Експлуатація водного транспорту пов’язана із зміною робочих характеристик поверхонь металоконструкцій на які впливають зовнішні та механічні фактори. Під впливом вологого повітря змінюється хімічний склад металевих конструкцій транспорту, що призводить до утворення корозії. Внаслідок корозійного руйнування зменшується механічна міцність деталей та конструкцій транспорту. Періодична зміна холодної і теплої пори року призводить до зміни розмірів робочих деталей, агрегатів і пристроїв, руйнуються з’єднання, виникають деформації. При підвищенні температури знижуються межа міцності і модуль пружності металоконструкцій, прискорюється старіння, виникає небезпека утворення тріщин, як у захисних покриттів, так і безпосередньо у деталях засобів транспорту. При значних навантаженнях, що виникають у деталях засобів транспорту і порівняно низьких температурах утворюються точкові та лінійні дефекти кристалічної решітки. Це у свою чергу впливає на термін експлуатації суднових деталей та металоконструкцій. Тому, одним із напрямків забезпечення надійності металоконструкцій і деталей засобів транспорту є розробка нових композитних матеріалів (КМ) і захисних покриттів на їх основі із прогнозованими властивостями, що дозволить підвищити термін експлуатації в умовах впливу агресивних зовнішніх і механічних факторів.
Мета роботи – дослідити властивості композитів, що містять органічні різнодисперсні наповнювачі, та встановити закономірності впливу цих інгредієнтів на активацію процесів структуроутворення при формуванні корозійностійких епоксикомпозитних захисних покриттів.
Наукова новизна роботи:
1. Вперше розроблено науково-технологічні принципи формування армованих композитних матеріалів, які враховують зв’язки між критичним вмістом волокнистого наповнювача (q = 0,25…0,75 мас.ч.) у епоксидних комопзитах, їх структурою і властивостями, що забезпечує синергетичний ефект у підвищенні у 1,7 разів показників адгезійних характеристик і зменшення термічного коефіцієнту лінійного розширення у 2,7…3,9 разів для покриттів функціонального призначення.
2. Встановлено закономірності впливу вмісту волокнистого наповнювача (q = 0,50…0,75 мас.ч.) на властивості композитів, що забезпечує спрямовану зміну структури полімеру (перехід з в’язко-крихкої до в’язкої) за рахунок ущільнення, обмеження рухливості і деформування кінетичних елементів полімеру та приводить до збільшення у 1,3…1,8 рази механічної міцності.
3. Досліджено термостійкість нанокомпозитних матеріалів і встановлено, що максимальним значенням температури екзоефекту –
545 К характеризуються матеріали, наповнені нанодисперсним конденсованим вуглецем за вмісту q = 0,05 мас.ч. З використанням сучасних методів дослідження (ІЧ-, ДТА-, ТГА-аналіз) і розрахунку надлишкової теплової енергії за методикою Бройдо обгрунтовано механізм підвищення термостійкості, що полягає в утворенні карбонізованого шару на поверхні полімеру, який обмежує доступ окислювача в об’єм матеріалу, і тим самим пригнічує утворення вільних радикалів, що передбачає початок процесу деструкції композиту.
4. З використанням методів математичної статистики оптимізовано вміст нано- і волокнистих біобезпечних добавок (волокнистий наповнювач – q = 0,50 мас.ч. + нанонаповнювач рослинного походження – q = 0,075 мас.ч.) у епоксидному зв’язувачі ЕД-20 (q = 100 мас.ч.), що забезпечує збільшення кількості прореагованих епоксидних С-О-С (ν = 1045 см-1), а також CH і CH3 (ν = 2962 см-1) груп в структурі полімеру і приводить до підвищення гідрофобності, стійкості до окислення та зменшує в 1,8…2,0 рази значення показника проникності антикорозійного покриття.
Паралельно проведено комплексні дослідження властивостей і структури композитних матеріалів, наповнених нанонаповнювачем рослинного походження (400…600 нм). Показано, що максимальним значенням адгезійної міцності при відриві (33,6 MПа), зсуві (11,2 MПа) і мінімальним значенням залишкових напружень (0,80…0,88 MПа) характеризуються матеріали, що містять добавку за вмісту q = 0,075…0,100 мас.ч. Проведено комплексні дослідження фізико-механічних властивостей, за результатами яких встановлено оптимальний вміст наповнювача у реактопластичній матриці, який становить q = 0,075…0,100 мас.ч. Полімерні матеріали, що містять оптимальний вміст нанонаповнювача характеризуються комплексом поліпшених властивостей, зокрема: руйнівні напруження при згині – 102,9…118,7 MПа, модуль пружності – 3,0…3,2 ГПа. Методом математичного планування експерименту встановлено оптимальний вміст двох наповнювачів (волокнистого і нанодисперсного) у полімерному зв’язувачі. Це дозволило отримати полімерні покриття з комплексом поліпшених механічних властивостей: руйнівні напруження при згині – 122,2 MПа, модуль пружності – E = 4,6 ГПа. Для розширення області використання розроблених матеріалів проведено комплексні дослідження структури розроблених композитів і стійкості до впливу різних агресивних середовищ.
