CC BY
142
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН __________________________________2008, том 51, №9_____________________________
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
УДК 541.8.620.197: 677.21: 631.37: 663.25
Н.К.Каримов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, Н.С.Олимов
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭПОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ И
АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
Для разработки эпоксидных материалов нами был использован комплекс материалов. В качестве связующего брали эпоксидную смолу ЭД-6 (ГОСТ 10587-63) - продукт конденсации дифенилолпропана и эпихлоргидрин в присутствии щелочи. Отверженная эпоксидная смола ЭД-6 обладает высокой адгезией к металлам, пластичностью, твердостью, светостойкостью, высокими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью, хорошей смачиваемостью, малой усадкой при отверждении и другими положительными свойствами.
Из литературных источников известно, что составы на основе эпоксидной смолы ЭД-6 имеют более высокие механические характеристики, чем составы, изготовленные из смол этой подгруппы, например ЭД-5, ЭД-П, ЭД-Л и др.
Для отверждения эпоксидной смолы ЭД-6 в наших опытах был использован отверди-тель полиэтиленполиамин (СТУ 49-2529-62), положительные качества которого при отверждении эпоксидных составов достаточно отмечены в отечественной и зарубежной литературе. Полиэтиленполиамин является смесью различных аминов, основным компонентом которого является триэтилентетра амин
Н - С2Н4 - Н2 /
С2Н4 (1)
\
Н - С2Н4 - Н2
Взаимодействие первичного амина, входящего в химический состав ПЭПА с эпоксидной группой смолы ЭД-6, можно представить по следующей схеме:
К (У/ - (У/2- ЫН К + (Т/2-СН (У/ - (У/2-А' И1 (2)
О СИ1-СИ-Я// ,
2 I ’ 1
ОН
где: Я - остаток эпоксидной смолы, Я' - алифатический радикал амина.
В результате смола ЭД-6 из вязко текучего состояния переходит в твердую фазу.
С целью уменьшения хрупкости эпоксидных составов нами был использован пластифицирующий ингредиент дибутилфталат (ГОСТ 2102-51), который получил широкое при-
знание при создании антифрикционных и антикоррозийных материалов на основе эпоксидных смол.
Антифрикционные свойства эпоксидных составов, пластифицированных дибутилфта-латом, при всех равных условиях не уступают таким пластификаторам, как полиэфирные смолы, каменно-угольный деготь и тиоколы [1], что также подтверждается нашими предварительными исследованиями, влияния пластификаторов на износостойкость эпоксидных составов. Дибутилфталат - сложный эфир нормального бутилового спирта и ортофталевой кислоты с эмпирической формулой - С16 Н2О4 и структурной формулой
Тенденция введения двух или более наполнителей в эпоксидный состав носит не случайный характер. Известно, что низкий коэффициент теплопроводности эпоксидных составов без наполнителя ограничивает сферу использования их в качестве антифрикционных материалов в узлах трения механизмов и машин. И решение этой задачи требует правильного подбора наполнителей.
Прежде всего наполнитель должен обладать достаточной прочностью, хорошей смачиваемостью, теплопроводностью, низким коэффициентом трения, реакционной способностью и другими свойствами.
Прочный наполнитель при условии его прочной связи со связывающим будет упрочнять наполненную систему и позволит снизить величину деформации под нагрузкой. Введение мягкого и легко скользящего наполнителя позволит снизить коэффициент трения и повысить износостойкость эпоксидного состава. Реакционноспособность наполнителей будет способствовать получению эпоксидных составов, обладающих высокой адгезией и водостойкостью, коррозионной стойкостью, электро- и светостойкостью, теплопроводностью, износостойкостью, стойкостью к старению, долговечностью и другими свойствами.
Так, в работе [2] сообщается, что свободные фенольные гидроокислы и не прореагри-рованный дифенилолпропан значительно снижают водостойкость эпоксидного покрытия. Поэтому с целью повышения его водостойкости были введены специальные добавки - окислы металлов (СаО, РвО, РвО 2, Рв2О3 и др.), способные связывать свободные фенольные гидроокислы с образованием металлических мостиков - 0 — Рв -0 -
При этом следует отметить, что образование металлических мостиков имеет также прямое отношение к отводу тепла, образующегося в процессе работы металлополимерных подшипниковых пар трения. Исследованиями [3,4] установлено, что минеральные окислы избирательно адсорбируют эпоксисоединения, частично химически присоединяют их и вовлекают в реакцию полимеризации. Вследствие этого снижается коэффициент объемного
СО - О - СН2 - СН2 -СН2- СНз СО - О - СН2 - СН2 -СН2- СНз
(3)
термического расширения эпоксидных составов. Достоверность таких опытов подтверждается также нашими исследованиями при определении водостойкости эпоксидных составов с различными наполнителями минерального происхождения. Проводя опыты, мы вводили в эпоксидную смолу ЭД-6 не отдельно взятые элементы, а наполнители, включающие в себе гамму свойств и состоящие из различных видов соединений и окислов, способные отвечать почти на все требования, предъявляемые к антифрикционным и антикоррозионным материалам.
Высококачественные эпоксидные покрытия можно получить на основе использования в качестве упрочняющего материала многокомпонентного дисперсного наполнителя, заведомо обладающего различными свойствами. В частности, для проведения экспериментальных работ по определению относительной износостойкости эпоксидных покрытий в качестве наполнителей нами использовались углистая глина, каолинит белый, охра желтая, формовочная глина и охра красная. Выбранные наполнители включают в себя различные виды соединений и окислов в различных сочетаниях и предопределяют разную работоспособность наполненных эпоксидных покрытий (табл.).
Испытания эпоксидных составов, наполненных различными глинами, проведенные в абразивной среде без смазки, выявили интересную особенность в поведении этих покрытий.
Наибольшую износостойкость проявили эпоксидные покрытия, содержащие 80 в.ч. охры красной, и покрытия с углистой глиной. Износостойкость покрытия с охрой оказалась почти 1.75 раза выше, чем износостойкость перлитного чугуна (эталона), а покрытий с углистой глиной соответственно - в 1.72 раза. Установлено также, что и другие наполнители (формовочная глина, каолинит белый) способствуют увеличению износостойкости покрытий.
Таблица
Минералогический состав неорганических наполнителей
Наименование SІO2 ТС O2 AÍ2 O2 PbO Fe2O2 FeO MgO CaO Na2O P2O5 S H2O п. п Е
Углистая глина, % 55.37 1.20 21.58 1.50 1.21 1.55 1.45 1.02 3.26 0.34 0.09 0.08 1.29 10.01 100
Охра,% 59.63 0.96 18.14 1.10 7.28 0.57 1.21 0.48 3.53 0.26 0.11 0.10 0.59 6.04 100
Формовочная глина,% 54.58 1.15 27.93 __ 2.41 0.13 0.45 0.48 0.80 0.10 0.02 0.92 11.03 100
Таким образом, приведенные данные показывают, что высокая износостойкость эпоксидных покрытий наилучшим образом проявляется при введении в них минеральных наполнителей, при этом весовой износ стальных валов при трении их по эпоксидным покрытиям с наполнителями из углистой глины, красной охры и формовочной глины во всех случаях был
очень незначителен и изменялся в пределах 3.5-8.0 мг, тогда как за этот же промежуток времени средний весовой износ стальных валов, сопряженных с чугунными втулками, достигал порядка 44.5 мг.
При наполнении эпоксидных составов наполнителями минерального происхождения предел прочности при сжатии (стсж) и твердость эпоксидных составов возрастают. Так, если при наполнении покрытий 40 в.ч. наполнителями минерального происхождения предел прочности при сжатии эпоксидных составов достиг осж= 1015 ... 1040 кГ/см , а твердость до
20 ...21кг/мм , то при увеличении их наполнения до 120 в.ч. предел прочности при сжатии
2 2 повысился до 1120 .1160 кГ/см . а твердость до 25.26 кг/мм , а при дальнейшем увеличении (вплоть до 120 в.ч.) он снижается всего лишь на 32 кГ/см . Все это говорит о том, что каждый из рассмотренных наполнителей по-разному влияет на процесс структурирования покрытий.
Усиливающее действие наполнителей минерального происхождения на эпоксидный состав объясняется, очевидно, тем, что поверхность их частиц является активной по отношению к полимеру, то есть на поверхности частиц наполнителей прочно закрепляются молекулы эпоксидной смолы. В этом случае возрастание твердости и предела прочности при сжатии эпоксидных составов с наполнителями минерального происхождения становится понятным, если рассматривать указанные показатели как способность материала сопротивляться деформации. Иначе говоря, частицы дисперсного наполнителя минерального происхождения препятствуют развитию деформаций, играя роль «шипов», скрепляющих образование из полимерных структур и затрудняют скольжение вдоль плоскостей сдвига. В результате, для того чтобы произошел сдвиг, требуется больше усилий, что является следствием возрастания твердости и предела прочности при сжатии. Однако прочностные свойства эпоксидных составов с увеличением количества наполнителей не могут повышаться бесконечно. Они достигают оптимума своих прочностных свойств тогда, когда наступает их предельная смоло-ёмкость. В этом случае эпоксидная смола практически переходит в состояние предельно структурированных пленок, распределенных между частицами наполнителя. В системах «эпоксидная смола - высокодисперсные порошки (углистая глина, охра и формовочная глина)» эффект высокого наполнения нами не был обнаружен (вплоть до содержания их в количествах до 120 в.ч.), тогда как при введении оптимального содержания углистой глины, охры и формовочной глины эффект высокого наполнения обнаруживается при содержании наполнителей в количестве - 80 в.ч .
Таким образом, на основании результатов исследования можно утверждать, что, используя тот или иной тип наполнителей минерального происхождения, можно изменять по своему желанию свойства эпоксидных покрытий.
Установлено, что наилучшие физико-химические, механические и антифрикционные свойства приобретают покрытия с содержанием на 100 в.ч. смолы ЭД-6 по 80 в.ч. одного из таких наполнителей, как углистая глина, охра или формовочная глина.
Таджикский государственный педагогический Поступило 14.07.2008 г.
университет им. С.Айни
ЛИТЕРАТУРА
1. Ратнер С.Б. - Пластические массы, 1963, № 7, с.38
2. Применение полимеров в антикоррозионной технике. Под ред. И.Я.Клиновой и др. М.: Машгиз, 1962, 178 с.
3. Тростянская Е.Б. и др. - Механика полимеров, 1969, № 6, с. 1018.
4. Фурукаева Дж. и др. Полимеризация альдегидов и окисей. М.:Мир, 1965, 21.31
Н.К.Каримов, И.Н.Ганиев, Н.С.Олимов ТАЪСИРИ ОМИЛХОИ АСОСЙ БА ХУСУСИЯТХОИ ФИЗИКА-КИМИЁВИИ МАСОЛЕХИ КОМПОЗИТСИОНИИ ЭПОКСИДЙ, КИ БА ХАЙСИ РУПУШХОИ АНТИФРИКСИОНЙ ВА АНТИКОРРОЗИОНЙ ИСТИФОДА МЕШАВАНД
Тадк;ик;отх,о нишон медихднд, ки дар натичаи ба кдтрони эпоксидй 80...90 х,.в. охраи сурх ва хокаи лойи ангиштй хдмрох, кардан, ба хурдашавй тобоварии рупушх,ои эпоксидй 1.75 - 1.72 маротиба мувофикдн нисбат ба хурдашавии чуянх,ои перлитй баланд мегардад.
Мукдрар карда шудааст, ки хусусиятх,ои бех,тарини физика-кимиёвй, механикй ва антифриксиониро, таркибх,ои эпоксидй ва рупуш дар асоси онх,о х,осил мекунанд, агар ба кдтрони эпоксидй-100 х,.в., яке аз пуркунандах,о (хокаи лойи ангиштй, охра ё хокаи лойи ^олибоб) дар микдори 80 х,.в. хдмрох, карда шавад.
N.K.Karimov, I.N.Ganiev, N.S.Olimov RESEARCH OF BASIC FACTORS INFLUENCE TO PHYSICAL CHEMICAL PROPERTIES OF COMPOSITIONAL EPOXY MATERIAL APPLIED AS ANTIFRICSION AND ANTICORROSION SURFACE
Test of epoxide composition filled by various loading having 80 w.p.(weight part) of red ochre coaly clay shows tnat surface endyrance witn coaly clay is 1.75 times more tnen pearliticcast iron endyrance (standard), and surface witn coaly clay, correspondingly is 1.72 times.
There was set up thet the best physic and mechanic, chemical and antifrictuon properties will take tne surface heving at 100 w.p.resin ED-6 by 80 w.p. one of thet loading as coaly clay, ochre or molding loam.
