Формирование металлополимерных покрытий на основе водных дисперсий сополимера тетрафторэтилена с этиленом методом катодного электроосаждения

• Автор: Клеменкова, Вера Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ с.

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Фторированные полимеры

1.1.1 Химия фторполимеров и перспективные направления исследований

1.1.2 Фторопласты свойства, строение, получение

1Л .3 Промышленное применение фторполимеров

1.2 Полимерные композиционные материалы и покрытия

на основе фторированных углеводородов

1.3 Катодное формирование композиционных металлополимерных покрытий

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2Л Объекты исследований
2Л Л Характеристика полимера
2.1.2 Характеристика поверхностноактивных веществ
2Л.З Вспомогательные вещества
2.2 Приготовление полимерных дисперсий, электролитов и суспензий
2.2.1 Получение дисперсии сополимера тетрафторэтилена с этиленом
2.2.2 Приготовление суспензий для катодного формирования металлополимерных покрытий и вспомогательных растворов
2.3 Методы исследований физикохимических свойств дисперсии сополимера тетрафторэтилена с этиленом, электролитов и суспензий на основе полимерной дисперсии
2.3.1. Измерение краевого угла смачивания
2.3.2 Спектральный анализ
2.3.3 Определение агрегативной устойчивости полимерной суспензии
по кинетике седиментации
2.3.4 Дисперсионный анализ размеров агрегатов в полимерной дисперсии
2.3.5 Анализ КЛАВ в полимерной дисперсии
2.3.6 Определение равновесной концентрации олигомерного КПАВ измерением поверхностного натяжения
2.3.7 Определение электрофоретической подвижности частиц полимера
2.3.8 Исследования реологических свойств полимерных дисперсий
2.4 Катодное формирование и обработка композиционных покрытий
2.5 Методы исследований режимов электроосаждения
и свойств композиционных металлофторопластовых покрытий
2.5.1 Методика снятия поляризационных кривых
2.5.2 Определение состава композиционного никельфторопластового покрытия
2.5.3 Определение выхода по току металла в металлополимерном покрытии
2.5.4 Изучение морфологии поверхности и структуры покрытий
2.5.5 Определение микротвердости металлополимерных покрытий
2.5.6 Определение коэффициента трения никельфторопластовых покрытий
2.5.7 Исследование защитной способности мсталлополимерных покрытий в агрессивных средах
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ СОПОЛИМЕРА ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА С ЭТИЛЕНОМ
3.1 Изучение физикохимических свойств полимерной дисперсии
3.1.1 Выбор и обоснование поверхностноактивного вещества
3.1.2 Изучение адсорбции поверхностноактивного вещества на частицах фторполимера
3.1.3 Исследование электрокинетических характеристик частиц сополимера тетрафторэтилена с этиленом
3.1.4 Исследование реологических свойств дисперсий сополимера тетрафторэтилена с этиленом
3.2 Изучение процесса катодного формирования композиционных металлополимерных покрытий, их состава и свойств
3.2.1 Изучение процесса катодного формирования полимерного покрытия
3.2.2 Влияние концентрации ПАВ и режима процесса катодного формирования на состав и структуру никельфторопластовых покрытий
3.2.3 Изучение морфологии поверхности композиционных никельфторопластовых покрытий
3.2.4 Исследование физикомеханических свойств металлополимерных покрытий
3.2.4.1 Микротвердость металлополимерных покрытий
3.2.4.2 Исследование коэффициента фения композиционных металлополимерных покрытий
3.2.4.3 Исследование защитной способности металлополимерных покрытий в агрессивных средах
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ТЕРМИНОВ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
И СОКРАЩЕНИЙ
КМ композиционный материал
КП композиционное покрытие
КЭП композиционное электрохимическое покрытие
КМПП композиционное металлополимерное покрытие
ПТФЭ политетрафторэтилен
ПАВ поверхностноактивное вещество
КПАВ катионогенное поверхностноактивное вещество
НПАВ неионогенное поверхностноактивное вещество
ККМ критическая концентрация мицеллообразования
Вт выход по току
Е напряжение, В вольт
I ток, А ампер
i плотность тока, Адм
дзеттапотенциал, электрокинетический потенциал, мВ
количество пропущенного электричества, Ачдм
у скорость сдвига, с
г вязкость, Пас
9 объмное наполнение, доли,
с поверхностное натяжение, мНм
X длина волны, нм
валентное ассимегричное колебание V валентное симметричное колебание Т коэффициент светопропускания
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Покрытия прошли опытнопромышленные испытания на ОАО НПО Сатурн г. Рыбинск и ООО Риарм г. Рыбинск, положительные результаты подтверждены актами испытаний. Личный вклад автора. Непосредственное участие на всех этапах работы и обсуждения результатов. Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на III международной научнотехнической конференции Полимерные композиционные материалы и покрытия Ярославль, г. VI и VII Всероссийских научнопрактических конференциях Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении Пенза, г. Покрытия и обработка поверхности Москва, г. Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 работах, в том числе в 6 статьях, из которых 2 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК. Объм и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованной литературы, изложена на 9 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы, рисунков, 3 приложения, 4 источника. Химия фторполимеров в настоящее время является самостоятельным и важным разделом науки о полимерах. Этой области химии высокомолекулярных соединений около лет. Она начала свое развитие во время второй мировой войны, когда появилась потребность в материалах, стойких к воздействию фторидов урана и других агрессивных химических агентов. Ни один из существовавших тогда полимерных материалов не мог эксплуатироваться в указанных условиях. Только полимеры тетрафторэтилена ПТФЭ и родственных ему перфорированных олефинов нашли широкое применение в атомной технике. Так были созданы исключительные по стойкости к агрессивным средам материалы 1. Фторполимеры искусственные материалы, типичный антропогенный продукт. В настоящее время выпускаются более видов и более 0 марок фторсодержащих полимеров 3, обладающих разнообразными свойствами жесткие пластики, эластомеры и эластопласты нерастворимые и ненабухающие фторопласты и фторопласты, легко растворяющиеся в обычных растворителях, фторопластовые суспензии, композиционные материалы на основе политетрафторэтилена, фторкаучуки. Базовый фторполимер политетрафторэтилен ПТФЭ, более известный как тефлон или фторопласт, обладает рядом удивительных свойств высокой химической стойкостью, нерастворимостью в большинстве известных растворителей, высокой гидро и лиофобностыо, прекрасными электроизоляционными качествами, рекордно низким коэффициентом трения, высокой климатической стойкостью, неподвержен старению, не токсичен, обладает биосовместимостыо с живыми тканями. Набор этих свойств обеспечил применение политетрафторэтилена во многих отраслях науки, техники, промышленности, в медицине и быту. Дополнительное
достоинство полимера сохранение эксплуатационных характеристик в широком температурном интервале, от 9С до 0С, что является большой редкостью для полимеров. Материал легко подвергается механической обработке, что позволяет достаточно просто изготавливать из него различные изделия 4. Можно выделить несколько направлений развития фторполимерной химии, значимых в академическом и прикладном отношениях создание ультра и нанодисперсных порошковых материалов, разработка растворных методов применения фторполимерных материалов, синтез сложных фторполимерных супрамолекулярных систем типа мембран, создание композитов с использованием наноразмерных наполнителей, модифицирование различными способами уже известных фторполимерных материалов, расширение круга функциональных фторполимеров и др. Одно из перспективных направлений развития фторполимерной химии и технологии создание новых композиционных материалов на основе фторполимеров. Разнообразие наполнителей по химическому составу, размерам и форме частиц дает возможность получения огромного числа композиционных продуктов. Однако на этом пути имеется ряд сложностей нерастворимость фторполимеров, являясь одним из их достоинств, зместе с тем есть и недостаток. Фторопласты синтетические термопластичные полимеры, принадлежащие к классу фторолефинов. Продукты полимеризации фторпроизводных олефинов.