительных конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений» и по программе 5.02 «Экология, охрана окружающей среды Сибири» в период 1995–2012 гг. и в соответствии с научно-технической программой Новосибирского государственного аграрного университета «Создание и опытно-промышленное освоение новых энергосберегающих технологий и техники модульного исполнения для производства строительных материалов из местного сырья и промышленных отходов». Исследования проведены в научных лабораториях и испытательных центрах Новосибирского государственного аграрного университета, СО РАН, НПО «СибГЕО» и др.
Цель работы: разработка научно обоснованных составов и способов приготовления термонапыляемых модифицированных полиэтиленовых композиций повышенной адгезионной и коррозионной стойкости, а также технологии нанесения покрытий для защиты металлических поверхностей очистных сооружений сельскохозяйственного назначения и обеспечения их длительной эксплуатации.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
-
Провести анализ и систематизировать причины коррозионного разрушения металлических элементов инженерных систем сельскохозяйственных зданий и сооружений. Дать оценку прочностных свойств и коррозионной стойкости традиционных материалов и конструкций, используемых в сельском строительстве.
-
Определить основные закономерности формирования структуры малопроницаемых напыляемых полимерных покрытий из порошкового полиэтилена низкого давления (ПЭНД) с различными способами предварительной подготовки металлических поверхностей в условиях воздействия коррозионных сред.
-
Осуществить комплекс лабораторных исследований образцов, стендовые и полигонные испытания экспериментальных защитных покрытий для определения зависимости прочностных, деформативных свойств и коррозионной стойкости модифицированных напыляемых полиэтиленовых композиций от структурообразующих и физико-химических факторов при воздействии эксплуатационных нагрузок и сред.
-
Провести оценку предлагаемых методов предварительной обработки и последующей защиты разрушаемых мест в металлических конструкциях сельскохозяйственных объектов на контактных поверхностях «полимерная защита – сталь» и разработать способы повышения адгезии путем предварительной обработки композициями с наноразмерными составляющими.
-
Разработать методические принципы расчета оптимальной толщины защитных полимерных композиций с заранее заданными свойствами для применения в различных условиях эксплуатации и при различной степени разрушения металлических элементов, а также разработать методы прогнозирования долговечности поверхностной защиты.
-
Разработать технологию нанесения напыляемых полимерных материалов на металлические поверхности очистных сооружений с предварительной их обработкой наноразмерными составами; организовать опытно-производственное внедрение в условиях действующих животноводческих комплексов сельскохозяйственных предприятий.
-
Провести технико-экономическую оценку эффективности применения коррозионно-стойких напыляемых модифицированных полимерных композиций в агрессивных средах животноводческих комплексов.
Объект исследования
Модифицированные полиэтиленовые композиции для защиты металлических конструкций очистных сооружений.
Предмет исследования
Процессы модифицирования порошкового полиэтилена низкого давления при предварительной обработке полимерного порошка и защищаемой металлической поверхности, технологические приемы нанесения защитных покрытий, структурообразование получаемого покрытия как процесс модификации.
Научная новизна
-
-
Показано, что предварительная обработка металлических поверхностей активирующими композициями на основе кремнезоля и УНТ увеличивает адгезию к ним напыляемого покрытия из порошкового ПЭНД в 1,5–2,5 раза, так как в процессе полимеризации полимерной пленки в контактном слое формируется упорядоченная структура полиэтилена.
-
При исследовании процесса полимеризации расплава напыляемого порошкового ПЭНД установлено, что предварительная обработка активирующими композициями на основе кремнезоля и УНТ металлических поверхностей и порошкового ПЭНД приводит к модификации полимерного покрытия, при этом его прочность увеличивается на 25–45%, так как в процессе полимеризации полимерной пленки формируется пространственная разветвленная структура полиэтилена.
-
Доказано, что в результате предварительной обработки защищаемой поверхности активирующими композициями кремнезоля и УНТ наблюдается модифицирование напыляемого порошкового покрытия, что обеспечивает увеличение плотности и снижение усадки полиэтиленовых защитных композиций на 50–70%, сближает коэффициенты линейного температурного расширения покрытия и поверхности, чем обеспечивает их совместную работу.
Практическое значение
Разработаны и внедрены модифицированные порошковые полиэтиленовые материалы для защиты металлических поверхностей конструкций очистных сооружений животноводческих комплексов, напыляемые полимерные покрытия на их основе обеспечат значительное уменьшение межремонтных периодов, сократят трудовые, материальные и энергетические затраты.
Предложены активирующие композиции на основе водного раствора кремнезоля и УНТ для предварительной обработки металлических поверхностей очистных сооружений, способствующие увеличению адгезии, долговечности и надежности напыляемых полимерных защитных покрытий инженерных систем животноводческих объектов сельскохозяйственного назначения.
Разработаны специальные устройства для нанесения полиэтиленовых газонапыляемых покрытий, а также нормативно-техническая документация и рекомендации по производству предлагаемых защитных антикоррозионных составов для широкого внедрения в сельском строительстве.
Основные результаты работы были апробированы на инженерных объектах и очистных сооружениях предприятий Новосибирской области: на молочных животноводческих фермах: ОАО «Устьянцевское», ОАО «Пригородное» и Кудряшовском свинокомплексе.
Достоверность основных положений и выводов диссертации определяется использованием современных методов научного исследования, подтверждена согласованием механометрических свойств модифицированного ПЭНД с основными положениями строительного материаловедения, обеспечивается методически обоснованным комплексом структурно-чувствительных методов исследования с использованием современных средств измерения на аттестованном оборудовании и обработки результатов испытаний.
На защиту выносятся:
– экспериментально и теоретически обоснованные принципы формирования защитных полимерных напыляемых покрытий с добавками направленного действия, обеспечивающими высокую адгезию и антикоррозионные качества защищаемым металлическим поверхностям в условиях воздействия агрессивных сред сельскохозяйственного производства;
– экспериментально установленные и практически подтвержденные зависимости увеличения плотности и снижения усадки полиэтиленовых защитных композиций в зависимости от способа предварительной обработки металлических поверхностей очистных сооружений наноразмерными композициями;
– разработанные рецептурно-технологические параметры активирующих композиций на основе водного раствора кремнезоля с УНТ, позволяющие регулировать свойства как самих порошковых полимерных материалов, так и защищаемых металлических поверхностей;
– результаты исследования основных свойств контактных слоев в системе «защищаемая металлическая конструкция – полимерная композиция»;
– результаты апробирования и внедрения разработанных композиций, способов их нанесения на поверхности металлических конструкций очистных сооружений в производственных условиях, а также технико-экономическая оценка полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических международных, всероссийских, региональных и межвузовских конференциях и семинарах в городах Новосибирске (НГАУ, НГАСУ, «СтройСиб» на Сибирской Ярмарке), Томске, Казани, Саратове, Волгограде, Челябинске по новым строительным материалам и моделированию в строительном материаловедении в 2008–2013 гг.
Публикации. Основные результаты научных исследований опубликованы в 13 статьях, в том числе 2 из которых были опубликованы, в изданиях рекомендованных ВАК, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов; получены 1 патент РФ на изобретение и 5 на полезную модель.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы, включающего 157 наименований, и приложения. Общий объем работы составляет 140 страниц машинописного текста. Диссертация содержит 51 иллюстрацию, 17 таблиц.
Похожие диссертации на Модифицированные полиэтиленовые композиции для защиты металлических конструкций очистных сооружений
-
