Формирование структуры и свойств защитных покрытий с металлическими порошками Al, Fe, Zn и связующим натрий-карбоксиметилцеллюлозой

• Автор: Антонова, Наталья Михайловна
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 168 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор, постановка цели и задач исследования

1.1. Композиционные материалы на основе металлических порошков

1.1.1. Металлополимерные защитные покрытия из дисперсных материалов

1.1.2. Металлические наполнители

1.1.3. Методы получения композиционных материалов на основе металлических порошков с полимерным связующим

1.1.4. Взаимодействие поверхности металлических порошков с поверхностью полимеров

1.1.5. Физикомеханические свойства композиционных материалов на основе металлических порошков с полимерным связующим

1.2. Связующие в композиционных материалах

1.2.1. Получение и использование полимерного связующего порошка натрий карбоксиметилцеллюлозы
1.2.2. Пленочные материалы и защитные покрытия на основе полимерного порошка натрийкарбоксиметилцеллюлозы
1.3. Выводы, цели и задачи исследования Глава 2. Методы исследований
2.1. Методы планирования эксперимента
2.2. Методика определения гранулометрического состава металлических порошков
2.3. Методика проведения опытов для определения адгезионной и когезионной прочности образцов
2.4. Методика проведения опытов для определения удельного сопротивления и электрической прочности образцов
Глава 3. Выбор и анализ функций компонентов металлического защитного покрытия.
3.1. Анализ функций и выбор порошка металла.
3.2. Функции связующего вещества и его выбор для создаваемого покрытия
3.3. Функции растворителя, обладающего оптимальными свойствами для создаваемых покрытий. Выбор растворителя
3.4. Функции пластификаторов. Выбор пластификатора. Глава 4. Исследование влияния металлических порошков на формирование механических свойств и структуры композиционных материалов
4.1. Определение диапазона значений металлических порошков в композиции и изготовлении образцов объектов
4.2. Планирование эксперимента
4.3. Результаты опытов и их обсуждение
4.4. Исследование поверхностей отклика механических свойств композиционных материалов на основе металлических порошков
4.4.1. Определение максимальных значений относительной деформации для образцов на основе металлических порошков
4.4.2. Определение максимальных значений прочности для образцов на основе металлических порошков
4.5. Изучение адгезии композиционных покрытий к стальной поверхности
4.6. Выявление оптимальных соотношений компонентов в исследуемых композициях
4.7. Структура композиционных материалов
4.7.1. Особенности сканирующей электронной микроскопии композиционных материалов
4.7.2. Элементный и дисперсный состав композиции
4.7.3. Структурные особенности композиционных материалов 2 Глава 5. Исследование физико химических и электрофизических 3 свойств защитных композиционных покрытий на основе металлических порошков А1, Ре, Ъп.
5.1. Физикохимические свойства полученных пленок и покрытий на основе металлических порошков А1, Бе, Ъп
5.1.1. Исследование химической стойкости полученных пленок и за 3 щитных покрытий
5.1.2. Исследование горючести образцов покрытия
5.2. Изучение электрофизических характеристик полученных композиционных материалов
5.3. Результаты опытов и их обсуждение
5.4. Рекомендации по практическому использованию НИР
5.4.1. Технология изготовления исходной смеси для защитного покрытия с порошком алюминия
5.4.2. Подготовка поверхности и нанесение покрытия на основе порошка алюминия
5.4.3. Утилизация покрытия
Заключение
V Список использованных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Введение
В настоящее время интенсивно ведется разработка легких, высокопрочных и недорогих конструкционных материалов. В результате многие материалы достигли предела своих свойств. Существенное улучшение свойств требует создания принципиально новых материалов, примером которых служат композиты. Одним из видов композитов являются металлополимерные материалы.
Металлополимерные покрытия находят широкое применение в различных областях промышленности. Использование дисперсных наполнителей, например, порошков металлов, позволяет получать новые композиционные материалы с полимерами в качестве связующего. Такие материалы дают возможность оптимально сочетать положительные свойства металлов прочность, теплопроводность, электропроводность с химической стойкостью, демпфирующей способностью и другими свойствами полимеров. Нередко металлополимерные материалы обладают не только аддитивными, но и новыми, не присущими отдельным компонентам свойствами. Отличительной особенностью таких материалов является то, что в них проявляются достоинства компонентов, а не их недостатки. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающимися, но дополняющими друг друга свойствами. Композиционные материалы, содержащие полимерное связующее и металлы, имеют ряд преимуществ по сравнению с материалами на металлической основе они обладают хорошей технологичностью, низкой плотностью, в ряде случаев более высокой удельной прочностью и жесткостью. Как ценные свойства следует отметить коррозионную стойкость, хорошие теплозащитные и амортизационные характеристики, антифрикционные и фрикционные свойства 1. Отрицательной особенностью полимеров, не содержащих металлические компоненты, является их хрупкость, невысокая прочность и жесткость, способность легко отслаиваться и разрушаться при относительно небольших нагрузках 1. Металлы имеют хо
рошую прочность, модуль упругости и довольно пластичны 2. Поэтому использование металлов и эластомеров в составе защитных покрытий позволяет улучшить их характеристики. Основные принципы создания таких композитов обусловлены как специфическими свойствами самих дисперсных металлов, так и особенностями взаимодействия между частицами металлов и полимерного связующего в процессе формирования материала и его эксплуатации. Смешение этих компонентов является одним из наиболее важных и ответственных процессов в технологии производства композитных материалов 3. Наиболее распространены методы, основанные на смешении чистых компонентов тем или иным способом. Реже пользуются возможностью введения металлического наполнителя в полимеризующиеся системы. Количественного способа оценки степени смешения нет, и, как правило, ограничиваются выявлением нераспределенных включений наполнителя 4.
Требования, предьявляемые к композиционным материалам, разнообразны высокая прочность при статистических и динамических нагрузках, высокая износостойкость, повышенная теплостойкость, ударопрочность, стойкость к излучениям высокой энергии, стабильность размеров, и многие другие. Важной проблемой является стабилизация свойств композиционных материалов в условиях хранения и эксплуатации в агрессивных средах. Решение этой проблемы охватывает три основных аспекта обеспечение стабильной связи между металлическим наполнителем и связующим, обеспечение стабильности химического строения и физической структуры полимерного и неполимерного компонентов. Создать удовлетворяющий всем данным требованиям универсальный материал достаточно сложно. В связи с этим остается актуальным вопрос получения новых композиционных материалов с заданными свойствами для разнообразных условий эксплуатации.
Актуальность


Материалы на основе металлических порошков, как правило, изотропны. Для получения высокопрочных металлополимерных систем применяют наполнители с большой удельной поверхностью, при этом необходимо учитывать склонность частиц к агломерации и седиментации. Размеры порошкообразных частиц обычно составляют 1 мкм. При использовании порошков металлов необходимо учитывать, что на границе раздела металл полимер могут протекать сложные физико химические и физические процессы, включающие растворение и окисление поверхности металла, восстановление металлов из оксидов поверхностных слоев, насыщение поверхности металлов атомами, входящими в состав полимера, активируемое поверхностью металла, структурообразование и т. Толстые оксидные пленки с большим количеством дефектов медь, свинец, обладают низкими физикомеханическими показателями по этим дефектам происходит разрушение пары металл полимер. Тонкие оксидные пленки, например, на поверхности алюминия, обеспечивают прочную связь металла с полимером . Полимерные диэлектрики в контакте с металлами при нагревании проявляют свойства электролитов. Поэтому при прогнозировании эксплуатационных характеристик промышленных материалов на основе металлов и полимеров следует учитывать электрохимическое взаимодействие компонентов мсталлополимерных систем . Электрическая проводимость композиционных материалов, наполненных дисперсными металлами, зависит от типа металла, степени наполнения, смачиваемости наполнителя связующим и условий переработки материала. Максимальная проводимость достигается в том случае, когда металлический наполнитель не окисляется и возможные его химические реакции со связующим происходят на поверхности контакта металлполимер. Электропроводность композиций возрастает с увеличением дисперсности наполнителя . В настоящее время используются металлополимерные композиции с электропроводностью до Ом1 м1. Механизм электропроводности таких систем, как дисперсный электропроводящий наполнитель полимер до настоящего времени однозначно не установлен. Их электропроводность часто связывают с переносом электрических зарядов как в самом проводящем компоненте, так и через изолирующие прослойки полимерного диэлектрика. При значительном содержании проводящего наполнителя электропроводность имеет электронный характер . Содержание порошкообразных компонентов составляет обычно масс, ч. Существенное значение имеет дисперсность вводимых металлических наполнителей . В качестве наполнителей для полимеров используют порошки никеля , алюминия ,, хрома и молибдена , цинка, сплавов олова, кадмия , свинца, меди , , золота, германия, галия . К термореакгивным, т. Наиболее известными термопластами являются акр ил ы, полиамид, полистирол, полиэтилен, полипропилен. Каучуки различают натуральные и синтетические, например, бутадиеновый. Способы получения полимеров, наполненных металлами, разнообразны и описаны в основном в патентной литературе. Наиболее часто применяемые приведены ниже. Металлические порошки механически смешиваются с порошками твердых полимеров, затем полученные смеси прессуются при нагревании и давлении. По этому методу были получены системы, состоящие из дисперсного железа, меди, никеля на основе найлона и различных эластомеров . Смешение такого рода ведет к малым энерго и трудо затратам, но компоненты при этом распределяются неравномерно . Такой способ применяется в производстве высоконаполненных систем аналогично методам порошковой металлургии . Дисперсные порошки металлов смешиваются с жидкими неотвержденными смолами. По такому методу получены полимерные композиции, состоящие из недополимеризованного полиметилкрилата и порошка серебра или меди, дающие после полимеризации электропроводящие системы . Все методы смешения через раствор требуют большого расхода растворителей. Для совмещения полимеров с различными наполнителями, а также для металлов применяется флятинг процесс, при котором наполнитель вводится в виде водной пасты . Паста смешивается с концентрированным раствором полимера или пластификатором в присутствии поверхностно активных веществ.