Разработка композиционных материалов на основе полимера Na-КМЦ с металлическими порошковыми наполнителями для формирования функциональных покрытий и пористых пленок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, доктор наук Антонова Наталья Михайловна

• Антонова Наталья Михайловна
• доктор наук
• 2016

Оглавление диссертации доктор наук Антонова Наталья Михайловна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Литературный обзор: Композиционные материалы с

металлическими дисперсными наполнителями - структура, свойства, области применения и перспективы развития

1.1. Композиционные материалы с дисперсными металлически- 23 ми наполнителями

1.1.1. Методы получения композиционных материалов на основе 25 полимерных матриц с металлическими порошками

1.1.2. Механические и физические свойства композиционных 27 материалов с металлическими наполнителями

1.1.3. Взаимодействие поверхности полимеров с поверхностью 30 металлических наполнителей

1.1.4. Покрытия из композиционных материалов с дисперсными 34 наполнителями. Адгезия покрытий к защищаемой поверхности

1.2. Анализ возможности использования полимера Ка-КМЦ в 37 качестве матрицы защитных покрытий с металлическими наполнителями и диспергатора для синтеза наноразмерных металлоорганических материалов

1.2.1. Производство, свойства, области применения и перспекти- 37 вы использования производных целлюлозы

1.2.2. Использование полимера натрий - карбоксиметилцеллю- 42 лозы в качестве матрицы для защитных покрытий

1.2.3. Использование природных полимеров как диспергаторов 43 для синтеза наноразмерных металлоорганических материалов

Глава 2. Материалы, оборудование и методы исследований

2.1. Методы исследования структуры, механических и техноло- 50 гических свойств материалов

2.2. Характеристики исходных материалов

Глава 3. Анализ формирования структуры и свойств поли-

мерного покрытия, наполненного порошком алюминия

3.1. Разработка композиций суспензий с порошком алюминия и 74 связующим Na - КМЦ для получения защитных покрытий и испытание образцов

3.2. Алгоритм расчета и программная реализация в среде Micro- 85 soft Visual соотношений компонентов в суспензии для получения заданных механических свойств покрытия

3.3. Выявление влияния фракционного состава порошка алюми- 90 ния и пластификатора глицерина на формирование структуры, реологические свойства исходных суспензий и механические характеристики покрытий.

3.3.1. Морфологические особенности покрытий с алюминием

3.3.2. Реологические свойства исходных суспензий натрий - кар- 99 боксиметилцеллюлозы с наполнителем порошком алюминия

3.3.3. Механические характеристики композиций на основе на- 104 трий - карбоксиметилцеллюлозы

3.3.4. ИК-спектроскопия покрытий с алюминием

3.4. Анализ адгезионной прочности покрытий с алюминием

Выводы по главе

Глава 4. Адгезионная прочность, физические и химические

свойства композиционных покрытий с порошком алюминия, дисперсно-упрочненных частицами циркония

4.1. Обсуждение возможности повышения адгезионной прочно- 122 сти композиционных покрытий с порошком алюминия путем добавления частиц циркония и кобальта

4.2. Адгезионная прочность композиционных покрытий с по- 123 рошком алюминия, дисперсно-упрочненных частицами циркония

4.2.1. Выявление влияния добавок порошка циркония на адгези-

онную прочность КП, наполненных порошком алюминия и связую-

щим № - КМЦ

4.2.2. Установление особенностей седиментации микрочастиц 126 циркония и формирование микрочастиц №С1 в композиционных суспензиях

4.2.3. Влияние энергетических факторов на поверхностные 140 свойства суспензий с порошками алюминия и циркония и сопоставление этих характеристик адгезионной прочности покрытий

4.2.3.1. Определение краевого угла смачивания и и величины по- 142 верхностного натяжения суспензий

4.2.3.2. Влияние пластификатора и металлических порошков на 144 поверхностные свойства суспензий

4.2.3.3. Оценка адгезионной прочности КП с порошками алюми- 151 ния и циркония по работе адгезии суспензии к твердому телу

4.3. Определение физических и химических свойств защитных 154 композиционных покрытий с порошком алюминия и микродобавками циркония

4.3.1. Определение химической стойкости защитных покрытий

4.3.2. Определение горючести защитных покрытий

4.3.3. Выявление влияния металлических наполнителей на тер- 166 мораспад полимера натрий - карбоксиметилцеллюлозы

4.3.4. Определение пористости защитного покрытия

4.4. Разработка и внедрение технологии получения и нанесе- 176 ния защитного покрытия с порошком А1 и Zr для стальной тары

на предприятии ФКП «Комбинат «Каменский»

4.4.1. Рекомендации по практическому использованию защитно- 176 го покрытия с порошком алюминия и микродобавкой порошка циркония

4.4.2. Технология изготовление исходной смеси для защитного 176 покрытия с порошком алюминия и микродобавками циркония

4.4.3. Подготовка поверхности и нанесение покрытия на основе

порошка алюминия и микродобавок циркония

4.4.4. Утилизация покрытия

4.5. Выявление влияния добавок порошка Со на механические

свойства КП с алюминием

Выводы по главе

ГЛАВА 5. Структура и свойства наноразмерных металлоор-

ганических структур, формируемых в полимерной суспензии с порошком алюминия

5.1. Исследование возможности создания наноразмерных мате- 190 риалов из микрочастиц алюминия в водном растворе полимера натрий

- карбоксиметилцеллюлозы

5.2. Морфологические особенности полученных наноструктур

5.3. Фазовый состав полученных наноструктур

5.3.1. Рентгенофазовый анализ полученного композита с наност- 205 руктурами

5.3.2. ИК-спектроскопия композиционного порошка с наност- 208 руктурами

5.4. Выявление физико-химических особенностей синтеза нано- 213 размерных частиц бемита в полимерной суспензии Ка-КМЦ с порошком алюминия

Выводы по главе

Глава 6. Генерация ячеек в пленках, полученных из раство-

ров натрий - карбоксиметилцеллюлозы с порошком алюминия и наноразмерными частицами бемита

6.1. Установление влияния наночастиц бемита на структуру и

свойства формируемых композиционных пленок с ячейками

6.1.1. Влияние компонентов композиционного состава, структу- 227 рированного наночастицами бемита, с наполнителем - порошком алюминия на размер формируемых ячеек в пленках

6.1.2. Морфологические особенности ячеек, генерируемых в

пленках при наполнении натрий- карбоксиметилцеллюлозы порошком алюминия и микродобавками наноразмерного бемита

6.1.3. Влияние энергетических факторов на самоорганизацию

ячеек в пленках с микрочастицами алюминия и наноразмерными частицами бемита

6.2. Фазовый состав композитов с ячейками на основе порошка

алюминия

Выводы по главе

Глава 7. Генерация ячеек в пленках с неорганическими на-

полнителями и наноразмерными частицами бемита (на примере порошка диоксида титана)

7.1. Характеристики исходных неорганических наполнителей

7.2. Морфологические особенности ячеек в пленках, полученных 262 при наполнении полимера натрий - карбоксиметилцеллюлозы порошком диоксида титана с микродобавками наноразмерных частиц бемита

7.3. Изменение энергетических характеристик суспензий с диок- 265 сидом титана при добавлении наноразмерных частиц бемита

7.4. Фазовый состав пленок с ячейками, полученных при напол- 269 нении полимера натрий - карбоксиметилцеллюлозы неорганическим наполнителем- дисперсным порошком диоксида титана

Выводы по главе

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Схема формирования композитов различного назначения из по-

рошковых наполнителей и полимера натрий - карбоксиметилцеллюло-зы и области их применения (на примере А1, ТЮ2)

Основные результаты и выводы

Список сокращений и обозначений

Список литературы

Приложение 1. Планирование эксперимента для получения оп-

тимального состава защитных покрытий с наполнителем порошком

алюминия

Приложение 2. Программа для расчета значений механической

прочности и относительной деформации композиционных покрытий с порошком алюминия при заданных сочетаниях факторов

Приложение 3. Акт внедрения технологии получения и нанесе-

ния покрытия на предприятии ФКП «Комбинат «Каменский»

Приложение 4. Акт внедрения технологии получения и нанесе-

ния покрытия на предприятии «Завод полимеров» ООО «Полимер-пром»

Приложение 5. Планирование эксперимента для исследования

влияния компонентов алюминий - наполненной суспензии на размер генерируемой микроячейки в композиционных пленках

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Полимерные материалы с металлическими наполнителями, модифицированные наноразмерными микродобавками, находят широкое применение в промышленности и технике. Удачно сочетая полезные свойства полимеров и металлов - устойчивость к агрессивным воздействиям среды полимеров, механическую прочность и специальные свойства металлов, такие композиты вызывают возрастающий интерес исследователей.

Преимуществом полимеров растительного происхождения по сравнению с синтетическими является наличие возобновляемой сырьевой базы. Уникальные физико-химические свойства этих полимеров, проявляющиеся при взаимодействии с наполнителями, позволяют реализовать спектр материалов широкого назначения. Разработана и успешно используется на практике целая группа композиционных материалов, в которых оптимально сочетаются свойства органических полимеров и металлических наполнителей. Целлюлоза, как наиболее распространенный полимер растительного происхождения, ее простые и сложные эфиры, в последнее время находят все большее применение в новых, не традиционных областях, таких как специальные пленки, биологические мембраны, суспензии для формирования наночастиц. В 2007-2008 годах появились сведения о возможности использования целлюлозных матриц, как реакторов при синтезе наночастиц металлов (серебра, меди, никеля, кобальта) в водных растворах солей металлов [1-2], с последующей интерколяцией наночастиц в твердотельные целлюлозные матрицы. Такие материалы находят применение при создании магнитных и электропроводящих материалов. Ряд исследователей полагает возможным управление структурной архитектурой композиционных материалов с помощью синтезированных металлоорганических наночастиц [3].

Самым распространенным и наиболее производимым простым эфиром целлюлозы является Na-соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Об этом свидетельствуют регулярно появляющиеся новые обзоры, патенты и исследования [4-

5]. Объемы Ка-КМЦ ежегодно растут как в России, так и за рубежом. Водорастворимый полимер натрий - карбоксиметилцеллюлоза используется как стабилизатор в нефтедобыче, в качестве загустителя смазочно-охлаждающих жидкостей при холодной формовке металлов в металлообрабатывающей промышленности, входит в состав лакокрасочных материалов, строительных смесей, шлихтовальных материалов. Однако активность исследователей направлена, в основном, на применение простых эфиров целлюлозы в традиционных перечисленных областях. Работ, касающихся возможности создания композиционных материалов, с использованием в качестве связующего простых эфиров целлюлозы, наполненных неорганическими наполнителями, и в частности, металлическими порошками крайне мало [6-9].

В 2006-2008 г. г. для защиты стальной тары, используемой на Каменском химическом комбинате при перевозке агрессивных жидкостей, автором были разработаны покрытия на основе Ка-КМЦ Стальная тара с нанесенным покрытием заменила ранее используемую, более дорогую алюминиевую тару. Наполнителями служили металлические порошки - железа, цинка, алюминия. Алюминий, железо, сплавы на их основе широко применяются в технике. Кларк железа в земной коре составляет 4, 20 %, а алюминия -7,45 %, это наиболее распространенные металлы. Использование таких материалов в качестве конструкционных будет актуально еще долгое время. Наиболее высокими антикоррозионными свойствами, механической прочностью, удовлетворяющей эксплуатационным требованиям обладало покрытие, наполненное порошком алюминия марки АСД-1 [10]. Нанесение покрытия с А1 на металлические поверхности, эксплуатируемые в агрессивных средах, позволяло заменить цветные металлы на относительно недорогие черные. В процессе создания защитного покрытия была решена проблема эффективного использования малотоннажных остатков сертифицированных партий высококачественного алюминиевого порошка АСД-1, регулярно образующихся в основном производстве и использования Ка-КМЦ производителя - Каменского комбината. При удовлетворяющих эксплуатационным требованиям величин механической прочности и эластичности, адгезионная прочность покрытия менялась

в пределах от 1 до 3 баллов (балл 1 - наилучшая прочность) и нуждалась в улучшении.

Анализ литературных источников показал, что добавление сиккативов Со, Мп, 7п, Ва, 7г, модификация наночастицами поверхностей защитных материалов позволяет повысить адгезионную прочность и качество покрытий. Выступающий для порошка алюминия в роли связующего аморфный полимер Ка-КМЦ - вещество, у которого отсутствует трансляционный дальний порядок в расположении атомов. Структурная неоднородность такой системы [11], обусловлена наличием в ней ансамблей нанодефектов, глобул, микродоменов, блоков сегментов, флук-туаций плотности. Совокупность этих факторов, влияние топологических и структурных особенностей полимера на распределение микрочастиц и наночастиц металлов в полимерной матрице, и как следствие, адгезионную прочность, позволяют формировать композиционные материалы с определенным комплексом свойств.

Наиболее перспективной является возможность получения наночастиц-модификаторов композиционного покрытия (КП), сродственных к исходному композиту, т.е. наночастиц, синтезированных из суспензий Ка-КМЦ и исходного порошка-наполнителя. Микродобавки таких наноразмерных частиц (НРЧ), внесенные в состав композиционных материалов (КМ), не повышают существенно стоимость композиций, однако способны кардинально менять структуру, улучшать физические и механические свойства эксплуатируемых материалов.

Существующие в настоящее время методы получения наночастиц в растворах полимеров, основаны на сборке ансамблей наночастиц из объектов молекулярного порядка -10-10 м, т.е. «снизу-вверх». Работ, исследующих обратную возможность - образования наноструктур из микрочастиц, т.е. объектов с размерами в 1000 раз больше, из полимерных суспензий с металлическими порошками микронных размеров, крайне мало [12].

Поэтому создание композиционной системы, состоящей из полимера, наполненного металлическим порошком, сиккативами и наночастицами, синтезированными из исходного металлического порошка позволяет реализовать комплекс

заданных защитных свойств, являющийся результатом синергетических взаимодействий в системе. Изменение и целенаправленная трансформация структуры и топологии функциональных материалов являются важным направлением создания защитных материалов с комплексом свойств, закодированном на нанострук-турном уровне. Особый интерес представляет возможность использования полимера №-КМЦ для получения НРЧ из порошковых металлических материалов, в качестве дешевого экономически диспергатора - нанореактора, не требующего специального оборудования и высоких диапазонов температур.

До настоящего времени отсутствуют рекомендации по разработке и получению НРЧ из полимера №-КМЦ, добавлению таких наночастиц в композиционные материалы на основе водорастворимых природных полимеров для создания защитных КМ, обеспечивающих оптимальные механические и и специальные свойства композитов в процессе эксплуатации. Разработка научных основ применения простого эфира целлюлозы - натрий - карбоксиметилцеллюлозы, как рабочей среды для создания широкого спектра композиционных материалов: диспергатора - нанореактора металлсодержащих наночастиц, связующего для формирования защитных композитов с различными металлическими наполнителями представляет собой актуальную задачу.

Постановка цели и задач работы Настоящая работа посвящена созданию КМ на основе полимера №-КМЦ с металлическими порошками, изучению их структуры и свойств для практического применения в различных областях промышленности.

Цель работы: разработка композиционных материалов с полимером №-КМЦ и порошковыми наполнителями A1, Zr, ^ для формирования устойчивых к агрессивным средам пористых пленок и функциональных покрытий для стальных металлоконструкций.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи: 1. выявить интенсивность структурных взаимодействий в полимерных суспензиях с порошком A1 и установить их влияние на механические свойства и ад-

гезионную прочность покрытий, изучить морфологические особенности и фазовый состав формируемых материалов;

2. установить и теоретически проанализировать закономерности формирования контактной зоны «адгезив-субстрат», изучить морфологические особенности граничного слоя;

3. установить влияние энергетических факторов на поверхностные свойства суспензий с порошками A1 и Zr, выявить особенности структурных взаимодействий методами вискозиметрии;

4. выявить физико-химические особенности процесса синтеза наноразмер-ных частиц при взаимодействии порошка алюминия с высоковязкими суспензиями №-КМЦ, изучить фазовый состав, структуру и морфологические особенности продуктов синтеза;

5. установить взаимосвязь энергетических факторов с упорядоченностью ячеек в пористых ячеистых материалах, генерируемых при добавлении нанораз-мерного бемита - оксогидроксида алюминия A1O(OH) из суспензий №-КМЦ с порошком A1 в процессе отверждения, определить фазовый состав полученных материалов;

6. определить физические и химические свойства защитных покрытий с порошками A1 и Zr, определить их стойкость к агрессивным средам;

7. разработать технологию получения и нанесения защитных покрытий на стальные конструкции на предприятиях машиностроения, химической промышленности и других отраслей.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в раскрытии закономерностей формирования структуры и свойств функциональных покрытий и пористых пленок на основе полимера №-КМЦ с порошковыми металлическими наполнителями для обеспечения заданных технологических и эксплуатационных свойств.

Предложен механизм формирования микрочастиц N0 в композиционном покрытии, заключающийся в том, что по мере испарения растворителя - воды из отверждаемого покрытия концентрация ионов №+ и О- в композиционной систе-

ме повышается, а в зонах дефектов стальной поверхности и частиц А1 и 7г образуются микрочастицы №С1.

Установлено, что прочность сцепления покрытий со стальной поверхностью увеличивается за счет образования агломератов из мелких фракций порошков А1, 7г и микрочастиц №С1 во впадинах защищаемой поверхности и на границе раздела «адгезив - субстрат».

Выявлено, что в отличие от традиционных способов получения бемита при 200^400° С, в водных растворах Ка-КМЦ, содержащих не менее 0,55% Со, при температурах 70-800 С из порошка А1 с размерами частиц <10 мкм формируются наноразмерные частицы бемита с трубчатой структурой, поровым пространством до 150 нм и толщиной стенок 3^10 нм.

Впервые показано, что при введении в суспензию Ка-КМЦ с глицерином и порошком А1 с размерами частиц <40 мкм микродобавок синтезированных нано-частиц бемита формируются композиты с однородными порами-ячейками, обладающие устойчивостью к агрессивным средам, перспективные для создания фильтров и антифрикционных материалов.

Установлено, что причиной формирования ячеек в композиционных пористых материалах является избыточная энергия, обусловленная вкладом развитой поверхности наноразмерного бемита, добавляемого в составы композиций, изменение содержания которого позволяет управлять размером ячеек в диапазоне радиусов 100-1200 мкм, в отличие от существующей технологии дублирования сетчатой структуры полимера-полиуретана (с постоянными размерами ячеек) нанесенным металлическим покрытием.

Практическая значимость работы

Диссертационная работа содержит результаты экспериментальных исследований структуры, механических, физических и химических свойств композиционных материалов на основе полимера № - КМЦ с порошковыми металлическими наполнителями А1, 7г, Со, позволяющие создавать защитные покрытия, нано-

размерные частицы и пленочные ячеистые материалы, устойчивые к действию агрессивных неводных сред.

Для определения оптимальных соотношений компонентов антикоррозионного покрытия с полимером Na-КМЦ и порошком алюминия, разработан и реализован алгоритм расчета в виде интерактивной программной системы в среде MS Visual 2008. Показано, что при отверждении защитных покрытий происходит седиментация частиц порошков в дефектах и неровностях поверхности подложки. Установленные в работе механизмы формирования агломератов из мелких фракций порошков Al, Zr и микрочастиц NaCl на микронеровностях стальной поверхности позволяют направленно воздействовать на образование адгезионных связей на границе «адгезив - субстрат».

На основе экспериментально полученной информации и выявленных закономерностей разработаны рекомендации для реализации промышленной технологии получения защитного покрытия со полимером Na-КМЦ, порошком Al и добавками Zr, обладающего достаточной прочностью сцепления со стальной поверхностью, устойчивого к сильно концентрированным щелочным, кислотным и полиэфирным средам, механические свойства которого удовлетворяют эксплуатационным требованиям. По материалам работы получен ряд патентов на изобретение «Защитное покрытие для металлических поверхностей» (патенты на изобретения РФ 2266307, 2321610, 2392291, 2457222). Результаты диссертационной работы рекомендуются для использования предприятиям «Котовский лакокрасочный завод», заводу им. Кирова (г. Пермь), «ЭМПИЛС» (г. Ростов) и другим научно-исследовательским, проектным, промышленным организациям и предприятиям, занимающимся исследованием и производством изделий, эксплуатируемых в коррозионных средах.

Для ФКП «Комбинат «Каменский» разработана и внедрена технология получения и нанесения коррозионностойкого покрытия с полимером Na-КМЦ, порошком Al и Zr, для защиты стальной тары, используемой при транспортировке и хранении полиэфирной продукции. Предложенная технология обеспечивает эффективное использование производственных остатков алюминиевого порошка.

Развитый методический подход к анализу неоднородностей микромасштаба в пленках с ячейками, формируемых при добавлении синтезированных наноча-стиц бемита в суспензии Na-КМЦ с неорганическими наполнителями, позволяет выявить корреляции типа структура - свойства материала. Разработанные пористые пленочные материалы могут использоваться как исходные при изготовлении фильтров, поверхностей с упорядоченными порами микронных размеров для нанесения катализаторов и формирования материалов со специальными свойствами.

Методы исследования

При выполнении работы использовались аналитические методы исследований: растровой электронной, атомно-силовой, зондовой микроскопии (РЭМ, АСМ), рентгенофазового анализа (РФА), инфракрасной (ИК) спектроскопии, низкотемпературной адсорбции аргона при определении удельной площади поверхности материалов (БЭТ), лазерной дифракции (гранулометрический состав порошков), вискозиметрии, дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и современной проверенной и аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры.

Положения, выносимые на защиту

1. Взаимосвязь механических свойства защитного покрытия с наполнением полимерной матрицы Na-КМЦ порошком алюминия.

2. Алгоритм расчета соотношений компонентов покрытия с порошком Al и связующим Na-КМЦ для получения заданных механических характеристик, реализованный в виде программного обеспечения в среде Microsoft Visual

3. Механизм формирования агломератов из мелких фракций порошков Al, Zr и микрочастиц NaCl на границе «покрытие - стальная поверхность» в процессе седиментации микрочастиц Zr и Al с размерами менее 5 мкм.

4. Закономерности синтеза бемита с наноразмерными порами в водных растворах Na-КМЦ из порошка алюминия марки АСД-6.

5. Закономерности генерации ячеек в полимерных пленках с порошковым наполнителем - Al при добавлении наночастиц бемита.

Степень достоверности

Достоверность основных положений, выводов, заключений и рекомендаций диссертационной работы подтверждается:

- Согласованностью полученных результатов с современными представлениями порошкового и композиционного материаловедения.

- Использованием современных аналитических методов исследований: сканирующей электронной, атомно-силовой микроскопии, рентгенофазового анализа, инфракрасной микроскопии, вискозиметрии, ДСК и современного технологического оборудования. Полученные результаты соответствуют общепринятым научным представлениям о формировании композиционных материалов, обладают хорошей сходимостью данных аналитических и экспериментальных исследований (их расхождение не превышает 5-10 %), прошли промышленную апробацию. Обработка экспериментальных результатов осуществлялась с применением методов компьютерного моделирования (программы «Matchad 8 PRO», «OriginLab 8.5», «Excel») и программных комплексов ChemiSoft TPxV1.03, «Morphology», что обеспечивало высокую точность и воспроизводимость результатов. Интерпретация результатов испытаний базируется на современных представлениях о структуре и свойствах гетерофазных материалов.

-Адекватностью разработанных регрессионных моделей исследуемым процессам.

Обоснованность основных выводов и рекомендаций подтверждена промышленными испытаниями и внедрением предложенных технических решений при создании защитных покрытий для стальной тары, используемой при хранении и транспортировке агрессивных сред.

Апробация результатов

Основные результаты работы были доложены на отечественных и зарубежных конференциях:

-XIII-XVin симпозиумах РАН по электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (ИПХФ, г. Черноголовка, 2003, 2005, 2007, 2009, 2011,2013);

-Х1Х-ХХ1У Рос. конф. РАН по электронной микроскопии (ИПХФ, г. Черноголовка, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010, 2012);

- VI, X Всерос. науч.-техн. конф. «Новые химические технологии: производство и применение» (г. Пенза, 2004, 2008);

- V, VI, IX Междунар. науч.-техн. конф. «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2007, 2008, 2011);

-III, IV, V Междунар. науч.-техн. конф. «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (г. Пенза, 2007, 2008, 2009); X III Междунар. науч.-практ. конф. «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2009);

-Междунар. науч.-техн. конф. «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (г. Пенза, 2008, 2009);

- IV, VII Всерос. науч.-практ. конф. «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (г. Пенза, 2007, 2010);

- XI Междунар. науч.-практ. конф. «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2007);

- Междунар. науч.-практ. конф. «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2007);

- II Междунар. науч.-техн. конф. «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (г. Пенза, 2007);

- VIII Междунар. науч.-техн. конф. «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (г. Пенза, 2008 г.);

- I Всерос. науч.-практ. (заочная) конф. «Естественные науки и современность: проблемы и перспективы исследований» (г. Москва, 2009 г.);

-8-я Междунар. выставка и конф. «Покрытия и обработка поверхности» (г. Москва, 2011);

- VI Междунар. науч.-техн. конф. ФТИ НАН Беларуси «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» (г. Минск, 2011);

- Открытая школа-конференция стран СНГ ИПСМ РАН «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы» (г. Уфа, 2012);

- 10 - Междунар. науч. -техн. конф. НАН Беларуси «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, защитные покрытия, сварка» (г. Минск, 2012);

- III Всерос. науч.-практ. конф. ИПХЭТ СО РАН молодых ученых и специалистов «Материалы и технологии XXI века» (г. Бийск, 2013);

- 8-ой Междунар. симпозиум НАН Беларуси «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порощковые композиционные материалы. Сварка» (г. Минск, 2013);

- VI Междунар. Школа «Физическое материаловедение» (г. Новочеркасск, 2013 г.);

- VII Междунар. науч.-практ. конф. «Новые материалы и технологии их получения» (г. Новочеркасск, 2013 г.);

- Всерос. науч.-практ. конф. «Интеграция науки и практики как механизм эффективного развития предприятия» (г. Каменск-Шахтинский, 2013);

- 22nd International Conference on «Metallurgy and Materials, Metal-2013» (Brno, Czech Republic, 2013);

- 11-ая Междунар. науч.-техн. конф. НАН Беларуси «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка» (г. Минск, 2014);

- The 12th China-Russia Symposium on «Advanced Materials and Technologies, Advanced Metals, Ceramics and Composites» (China, Kunming, 2013);

- 23nd International Conference on «Metallurgy and Materials, Metal-2014» (Brno, Czech Republic, 2014);

- Научно-технической конференции и выставке инновационных проектов, выполненных вузами и научными организациями Южного федерального округа в рамках реализации федеральных целевых программ и внепрограммных мероприятий, заказчиком которых является Минобрнауки России (г. Новочеркасск, 2014).

Вклад соискателя

Личное участие автора выразилось:

- в постановке задач исследований, получении основных научных результатов;

- проведении работ по выбору оптимального состава защитных композиционных покрытий в соответствии с требуемыми условиями эксплуатации;

- разработки технологии изготовления защитного покрытия;

- выявления возможности и закономерностей синтеза наночастиц бемита в полимерных суспензиях на основе № - КМЦ и генерации ячеек в композиционных пленочных материалах при их добавлении.

Все результаты, составляющие научную новизну и выносимые на защиту, получены автором лично.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка композиционных материалов на основе полимера Na-КМЦ с металлическими порошковыми наполнителями для формирования функциональных покрытий и пористых пленок»

Структура работы

Диссертация изложена на 329 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, общих выводов и приложений, содержит 129 рисунков и фотографий, 65 таблицы. Список литературы включает 298 источников.

В первой главе рассмотрены традиционные композиционные материалы и способы их получения. Приведены особенности структурообразования, адгезионных взаимодействий и формирования механических свойств КМ. Рассмотрена возможность применения простого эфира целлюлозы - натрий - карбоксиметил-целлюлозы в качестве связующего в КМ, ее свойства, области применения в промышленности Произведена оценка преимуществ и особенностей использования №-КМЦ в качестве полимерной матрицы для защитных покрытий с металлическими наполнителями по сравнению с традиционными КМ. Обсуждается возможность использования указанного полимера в качестве диспергатора - нанореакто-ра для экономически малозатратного способа производства наноразмерных структур.

Во второй главе исследованы морфологические особенности, показан химический состав исходных металлических и полимерных порошков. Представлены термограммы полимерных порошков, полученные в результате анализа методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Рассмотрены механические испытания, специальные испытания технологических свойств материалов. Изложены способы изучения структурных особенностей КМ и реологических свойств суспензий для КМ методами растровой, атомно-силовой микроско-

пии (РЭМ, АСМ), ренгенофазовым анализом (РФА), инфракрасной спектроскопии (ИК - спектроскопии), вискозиметрии.

Третья глава посвящена оценке влияния микрочастиц алюминия на формирование структуры, механических свойств защитного КП. Исследованы реологические свойства суспензий для изготовления композитов, представлен алгоритм расчета и программная реализация оптимальных соотношений в композиции для получения заданных механических характеристик покрытия. Приведен анализ адгезионной прочности защитного покрытия с алюминием.

В четвертой главе изучено влияние субмикронных частиц циркония и кобальта на адгезионную прочность покрытий с порошком алюминия. Исследованы физико - химические свойства защитных композиционных покрытий с порошком алюминия и микродобавками циркония.

Выявлены особенности седиментации микрочастиц циркония и формирование микрочастиц №0 в композиционных суспензиях. Выявлено, что увеличению адгезионной прочности покрытий к стальной поверхности способствуют агломераты из мелкой фракции порошка Л1, Zr и микрочастиц хлорида натрия, локализованные во впадинах защищаемой поверхности и на границе раздела «адгезив -субстрат», улучшающих адгезионную прочность покрытия за счет механического сцепления. Установлена корреляция между величинами работы адгезии, полученной из измерений величины поверхностного натяжения суспензий и углов смачивания поверхности стальной подложки суспензиями и адгезионной прочностью покрытий к стальной подложке для композиций, наполненных порошками алюминия и циркония.

Определены физические и химические свойства защитных композиционных покрытий с порошком алюминия и микродобавками циркония. Показано, что предлагаемые покрытия обладают достаточной теплостойкостью, долговечностью в различных агрессивных средах, что позволяет использовать их в различных областях техники и уменьшить потери металлов от коррозии.

Пятая глава посвящена исследованию возможности создания наноразмер-ных материалов из микрочастиц алюминия в водном растворе полимера. Показа-

но, что в процессе суспензионного синтеза получены наноразмерные частицы бе-мита - оксогидроксида алюминия А10(0Н). Результаты подтверждены методами электронной микроскопии, ИК - спектроскопии и рентгенофазового анализа.

В шестой главе представлены результаты исследования влияния синтезированных НРЧ бемита на формирование структуры наполненных порошком алюминия КМ. Получены композиционные полимерные пленки с порошком алюминия, с микроячейками, сформированными в процессе самоорганизации композиционной системы. Предложена регрессионная модель, позволяющая управлять размерами генерируемых ячеек в КМ путем изменения соотношения исходных компонентов в составе при различных режимах полимеризации. Установлена корреляция выборочной энтропии Шеннона в композиционной системе с величиной поверхностного натяжения суспензий, использованных для изготовления КМ. Определена точка бифуркации в системе. Показано методами РФА и ИК - спектроскопии, что химический состав композиции остается неизменным, а причиной формирования ячеек в композитах является избыточная энергия, обусловленная вкладом развитой поверхности при добавлении в составы композиций НРЧ беми-та.

Седьмая глава посвящена выявлению возможности применения НРЧ бе-мита как конструктора сравнительно упорядоченных ячеистых систем с произвольным неорганическим наполнителем - порошком диоксида титана.

Показано, что при генерации микроячеек в пленочных композитах с нано-частицами бемита минимальные значения энтропии Шеннона определяют генерацию наиболее однородных ячеек в пленках, а исходный химический состав компонентов, использованных для создания материалов с ячейками согласно результатам РФА и ИК - спектроскопии, остается неизменным. Определены соотношения компонентов в составах, обеспечивающие формирование сравнительно однородных ячеек в пленках с неорганическим наполнителем - порошком диоксида титана.

22

Публикации

По теме диссертации опубликовано 90 печатных работ, в числе которых 18 статей в журналах, рекомендованных ВАК, из них пять работ включены в международную базу цитирования (Scopus), 5 патентов на изобретения РФ и монографии, выпущенные за рубежом и в РФ:

- «Защитные покрытия с металлическими порошками на основе полимера Na-КМЦ. Формирование структуры и свойств карбоксиметилцеллюлозных покрытий с металлическими порошками» (Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, [2012]);

- «Материаловедение: коллективная научная монография» (Новосибирск: Сибак, 2013).

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР: КОМПОЗИЦИОННЫЕ

МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ДИСПЕРСНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ - СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

1.1. Композиционные материалы с дисперсными металлическими наполнителями

Композиционные материалы с дисперсными наполнителями находят все большее применение в промышленности. По данным работы [13] мировой выпуск их в первом десятилетии XXI века составил около 10 %. Оптимально выбранные компоненты полимерной матрицы, дисперсного металлического наполнителя позволяют обеспечить в таких гетерофазных системах хорошие физические, механические и химические свойства, отвечающие конкретным условиям эксплуатации. Композиты, разработанные в течение последних 30-40 лет, существенно отличаются от простых полимеров. Обладая повышенной прочностью, химической стойкостью полимеров, они достаточно стабильны в агрессивных средах по сравнению с металлами. Области применения металлополимерных материалов широки - машиностроение, станкостроение, полимерная промышленность, химическая промышленность. Эксплуатационные свойства, надежность, работоспособность, долговечность рабочих поверхностей металлических конструкций, которые подвергаются контактным нагрузкам, воздействию агрессивных сред, значительно повышаются при нанесении защитных покрытий, изготовленных из металлопо-лимерных материалов. По сравнению с традиционными материалами, которые в результате интенсивных научных разработок достигли пределов своих свойств, КМ являются более дешевой альтернативой, чем металлы, не уступая им в прочности и функциональных свойствах [14-15].

Накоплен большой опыт использования КМ, продолжается поиск отечественными и зарубежными исследователями новых композиционных материалов, удовлетворяющих потребностям современного производства. Эксплуатационные

свойства в КМ в значительной мере определяют наполнители в полимерных матрицах. В настоящее время существует большое количество видов наполнителей -частицы, изготовленные из стекол (стекло Е, стекло S), металлов и сплавов (бери-лий, титан, алюминий, вольфрамат титана, сталь) [16], тугоплавкие частицы оксидов, нитридов, карбидов и др., не растворяющиеся в матрице до температуры плавления фаз.

Наполнителями при создании КМ служат высокодисперсные порошки, волокна, зерна различной формы и др. Классификация КМ по геометрии наполнителей, расположению их в матрице является предметом дискуссий, однако в большинстве своем исследователи [16] придерживаются классификации, определяющей три класса материалов, в соответствии с морфологией фаз, обуславливающих микроструктуру материалов: полимерные матрицы с дисперсными частицами, полимерные матрицы с волокнами и слоистые КМ. Наполнитель в одном из измерений, как правило, имеет небольшой размер, обычно менее 500 мкм, а иногда и меньше микрона.

В качестве металлических дисперсных наполнителей для полимеров широко используют порошки никеля, алюминия, хрома и молибдена, цинка, сплавов олова, кадмия, свинца, меди, золота, германия, галия. В зависимости от характера взаимодействия с полимером, наполнители условно подразделяют на инертные и активные, или упрочняющие. В рецептурах металлические наполнители обеспечивают помимо требуемых механических свойств еще и такие, как теплопроводность, электрические, магнитные, фрикционные и др. Наполнители должны совмещаться с полимером или диспергироваться в нем с образованием однородной композиции, хорошо смачиваться расплавом или раствором полимера, их свойства при хранении, переработке и эксплуатации должны быть стабильными. Материалы на основе металлических порошков, как правило, изотропны. Для получения высокопрочных полимерных систем с металлическими наполнителями применяют наполнители с большой удельной поверхностью, при этом необходимо учитывать склонность частиц к агломерации и седиментации. Существенное значение имеет дисперсность вводимых металлических наполнителей [17]. Преиму-

щественно это частицы с размерами от 2 до 300 мкм. Широко используют частицы с размерами до 40 мкм, а при создании нанокомпозиционных материалов и менее 1 мкм [17, 18].

Содержание порошкообразных компонентов составляет обычно 25-30 масс. ч., в высоконаполненных пластмассах оно может достигать 200-300 масс. ч. на 100 масс. ч. полимера.

1.1.1. Методы получения композиционных материалов на основе полимерных матриц с металлическими порошками

Наиболее широко в качестве связующего в КМ используются два класса полимеров - термореактивные смолы и термопласты [15, 19-21]. Для термореактивных связующих характерны низкая вязкость, хорошая пропитывающая способность, относительная дешевизна и доступность. Однако при комнатных темпера-

1/2

турах они хрупки и имеют низкую вязкость разрушения - порядка 1,0 МПа м [15] и низкую ударную прочность [18]. Время отверждения из-за необходимости проведения экзотермической реакции в мягком режиме велико, а в большинстве случаев наблюдается еще и значительная усадка [19]. Есть и более существенные недостатки - высокая пористость получаемых материалов, длительность циклов обработки.

По сравнению с термореактивными смолами термопласты имеют более высокую вязкость разрушения, широкий температурный интервал эксплуатации, более высокие механические характеристики [13]. Но процессы приготовления этих связующих многостадийны, сложны, требуют большое количество дополнительных компонентов - стабилизаторов, пластификаторов, ПАВ, аппретов в рецептурах, с отличающимися от партии к партии характеристиками исходного сырья и решения ряда сложных технологических задач, т.к. высокая вязкость расплавов полимеров требует высоких температур и давлений.

Способы получения полимеров, наполненных металлами, разнообразны и описаны в основном, в патентной литературе. Металлические порошки механиче-

ски смешиваются с порошками твердых полимеров, затем полученные смеси прессуются при нагревании и давлении. Таким образом получают системы, состоящие из дисперсного железа, меди, никеля на основе найлона и различных эластомеров [22]. Энерго и трудозатраты при этом невелики, но компоненты распределяются неравномерно. Указанный способ аналогичен методам порошковой металлургии. Дисперсные порошки металлов смешиваются с жидкими не отвер-жденными смолами. По этому методу получены полимерные композиции, состоящие из недополимеризованного полиметилкрилата и порошка серебра или меди, дающие после полимеризации электропроводящие системы [23]. Методы смешения через раствор требуют большого расхода растворителей. Для совмещения полимеров с различными наполнителями применяется флятинг - процесс, при котором наполнитель вводится в виде водной пасты [23]. На практике применяют методы, основанные на введении готовых дисперсных порошков металлов в среду полимеров. Появились и новые перспективные методы. Известен способ полиме-ризационного наполнения - полимер синтезируется из мономера в присутствии частиц наполнителя, на поверхность которого предварительно наносится катализатор. Контакт полимер-металл в этом случае более тесен, чем при смешении в расплаве или растворе, а распределение частиц в полимерной матрице однородно. Перспективным является также способ наполнения, при котором частицы наполнителя формируются в присутствии полимера (в восстановлении металлов из их солей методом противоточной диффузии соли и восстановителя непосредственно в полимерной матрице, матрицей служит полимер, структура которого сформирована по механизму крейзинга [24]. Недостатки у перечисленных методов есть. Даже при тщательном и интенсивном механическом перемешивании порошков металлов не всегда обеспечивается равномерность распределения металлического компонента в среде полимера. Следует отметить, что все указанные методы довольно трудоемки.

1.1.2. Механические и физические свойства композиционных материалов с металлическими наполнителями

Проблема конструирования композиционных металлополимерных материалов с заданным комплексом свойств важна и в настоящее время решена только в отдельных направлениях. Использование дисперсных металлических наполнителей позволяет обеспечить необходимые физические и механические характеристики КМ. Активно исследуются механические свойства смол с металлическими наполнителями. Прочностные свойства синтетических смол улучшаются при введении в них дисперсных порошков свинца, меди, железа [25-26]. Исследованы физические и механические свойства эпоксидных смол с порошком железа [25]. Начиная с малых объемных долей, введение дисперсного железа повышает прочность эпоксидной смолы. С ростом содержания порошка твердость проходит через максимум. Аналогично изменяется прочность на сжатие, на изгиб и удельная ударная вязкость. Авторы считают, что способность порошков железа повышать механическую прочность эпоксидной смолы, начиная с малых концентраций, обусловлена происходящими при этом глубокими изменениями надмолекулярного структурообразования. В то же время введение относительно больших количеств порошка приводит к отрицательным результатам, что связано с развитием дефектности материала. Баланс усиливающегося действия надмолекулярного структурообразования и ослабляющего действия дефектов определяет появление и местонахождение оптимума по отношению к рассматриваемому механическому свойству. Аналогичные результаты были получены в работах [27] при исследовании прочности образцов на основе фенолформальдегидной смолы с введением железного порошка. В случае полиамидной смолы 68 (кристаллического полимера) введение малого количества порошка (до 5 %) повышает прочность системы, а дальнейшее увеличение наполнителя на прочность практически не влияет. Высокодисперсные порошки алюминия, марганца служат вулканизаторами и усилителями для каучуков [28-29].

Полиэтилен, в котором содержание кристаллической фазы не превышает 50-75%, при малой степени наполнения увеличивает свою прочность незначительно, и этот эффект усиливается с увеличением концентрации наполнителя (после 60 вес. %). Упрочение полиэтиленовых композиций существенно зависит от формы частиц наполнителя-порошка железа [27]. Порошки с частицами дендритной формы значительно сильнее повышают прочность наполненного полиэтилена, чем порошки с пластинчатой формой частиц. При этом отмечена большая роль механо-химических процессов и химического структурообразования в повышении прочности и термостойкости полимеров при их объединении с порошками металлов как активными наполнителями [30].

Электропроводность КМ зависит от природы металла-наполнителя, степени наполнения, смачиваемости наполнителя связующим и условий переработки материала. В ряде случаев наличие проводящих металлических частиц в КМ приводит к старению материала. Стабильны композиции, наполненные серебром [31]. Добавление высокодисперсного железа, кобальта, никеля в КМ на основе натурального каучука и полиизобутилена при концентрации металла 20-40 % увеличивает электропроводность состава незначительно [32, 33]. По мере увеличения в КМ концентрации металлов до 80 % проводимость приближается к проводимости исходных металлов [32, 33]. 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 металлополимерных систем [34]. Максимальная проводимость достигается в том случае, когда металлический наполнитель не окисляется и возможные его химические реакции со связующим происходят на поверхности контакта металл-полимер. Электропроводность композиций возрастает с увеличением дисперсности наполнителя [35]. В настоящее время используются металлополимерные композиции с электропроводностью от 1 Ом-1 -м-1 до 104 Ом-1 -м- . Механизм электропроводности таких систем, как дисперсный электропроводящий наполнитель -полимер до настоящего времени однозначно не установлен. Их электропровод-

ность 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 [35].

Сведения о термодеструкции КМ с металлическими наполнителями касаются, в основном каучуков. При наполнении железом, никелем, кобальтом каучука термостойкость КМ повышается [36]. Металлы переменной валентности повышают термостойкость каучуков [37].

Изменение механических и физических свойств полученных систем в значительной степени определяется процессами структурообразования в полимерных растворах и расплавах при введении металлических порошков. На границе раздела металлическая частица - 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.д. [38]. Толстые оксидные пленки с большим количеством дефектов на поверхности частиц меди, свинца, обладают низкими физико-механическими показателями: по этим дефектам происходит разрушение пары металл - полимер. Тонкие оксидные пленки, например, на поверхности алюминия, обеспечивают прочную связь металла с полимером [38]. Для снижения склонности металлических частиц к агломерации и улучшению взаимодействия на границе «полимер-наполнитель» их часто обрабатывают поверхностно-активными веществами [18]. Адсорбция макромолекул полимера на поверхности частиц наполнителя отличается от адсорбции низкомолекулярных веществ. Уменьшение подвижности молекул полимера вблизи поверхности частиц наполнителя влияет на релаксационные процессы вблизи твердой поверхности и увеличивает структурную неоднородность композита. Поэтому механические и физические свойства КМ в значительной мере обусловлены влиянием распределением частиц в матрице, дисперсностью, геометрией, строением

наполнителя, характером взаимодействия твердой поверхности в аморфных полимерных системах.

Массив полученных экспериментальных результатов по свойствам КМ с дисперсными металлическими наполнителями в настоящее время велик, однако единой теории, описывающей адекватно физические и механические свойства материалов с дисперсными наполнителями, не существует. До сих пор нет аналитических зависимостей, описывающих в общем виде влияние топологии, структуры частиц металлических порошков на свойства формируемого материала. Можно отметить, что появление теории перколяции и теории фракталов создают предпосылки для обобщения взаимосвязи структуры и свойств КМ, однако и в этом случае фрактальное описание касается конкретных материалов - например, физических и механических свойств полиграфических материалов [39]. Единой теории механических и физических своств КМ, сравнимой по своей завершенности с теорией, развитой для молекулярных структур в настоящее время не существует [39]. Проблема конструирования композиционного материала с программируемыми свойствами и по сей день является достаточно сложной. Усилия исследователей сосредоточенны на совершенствовании существующих КМ и направлены на выявление аналитических зависимостей, количественных критериев, позволяющих установить связь размеров, формы и природы частиц металлических порошков с механическими, физическими и функциональными свойствами формируемых металлополимерных композитов.

1.1.3. Взаимодействие поверхности полимеров с поверхностью металлических наполнителей

Металлы, окислы металлов в КМ выполняют различные роли: служат наполнителями, пигментами, вулканизирующими (сшивающими) агентами. Литература по этому вопросу касается главным образом адгезии полимерного компонента к металлам и типа связи, которая образуется. Для придания определенных свойств наполненным композиционным материалам важно знать природу сил

взаимодействия компонентов в таких системах. Во многом указанное взаимодействие определяется химией поверхности металлических частиц, природой полимера и присутствующих примесей поверхностно-активных веществ. В большинстве случаев, как правило, не учитываются особенности строения полимеров и физическое состояние, в которых они исследуются или эксплуатируются.

Единого мнения о природе взаимодействия в композиционных системах не существует - одни исследователи считают, что превалирует физическое взаимодействие, другие - что большее значение имеет химическое связывание полимера поверхностью наполнителя. Существуют представления, учитывающие возможность взаимодействия обоих типов - причем соотношение числа химических и ван-дер-ваальсовых связей должно влиять на способность наполнителей менять свойства получаемого материала [40].

Необходимым условием эффективного применения металлических наполнителей является способность связующего полимерного компонента смачивать поверхность частиц металла, которая в свою очередь зависит от характера взаимодействия матрицы с активными центрами поверхности твердой фазы. Процессы смачивания связующим, находящимся в вязко - текучем или высокоэластическом состоянии, а также в растворенном виде существенно отличаются от смачивания низкомолекулярными средами. Ограниченная подвижность макроцепей и их пачечных образований затрудняет растекание полимера по поверхности. Стремление гибких цепных молекул к сохранению энергетически наиболее выгодной конформации приводит к тому, что плотность контактов оказывается меньшей, чем можно было бы представить, исходя только из удельной поверхности наполнителя. Процессы же смачивания полимером поверхности в отсутствие растворителя малоизучены, что значительно ограничивает возможность интерпретации имеющихся сведений по взаимодействию этих компонентов в реальных условиях.

Представления о взаимодействии таких систем основываются на косвенных данных, полученных, в основном при изучении адсорбции полимеров из рас-

творов, при определении адгезии их к гладким твердым поверхностям, а также при исследовании процесса связывания матрицы и наполнителя.

Взаимодействие связующего с наполнителями в значительной степени определяет адгезию [41], которая часто превышает когезионную прочность полимера [42]. Смачиваемость и адгезия твердых тел являются проявлением их поверхностной энергии и выражают интенсивность локализованных аттракционных сил между атомами поверхности.

Адгезия матрицы к поверхности металла - наполнителя зависит от действия многих факторов - природы молекулярных сил, влияния пустот и включений, распределения внутренних напряжений, наличия адсорбированных веществ на границе раздела, возникающих при разрушении адгезионного шва, электрических зарядов и т.д. Наличие перечисленных факторов обуславливает существование нескольких теорий адгезии [43]. Гипотеза пленочного состояния полимера основывается на термодинамических соображениях. В результате выделения большого количества энергии при смачивании связующим наполнителя, наполнитель в поверхностном слое упрочняется, и становится возможным только когезионное разрушение полимера. Показано, чем активнее наполнитель, тем на большую глубину распространяется действие его поверхности.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Антонова Наталья Михайловна, 2016 год

- 8 с.

140.ГОСТ 7164-78. Приборы автоматические следящего уравновешивания ГСП. Общие технические условия. - М.: «Издательство стандартов», 1998. - 15 с.

141.ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. - М.: «Стандар-тинформ», 2011. - 26 с.

142.ГОСТ 8832-76. Материалы лакокрасочные. Методы получения лакокрасочного покрытия для испытания. - М.: «Стандартинформ», 2006. - 14 с.

143.ГОСТ 15140-78. Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии. -М.: «Стандартинформ», 2009. - 10 с.

144.ГОСТ 16523-70. Сталь листовая углеродистая качественная и обыкновенного качества общего назначения. - М.: «Издательство стандартов», 1971. - 11 с.

145.ГОСТ 14760-69. Клеи. Метод определения прочности при отрыве. - М.: «Издательство стандартов», 1986. - 5 с.

146. Фролов Ю. Г. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Ю. Г. Фролов, А. С. Гродский, В. В. Назаров [и др.]; под ред. Ю. Г. Фролова и А. С. Гродского. - М.: Химия, 1986. - 216 с.

147. Карякина М. И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий / М. И. Карякина. - М.: Химия, 1988. - 272 с.

148. ТУ 6-55-39-90. Натрий - карбоксиметилцеллюлоза очищенная: технические условия. - М.: «Стандартинформ», 1990. - 34 с.

149. Антонова Н. М. Формирование структуры и свойств защитных покрытий с металлическими порошками Al, Fe, Zn и связующим натрий - карбоксиметил-целлюлозой: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Н. М. Антонова. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2006. - 24 с.

150.Козлов П. В. Физико - химия эфироцеллюлозных пленок / П. В. Козлов. - М.: Госкиноиздат, 1948. - 479 с.

151.ГОСТ 6259-75. Глицерин. Технические условия. - М.: «Издательство стандартов», 2001. - 8 с.

152.Dell'Abate M. T. Hyphenated thechniques of thermal analysis for characterization of soil humic sub-stances / М. T. Dell'Abate, A. Benedetti, P. C. Brookes // Journal of Separation Science. - 2003. - Vol. 26. - P. 433-440.

153.Уэндландт У. Термические методы анализа / У. Уэндлант; пер. с англ.; под ред. В. А. Степанова и В. А. Берштейна. - М.: Мир, 1978. - 527 с.

154.Байклз Н. Целлюлоза и ее производные / под ред. Н. Байклза, Л. Сегала. - М.: Мир, 1974. - Т. 2. - 513 с.

155.Manning D.A. Seeing soil carbon: use of thermal analysis in the characterization of soil C reservoirs of differing stability / D.A.C. Manning, E. Lopez-Capel, S. Barker // Mineralogical Magazine. -2005. -Vol. 69(4). -P. 425-435.

156.Титок В. В. Термогравиметрический анализ льноволокна / В. В. Титок, Л. М. Шостак, И. В. Лайковская [и др.] // Клеточные ядра и пластиды растений: биохимия и биотехнология: сб.материалов Междунар. конф., г. Минск, 26-28 мая 2004 г. - Минск, 2004. - С. 267-271.

157.Пат. 2266307 Российская Федерация, МПК C 08 L 1/28, C 09 D 199/00 C 09 J 101/28, B 65 D 90/06. Защитное покрытие для металлических поверхностей / Н. М. Антонова [и др.]. - № 2004125706/04; заявл. 23. 08. 2004; опубл. 20.12.2005, Бюл. № 35

158.Ахназарова С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. - М.: Высшая школа, 1985. - 318 с.

159.Кафаров В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. - М.: Высшая школа. - 1991. -400 с.

160. Базарнова Н. Г. Химические превращения целлюлозы в составе растительного сырья / Н. Г. Базарнова, В. И. Маркин, Е. В. Калюта [и др.] // Химия растительного сырья. - 2005. - № 3. - С. 75-84.

161. Котельникова Н. Е. / Получение гидратцеллюлозных пленок, содержащих на-ночастицы дисперсного серебра / Н. Е. Котельникова, Н. И. Никанорова, Т. Паакари [и др.] // Эфиры целлюлозы и крахмала: синтез, свойства, применение: материалы Всерос. науч.-техн. конф. (г. Суздаль, 7-10 окт. 2002 г.). - Владимир: Изд. «Посад», 2003. - С. 252-253.

162.Pat. 4980391(US). Denture adhesives and methods for preparing same/ Kumar Lori D., Schobel Alexander M. 1990.

163.Холоднов В. А. Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов: практическое руководство / В. А. Холоднов, В. П. Дьяконов, Е. И. Иванова. - СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003. - 480 с.

164.Нейгел К. С# 2005 и платформа. NET 3.0 для профессионалов / К. Нейгел, Б. Ивьен, Д. Глинн [и др.]; пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильямс». - 2008. - 1376 с.

165. Локтионова И. В. Оптимизация процесса получения ментадиенов и п-цимола изомеризацией скипидара в присутствии хлорной кислоты / И. В. Локтионова, А. Б. Радбиль, Б. А. Золин // Химия растительного сырья. - 2006. - № 3. - С. 1720.

166. Антонова Н. М. Оптимизация состава композиционного покрытия на основе натрий-карбоксиметилцеллюлозы с порошком алюминия / Н. М. Антонова, Н. А. Меркулова, И. А. Неелова. // Изв. вузов. Сев. -Кавк. регион. Технические науки. - 2010. - № 2. - С. 75-78.

167.Прусова С. М Структурообразование и вязкостно - когезионные свойства растворов полисахаридов / С. М. Прусова, А. Н. Прусов, А. Г. Захаров // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III Всерос. конф. (23-27 апреля 2007: в 3 кн.). - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2007. - Кн. 1. - С. 189. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.chem.asu.ru/conf-2007/.. ./sbornik tezic-2007-kniga-1.pdf

168.Новиков Д. В. Кластерная структура поверхности триацетатцеллюлозных пленок с малыми добавками поливинилбутираля / Д. В. Новиков, А. В. Варламов // Коллоидный журнал. - 1997. - Т. 9. - № 3. - С. 355-360.

169. Антонова Н. М. Механические свойства композиционного покрытия с полимерной матрицей на основе натрий-карбоксиметилцеллюлозы и порошка алюминия / Н. М. Антонова // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2009. - № 1. - С. 40-44.

170.Геллер Б. Э. Практическое руководство по физикохимии волокнообразующих полимеров / Б. Э. Геллер, А. А. Геллер, В. Г. Чиртулов. - М.: Химия, 1996. - 432 c

171. Тураев А. С. Синтез и реологические свойства водных растворов комплексов карбоксиметилцеллюлозы гидразидом изоникотиновой кислоты / А. С. Тураев, Ш. А. Шомуротов, М. Ю. Мухамеджанова [и др.] // Химия растительного сырья. -2008. - № 4. - С. 35-40.

172. Прусова С. М. О процессах взаимодействия растворителей с целлюлозой / С. М. Прусова, А. Н. Прусов // Боеприприпасы. - 2009. - № 1. - С. 39-45.

173.Тагер А. А. Физикохимия полимеров / А. А. Тагер. - М.: Химия, 1978. - 544 с.

174. Фридман О. А. Структурно-релаксационный механизм пластификации ацетата целлюлозы / О. А.Фридман, А. В. Сорокина, М. Ю. Макарова // Физикохимия процессов переработки полимеров: тез. докл. IV Всерос. науч. конф. (г. Иваново, 5-8 окт. 2009 г.) [Электронный ресурс]. - 2009. - С. 70-71. — Режим доступа: http ://www. isc-ras. ru/polymer 09/abstract.pdf

175.Белами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Л. Белами; пер. с англ. -М.: Изд-во Иностранной литературы, 1963. - 590 с.

176.Казицына Л. А. Применение УФ-, ИК- и ЯМР- спектроскопии в органической химии / Л. А. Казицына, Н. Б. Куплетская. - М.: Высш. школа, 1971. - 264 с.

177. Белый В. А. Металлополимерные материалы и изделия / В. А. Белый, Н. И. Егоренков, Л. С. Корецкая [и др.]. - М.: Химия, 1979. - 312 с.

178.Повстугар В. И. Строение и свойства поверхности полимерных материалов / В. И. Повстугар, В. И. Кодолов, С. С. Михайлова. - М.: Химия, 1988. - 192 с.

179.Хантер В. Р. Тонкопленочные подложки / В. Р. Хантер // в сб. статей «Физика тонких пленок: современное состояние исследований и технические применения» / Под ред. Дж. Хасса, М. Х. Франкомба, Р. У. Гофмана. - М.: МИР. - 1977.

- Т. 7. - С. 86.

180.Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий / А. Д. Зимон. - М.: Химия, 1977. -352 с.

181. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы / Ю. Г. Фролов. - М.: Химия, 1982. - 464 с.

182. Антонова Н. М. Анализ адгезионной прочности композиционного покрытия на основе полимерной матрицы натрий-карбоксиметилцеллюлозы с металлическим дисперсным Al-наполнителем / Н. М. Антонова, В. И. Кулинич // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2008.

- № 9. - С. 72-75.

183. Антонова Н. М. Адгезионная прочность композиционного покрытия с полимерной матрицей на основе натрий-карбоксиметилцеллюлозы с металлическим наполнителем из порошка алюминия / Н. М. Антонова, В. И. Кулинич, В. И.

Дорофеев // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2008. - № 2. - С. 16.

184.Порошок алюминиевый высокодисперсный АСД-1, АСД-4, АСД-6: технические условия 48-5-226-87 / ООО "СУАЛ-ПМ". - Шелехов, 1987.

185.Зимон А. Д. Что такое адгезия? / А. Д. Зимон. - М.: Наука, 1983. - 176 с.

186.Степин С. Н. Наноразмерные объекты в области противокоррозионной защиты полимерными покрытиями / И. Ш. Степин, Т. Н. Абдуллин, М. Р. Светлако-ва [и др.] // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2009. - № 3. - С. 4043.

187.Polymer Nanocomposites. Uneversity of Sidney. - Australia: NSW, 2006. - 608 p.

188.Романцова Г. В. Сиккативы - катализаторы отверждения лакокрасочных материалов / Г. В. Романцова, Л. В. Кузьмин // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2007. - № 1-2. - С. 41-42.

189.Гербредер А. В. Некоторые особенности применения сиккативов / А. В. Гер-бредер // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2005. - № 11. - С. 7-11.

190. Тушинский Л. И. Методы исследований материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий / Л. И. Тушинский [и др.]. - М.: Мир, 2004. - 384 с.

191.Ягодников Д. А. Экспериментальное исследование дисперсности конденсированных продуктов сгорания аэровзвеси частиц алюминия / Д. А. Ягодников, Е. И. Гусаченко // Физика горения и взрыва. - 2004. - Т. 40, № 2. - С. 33-41.

192.Гнеденков С. В. Влияние покрытий на интенсивность процессов солеотложе-ния / С. В. Гнеденков, С. Л. Синебрюхов, А. Н. Ковриянов [и др.] // Исследовано в России: электронный журнал. - 2013. - С. 1781. - Режим доступа: http: // zhurnal.ape.relarn.ru / articles /2003 /146.

193.Fleming D. G. Cellulose Crystallite / Fleming D.G., Gray and S. Matthews // Chem. Eur. J. - 2001. - Vol. 7. -Р. 1831-1836.

194.Belgacem M. Chemical Modification for Composite Material / Belgacem M., Beta-no V., Gandini A. Heterogeneous // J. Thermoplast Comp. Mater. - 2005. - Vol. 18. -№ 2. - P. 107-117.

195.Belgacem M. Modified Cellulose Fibers as Reinforcing Fillers for Polymer Matrices / Belgacem M., Gandini A. // Macromol. Symp. - 2005. - Vol. 221, № 1. - P. 257270.

196.Ruan D. Structure and properties of regenerated cellulose - tourmaline composite films / Ruan D., Zhang L., Zhang Zh., Xia X. // Journal of Polymer Physics, 2004. -Vol. 42, № 3. - P. 367-373.

197.Yongiae Ch. Cellulose nanocrystall - filled carboxymethylcellulose nanocompo-sites / Ch. Yongiae, Jh. Simonsen // Journal of nanoscience and nanotechnology. -2006. - V. 6. - N 3. - P. 633-639.

198. Прусова С. М. Микрокристаллическая целлюлоза как реологический модификатор водных растворов натрий-карбоксиметилцеллюлозы / С. М. Прусова, А. Н. Прусов. - Л.: Наука, 1988. - 298 с.

199. Верхоланцев В. В. Функциональные добавки в технологии лакокрасочных материалов и покрытий / В. В. Верхоланцев. - М.: ООО Изд-во «ЛКМ -пресс», 2008. - 280 с.

200. Шауцуков А. Г. Современное представление о возможных механизмах адгезии металлических пленок к различным подложкам. / А. Г. Шауцуков // Прикладная физика. - 2006. - № 5. - С. 16-21.

201.Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. - СПб. : ХИМ-ИЗДАТ, 2008. - 448 с.

202. Фридман О. А. Структурно - релаксационный механизм пластификации ацетата целлюлозы / О. А. Фридман, А. В. Сорокина, М. Ю. Макарова // Физико-химия процессов переработки полимеров: тез. докл. IV Всерос. науч. конф. (Иваново, 5-8 окт. 2009 г.). - Иваново: ИХР РАН. - 2009. - С. 71.

203. Никифорова Т. Е. Сорбционные свойства и природа взаимодействия целлю-лозосодержащих полимеров с ионами металлов / Т. Е. Никифорова, Н. А. Баг-ровская, В. А. Козлов [и др.] // Химия растительного сырья. - 2009. - № 1. - С. 5-14.

204. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений / К. Наканиси; пер. с англ. - М.: Мир, 1965. - 220 с.

205. Антонова Н. М. Оценка адгезионной прочности защитных композиционных покрытий по работе адгезии к твердому телу исходной суспензии. / Н. М. Антонова // Коррозия: материалы, защита. - 2011. - № 9. - С. 36-42.

206. Cullis C. F. The Combustion of Organic Polymers / C. F. Cullis, V. V. Hirschler // Oxford University Press. - Oxford. - 1981.

207. Hirschler M. M. In Developments in Polymer Stabilisation / M. M. Hirschler // Applied Science Publishers. - London, 1981. - V.5. - P. 107.

208. Рубан Л. В. Влияние добавок металлов и их производных на термораспад полимеров. / Л. В. Рубан, Г. Е. Заикин. // Успехи химии. -1994. - № 63 (4).- С. 373382.

209.Мясоедова В. В. Физическая химия неводных растворов целлюлозы и ее производных. / В. В. Мясоедова, Г. Н. Марченко, Г. А. Крестов // М.: Наука, 1991. - 225 с.

210. Сухов Б. Г. Нанобиокомпозиты благородных металлов на основе арабинога-лактана: получение и строение. / Б. Г. Сухов [и др.] // Журнал структурн. химии. - 2007. - Т. 48. - № 5. - С. 979-984.

211.Ioelovich M. Nano-сellulose and Application / M. Ioelovich, A. Leykin // J. Sci. Israel-Technol Adv. -2004. -V. 6. - N 3-4. - P. 17-25.

212.Miyazaki K. Cellulose polypropylene composite: influence of the molecular weight and concentration of oxidatively degraded and maleated polypropylene compatibiliz-ers on tensile behavior / K. Miyazaki [и др.] // Applied of Polymer Science. - 2009. -V. 111. - N4. -P. 1835-184.

213.Junhui He. Porous and nonporous Ag nanostructures fabricated using cellulose fiber as a template. / He. Junhui, T. Kunitake, T. Watanabe. // Chem. Commun. -2005. - № 6. -P. 795-796.

214.Ruan D. Structure and properties of CdS - Regenerated Cellulose Nanocomposites / D. Ruan, Q. Huang, L. Zhang. // J.Macromolecular Materials and Engineering. -2005. - V. 290. - N10. - P. 1017-1024.

215.Rockenberger J. A New nonhydrolyticsingle precursor approach to surfactantcaped nanocrystals of transition metal oxides. / J. A. Rockenberger, E. C. Scher, A. P. Alivisatos // J.Am. Chem. Soc. - 1999. - № 121. - Р. 11595-11597.

216.Shim M. Organic-capped ZnO nanocrystals: Synthesis and n-type character. / M. Shim, P. Guyot-Sionnest. // J. Am. Chem. Soc. - 2001. - № 123. - Р. 11651-11654.

217.Joo J. Multi-gram scale synthesis and characterization of monodisperse tetragonal zirconia nanocrystals. / J. Joo [и др.] //J.Am. Chem. Soc. - 2003. - № 125, - Р. 65536557.

218.Jun Y. W. Alivisatos: Surfactant-Assisted Elimination of a High Energy Facet as a Means of Controlling the Shapes of TiO2 Nanocrystals / Y. W. Jun //: J.Am. Chem. Soc. - 2003. - № 125 - Р. 15981-15985.

219.Tang J. Solid-Solution Nanoparticles: Use of a Nonhydrolytic Sol-Gel Synthesis To Prepare HfO2 and HfxZr1-xO2 Nanocrystals. / J. Tang. // Chem. Mater. - 2004. - № 16. - Р. 1336-1342

220.Niederberger M. Tailoring the surface and Solubility Properties of Nanocrystalli-neTitania by a Nonaqueous in situ Functionalization Process. / M. Niederberger // Chem. Mater. - 2004. - V. 16. - № 7. - Р. 1202-1208.

221. Агафонов Г. И. Использование нанотехнологий в лакокрасочных материалах / Г. И. Агафонов, А. С. Дринберг, Э. Ф. Ицко // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2007. - № 4. - С. 10-14.

222. Савельев Г. Г. Адсорбционная способность наноразмерного волокнистого оксида алюминия. / Г. Г. Савельев [и др.] // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 1. - С.102-107.

223. Яворский Н. А. Получение нановолокон оксогидридов алюминия из порошков металлического алюминия. / Н. А. Яворский [и др.] // Перспективные материалы. - 2008. - № 4. - С.74-80.

224. Смирнов В. В. Кластеры металлов II-а и III-а групп: получение и реакционная способность / В. В. Смирнов, Л. А. Тюрина // Успехи химии. - 1994. - № 63(1). - С. 57-72

225.Scherrer P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen / P. Scherrer // Nachr. Ges. Wissen. Gottingen. Math.-Phys. - K1. - 1918. - V. 26. - P. 98-100.

226. Кириллова С. А. Морфология и размерные параметры нанокристаллов беми-та, полученных в гидротермальных условиях. / С. А. Кириллова [и др.] //Наносистемы: физика, химия, математика. - 2012. - №3(4). - С. 101-113.

227.Пиментел Дж. Водородная связь / Дж. Пиментелл, О. Мак-Клеллан. - М.: Мир, 1964. - 462 с.

228.Томильцева Н. А. Суспензионное получение простых эфиров целлюлозы. / Н. А. Томильцева, А. А. Севодина, В. В. Будаева // -Ползуновский вестник. -2010. - № 4. - С. 224-231.

229.Бёккер Ю. Спектроскопия / Ю. Беккер; пер. с нем. Л.Н. Казанцевой; под ред. А.А. Пупышева, М.В. Поляковой. - М.: Техносферд, 2009. - 528 с.

230.БазарноваН. Г. Методы исследования древесины и ее производных: Учебное пособие / Н. Г. Базарнова; Под ред. Н.Г. Базарновой. - Барнаул: изд-во Алт. унта. - 2002. - 160 с.

231.Чукин Г. Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций / Г. Д. Чукин. - М.: Типография «Палладин», ООО «ПРИНТА». - 2010. - 288 с.

232.Peri J. B. Surface hydroxyl groups on y-alymina / J. B. Peri, R. B. Hannan // J. Phys. Chem. - 1960. - V. 64. - № 10, P. 1526-1530.

233.Hongwei H. Preparation and characterization of y-AlOOH nanotubes and nanorods / Н. Hongwei // Nanotechnology. - 2005. - V. 16. - № 6. - P. 741-745.

234.Шаблыгин М. М. Внутренняя стандартизация спектральных измерений с целью минимизации погрешностей количественного и структурного анализа мономерных и полимерных систем. Автоматизация метода / М. М. Шаблыгин, А. П. Иванов // Химические волокна. - 2005. - № 2. - С. 27-29.

235.Шаблыгин М. В. Водородная связь в процессах упорядочения арамидных систем. / М. В. Шаблыгин, И. В. Слугин // Ж. Химические волокна. - 2009. - № 4. -С. 30.

236.Бокова С. Н. Структурно- ориентационные явления в системах, содержащих одностенные нано-трубки. / С. Н. Бокова, М. В. Шаблыгин // Ж. Химические волокна. - 2010. - № 4. -С.26.

237. Шаблыгин М.М. Межмолекулярные взаимодействия в химии и технологии волокон / Шаблыгин М.М. // Ж. Химические волокна. - 2006. - №6. С. 47.

238.Багаутдинова С. П. Абсорбционный ИК-спектральный анализ структурных особенностей арамидных материалов. / С. П. Багаутдинова // Ж.Химические волокна. - 2011. - №2. -С. 15.

239. Громов А. А. Закономерности нитридообразования при горении сверхтонких порошков алюминия в воздухе / А. А. Громов [и др.] // Физика горения и взрыва. - 2005.- Т.41. - № 3. - С. 74-85.

240.Похил П. В. Горение порошкообразных металлов в активных средах. / П. В. Похил [и др.]. - М.: Наука. - 1972. - 294 с.

241. Коротких А. Г. Влияние дисперсности порошка алюминия на процессы зажигания и нестационарного горения гетерогенных конденсированных систем: автореферат дис. ... д-ра физ.-мат. наук А. Г. Коротких. - Томск. - 2012. - 40 с.

242.Годымчук А. Ю. Окисление нанопорошка алюминия в жидкой воде при нагревании / А. Ю. Годымчук, А. П. Ильин, А. П. Астанкова. // Изв. Томского политехн.ун-та. - 2007. - Т. 310. - № 1. - С. 102-104.

243. Ильин А. П. Применение нанопорошка алюминия в водородной энергетике. / А. П. Ильин, А. В. Коршунов, Л. О. Толбанова. // Изв. Томского политехн.ун-та. - 2007. - Т. 311. - № 4. - С. 10-14.

244. Витязь П. А. Функциональные материалы на основе наноструктурированных порошков гидроксида алюминия / П. А. Витязь. - Минск: Беларус.навука. -2010. - 183 с.

245. Астанкова А. П. Влияние горячего водорода на процесс кипения воды. / А. П. Астанкова, А. П. Ильин, А. Ю. Годымчук. // Изв. Томского политехн.ун-та. -2007. - Т. 310. - № 3. - С. 73-76.

246. Хохлов А. Р. Самоорганизация в ион-содержащих полимерных системах. / А. Р. Хохлов, Е. Е. Дормидонтова. // Успехи физических наук. - 1997. - Т. 167. - № 2. - С. 113-128.

247. Савельев Г. Г. Волокнистый оксид алюминия как сорбент при очистке воды. / Г. Г. Савельев [и др.] // Доклады международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах (ФХП-9), 22-25 сентября 2004 г., Кемерово. - С. 194-197.

248. Савельев Г. Г. Адсорбционная способность наноразмерного волокнистого оксида алюминия / Г. Г. Савельев [и др.] // Изв. Томского политехн.ун-та. - 2004. - Т. 307. - № 1. - С.102-107

249. Герасимова В. Н. Исследование адгезии микроорганизмов на УДП Al2O3. / В. Н. Герасимова, Е. В. Ушакова // Материалы V международной конференции «Химия нефти и газа», 22-26 сентября 2003 г., Томск. - С. 605-607.

250. Овсянникова В. С. Сорбционная активность ультрадисперсного порошка ок-согидроксида алюминия по отношению к углеводородокисляюшимся микроорганизмам. / В. С. Овсянникова, Л. И. Сваровская, Г. И. Волкова // Материалы V международной конференции «Химия нефти и газа», 22-26 сентября 2003 г., Томск. - С. 607-609.

251.Tepper F. Nanosized Alumina Fibers. Bulletin American Ceramic Society / F. Tepper, M. Lerner, D. Ginley. - June, 2001. - Р.57-60.

252.Tepper F. Characteristics ofnano - metal and nano - ceramic precursors. / F. Tepper [и др.] // Technical Conference. Proceedings of the American Society for Com-positess. - 2001. - № 16. - P. 376-387.

253. Катнов В. Е. Влияние модифицирования наноразмерного оксида кремния и технологии наполнения на свойства полимерных композиционных покрытий. /

B. Е. Катнов, С. Н. Степин. // Лакокрасочные материалы и их применение. -2010. - № 7. - С. 34-35.

254.Яворский Н..А. Модифицирование полимерных мембран нановолокнами ок-согидроксида алюминия / Н. А. Яворский // Нанотехника. - 2008. - № 3 (15). -

C. 40-44.

255.Мазалов Ю. А. Перспективы применения нанокристаллических оксидов и гидроксидов аллюминия / Ю. А. Мазалов // М.: Технология металлов. - 2008. -№ 1. - С.8-11.

256. Мазалов Ю. А. Результаты исследования применения наноструктурного бе-мита в различных областях [электрон. ресурс] / Ю. А. Мазалов. - Режим доступа: http: //www. rusnor. org/nanoworld/pro/7427. htm.

257.Пат. № 2424825 Российская Федерация, МПКA61L 15/26 A61F 13/00 A61L 15/18 B82B 1/00. Гелеобразное покрытие из эластичного пенополиуретана для закрытия ран различной этиологии. / Литинский М.А., Куранов А.А., Мальков

A.В., Афонин А.В. - № 2009125260/15; заявл. 02. 07. 2009; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21

258. Соловьев А. В. Коллоидно-химические свойства акриловой дисперсии, совмещенной с наночастицами серебра. / А. В. Соловьев [и др.] // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2010. - № 7. - С. 22-25.

259.Стойе Д. Краски, покрытия и растворители. / Д. Стойе, В. Фрейтанг ; [пер.с англ.] ; под ред. Э.Ф. Ицко. - СПб: Профессия, 2007. - 528 с.

260. Анциферова И. В. Оксидные композиционные материалы: учебн.пособие / И.

B. Анциферова [и др.]. - Пермь: изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 150 с.

261.А. с. 577095 СССР, B 22 F 3/10. Способ получения пористого металла / В. Н. Анциферов [и др.]. - № 2356684/02; опубл. 25.10.77, Бюл. № 39.

262. А. с. 1724739 СССР, C 25 D 1/08 5/56. Способ получения открытоячеистого пенометалла / А. В. Щебров, М. А. Замах - № 4770818/26; заявл. 13. 11. 89; опубл. 07.04.92, Бюл. № 13.

263.Pat. 9167784, МКИ C 08 J, B 29 d, C 04 b, Великобритания. Improvements in or relating to the Manufacture of Porous Ceramic Materials / V. F. Freeth

264.Pat. 1054421, МКИ B 44 d, C 04 b7, Великобритания. Method of making sound and heat insulating materials / F. W. A. Kurz, S. Wikne.

265.Pat. 1388912, МКИ C 04 B 21/00, Великобритания. Porous ceramic materials / F. E. G. Ravault.

266.Домброу Б. А. Полиуретаны: [пер.с англ.] / Б. А. Домброу. - М.: Госхимиздат, 1961. - 157 с.

267. Булатов Г. А. Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве / Г. А. Булатов. - М.: Машиностроение, 1978. - 183 с.

268. С. Г. Дмитриенко. Пенополиуретаны. Сорбционные свойства и применение в химическом анализе. / С. Г. Дмитриенко, В. В. Аляри. - М.: Красанд, 2009. -264 с.

269. Попов И.А. Гидродинамика и теплообмен в пористых тепообменных элементах и аппаратах. Интенсификация теплообмена: монография / И. А. Попов; под общ. ред. Ю. Ф. Гортышова. - Казань: Центр инновационных технологий, 2007. - 240 с.

270. Пат. № 2120428 Российская Федерация. Способ получения сотового материала. / В. Н. Анциферов [и др.]. - № 96108457/04; заявл. 29. 04. 96; опубл. 20.10. 1998.

271. Ханов А. М. Прогнозирование физико-механических свойств ВПЯМ на основе структурного моделирования / А. М. Ханов, [и др.] //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2010. - Т.12. - № 1. - С. 17-29.

272. Анциферов В. Н. Модели и свойства высокопористых ячеистых материалов. / В. Н. Анциферов [и др.] // Перспективные материалы. - 2010. - № 3. - С. 5-9.

273.Матыгуллина Е. В. Теоретические и прикладные проблемы формования композиционных материалов с регулируемой микро и макропористостью наоснове оксидных систем: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. / Е. В.Матыгуллина. -ПНИПУ. - 2011. - 27 с.

274.Скрипова П. М. Гелевое литье керамических материалов. / П. М. Скрипова, Л. Д. Сиротенко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2011. -Т.13. - № 1. - С. 117-120.

275.Bartuli C. Mechanical properties of cellular ceramics by gel - casting: Characterization and modeling / C. Bartuli [et al.] // Materials science & engineering. - 2009. -Vol. 29, O 14. - Гр. 198-203.

276. Башмаков И. А. Получение микро- и мезоскопических неорганических материалов заданной геометрии на основе целлюлозосодержащих предшественников / И. А. Башмаков, Ф. Н. Капуцкий // Химические проблемы создания новых материалов и технологий: Сб. ст. - Вып. 1 / под ред. В. В. Свиридова. - Минск, 1998. - С.60-85.

277. Station T. G. High temperature superconducting microbolometer. / T. G. Station, B. E. Cole, P. W. Kruse // Appl. Phys. Lett. - 1990. - Vol.57. - № 1. - P. 99.

278.Changxin F. Observation of AC Josephson effect in Y-Ba-Cu-O devices at liqued nitrogen temperature. / F. Changxin [и др.] // Solid. State. Commun. - 1987. - № 64. - P. 689.

279.Weiss D. Magnetotransport in antidot arrays / D. Weiss [и др.] // Surface. Sci. -1994. - Vol. 305. - Бр. 408-418.

280. А. с. 1749947 СССР, 5 H 01 J 37/26 Способ приготовления микросеток. / В. М. Северин [и др.]. - № 4865976/21; заявл. 27. 07. 90; опубл. 23.07.92, Бюл. № 27

281. Капуцкий Ф. Н. Некоторые итоги развития исследований в области модификации и физико-химии полисахаридов / Ф. Н. Капуцкий [и др.] // Химические проблемы создания новых материалов и технологий Сб. ст. - Вып. 1 / под ред. В. В. Свиридова. - Минск. - 1998. - С.45-54.

282.Van der Zant H. S. J. Vortices in two-dimensional superconducting weakly coupled wire networks / H. S. J. van der Zant [и др.] // Phys. Rev. B. - 1994. - Vol. 50. - № 7. - Тр. 340-350.

283. Levy L P. Magnetization of mesoscopic copper rings: Evidence for persistent currents. / L. P. Levy [и др.] // Phys. Rev. Left. - 1994. - Vol. 50. - № 7. - ?р. 340-350.

284.Weiss D. Electron pinball and commensurate orbits in a periodic array of scatter-ers./ D. Weiss [и др.] // Phys. Rev. Left. - 1990. - Vol. 64. - № 21. - ?р. 2790-2793.

285.Nihey F. Observation of large h/2e oscillations in semiconductor antidot lattices. / F. Nihey, S. W. Hwang, K. Nakamura Phys. // Rev. B. - 1995. - Vol. 51. - № 7. - Гр. 4694-4652.

286. Антонова Н. М. Исследование влияния наночастиц адюминия и нановолокон бемита на генерацию ячеек в композитах на основе полимера Na-КМЦ. / Н. М. Антонова, О. С. Овчинников, А. П. Бабичев // Наноинженерия. - 2014. - № 3. -С. 17-22

287.Новиков Д. В. Фрактальная решетка наноглобул желатина. / Д. В. Новиков, А. Н. Красовский // Физика твердого тела. - 2012. - Т. 54, вып. 11. - С. 2183.

288. Новиков Д. В. Текстура поверхности и перколяционные эффекты в микропористых ориентированных пленках полиолефинов / Д .В. Новиков [и др.] // Физика твердого тела. - 2012. - Т. 54, вып. 11. - С. 2176.

289. Раевский О. А. Электронодонорные и электроноакцепторные функции физиологически активных и модельных соединений / О. А. Раевский, А. Ф. Со-лотнов, В. П. Соловьев // Ж. общей химии. - 1987. - Т. 57, вып. 6. - С. 12401243.

290.Займан Дж. Модели беспорядка. Теоретическая физика однородно неупорядоченных систем / Дж. Займан. - М.: Мир, 1982. - 529 с. 291. Новиков Д. В. Корреляции плотность-плотность на поверхности желатина / Д.

B. Новиков, А. Н. Красовский // Физика твердого тела. - 2012. - Т. 54, вып. 8. -

C. 1582-1585.

292.Чумак О. В. Энтропии и фракталы в анализе данных / О. В. Чумак. - М.:

Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». - 2011. - 164 с. 293. Антонова Н. М. Реологические свойства полимерных суспензий с порошком АСД-1, используемых для изготовления композиционных покрытий. / Н. М. Антонова // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2011. - № 4. - С. 58-62. 294.Зимон А. Д. Коллоидная химия наночастиц / А. Д. Зимон, А. Н. Павлова. - М.: Научный мир, 2012. - 224 с.

295.Жбанков Р. Г. Физика целлюлозы и ее производных / Р. Г. Жбанков, П. В. Козлов. - Минск, 1983. - 296 с.

296. Жбанков Р. Г. Инфракрасные спектры и структура углеводов / Р. Г. Жбанков. - Минск, 1972. - 456 с.

297.Marrinan H. J. Infrared spectra of the crystalline modifications of cellulose. / H. J. Marrinan, J. Mann // Journal of polymer science. - 1956. - Vol. 21. -P. 301-311.

298.Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков / А. Д. Зимон. - М.: Химия, 1967. - 372 с.

315

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Планирование эксперимента для получения оптимального состава защитных покрытий с наполнителем порошком алюминия

Эксперимент проводился по ортогональному плану второго порядка со звездным плечом а= + 2,3. Количество опытов N=30, количество исследуемых факторов к=5, шаг и уровни исследования в натуральном масштабе приведены в таблице 1.1, результаты и план эксперимента в натуральном масштабе в таблице 1.2, в безразмерном - в таблице 1.3.

Таблица 1.1. Области и уровни исследования независимых переменных

Факторы варьирования № - КМЦ, % А1, г глицерин, г Размер частиц ё, мкм Т, 0С

Независимые переменные Т1 Т2 Т3 Т4 Т5

Область исследования 1,5-3,5 0-10,0 0-8 10-40 35,0-80,0

Центр области исследования 2,5 5,0 4,0 25 57,5

Интервал варьирования 0,4 2,2 1,7 7 9,8

Уровни исследования: +1 -1 2,9 2,0 7,2 2,8 5,7 2,3 32 19 67,3 47,7

Звездное плечо: +2,3 -2,3 3,5 1,5 10,0 0 8,0 0 40 10 80,0 35,0

Здесь Ть Т2, Т3, Т4, Т5 - концентрации № - КМЦ, содержания порошка А1, глицерина, размера частиц А1 и температуры формирования покрытия в натуральном масштабе.

Таблица 1.2. Матрица планирования в натуральном масштабе и результаты эксперимента

N опыта Независимые переменные в натуральном масштабе 8, % стВ, МПа

¿1, % ¿2, г ¿3, г ¿4, мкм ¿5, 0С

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2,9 7,2 5,7 32 67,3 37,0 2,3

2 2,1 2,8 5,7 32 67,3 48,1 1,4

3 2,9 2,8 5,7 32 47,7 35,8 1,8

4 2,1 7,2 5,7 32 47,7 65,7 0,5

5 2,9 7,2 2,3 32 47,7 4,2 5,2

6 2,1 2,8 2,3 32 47,7 7,1 6,4

7 2,9 2,8 2,3 32 67,3 25,5 5,8

8 2,1 7,2 2,3 32 67,3 18,2 3,1

9 2,9 7,2 5,7 19 47,7 6,2 6,9

10 2,1 2,8 5,7 19 47,7 41,7 1,0

11 2,9 2,8 5,7 19 67,3 24,9 8,5

12 2,1 7,2 5,7 19 67,3 90,0 0,1

13 2,9 7,2 2,3 19 67,3 3,3 7,0

14 2,1 2,8 2,3 19 67,3 41,6 0,4

15 2,9 2,8 2,3 19 47,7 57,7 3,1

16 2,1 7,2 2,3 19 47,7 55,2 0,7

17 2,5 5,0 4,0 25 57,5 43,3 3,5

18 2,5 5,0 4,0 25 57,5 26,8 2,1

19 2,5 5,0 4,0 25 57,5 42,0 2,2

20 2,5 5,0 4,0 25 57,5 27,0 3,1

21 3,5 5,0 4,0 25 57,5 31,9 0,4

22 1,5 5,0 4,0 25 57,5 23,0 3,8

1 2 3 4 5 6 7 8

23 2,5 10,0 4,0 25 57,5 7,6 2,8

24 2,5 0 4,0 25 57,5 42,9 3,2

25 2,5 5,0 8,0 25 57,5 70,2 0,7

26 2,5 5,0 0 25 57,5 2,3 9,6

27 2,5 5,0 4,0 40 57,5 25,2 1,8

28 2,5 5,0 4,0 10 57,5 62,4 1,1

29 2,5 5,0 4,0 25 80,0 31,3 2,2

30 2,5 5,0 4,0 25 35,0 27,7 3,5

Таблица 1.3. Матрица планирования в кодированном масштабе

N опыта Независимые переменные в кодированном масштабе

Х1 Х2 Х3 Х4 Х5

1 2 3 4 5 6

1 1 1 1 1 1

2 -1 -1 1 1 1

3 1 -1 1 1 -1

4 -1 1 1 1 -1

5 1 1 -1 1 -1

6 -1 -1 -1 1 -1

7 1 -1 -1 1 1

8 -1 1 -1 1 1

9 1 1 1 -1 -1

10 -1 -1 1 -1 -1

1 2 3 4 5 6

11 1 -1 1 -1 1

12 -1 1 1 -1 1

13 1 1 -1 -1 1

14 -1 -1 -1 -1 1

15 1 -1 -1 -1 -1

16 -1 1 -1 -1 -1

17 0 0 0 0 0

18 0 0 0 0 0

19 0 0 0 0 0

20 0 0 0 0 0

21 2,3 0 0 0 0

22 -2,3 0 0 0 0

23 0 2,3 0 0 0

24 0 -2,3 0 0 0

25 0 0 2,3 0 0

26 0 0 -2,3 0 0

27 0 0 0 2,3 0

28 0 0 0 -2,3 0

29 0 0 0 0 2,3

30 0 0 0 0 -2,3

Где переменные Х1, Х2, Х3, Х4, Х5 - концентрации Na - КМЦ, содержания порошка А1, глицерина, размера частиц А1 и температуры формирования покрытия в кодированном масштабе.

Программа для расчета значений механической прочности и относительной деформации композиционных покрытий с порошком алюминия при заданных сочетаниях факторов

#include<conio.h> #include<stdio.h> #include<math. h>

void main() {

float

x1,x2,x3,x4,x5,e,g[10000],x1a[10000],x2a[10000],x3a[10000],x4a[10000],x5a[10000],

buf;

int i,nj;

i=0;

n=0;

for(x1=-2.3;x1<=+2.3;x1=x1+0.1) for(x2=-2.3;x2<=+2.3;x2=x2+0.1) for(x3=-2.3;x3<=+2.3;x3=x3+0.1) for(x4=-2.3;x4<=+2.3;x4=x4+0.1) for(x5=-2. 3 ;x5<=+2. 3 ;x5=x5+0.1)

{e=34.2-5.8*x1-3.2*x2+11*x3-6.2*x4+0.9*x5-11.5*x1*x2-6.9*x1*x3+6.2*x1*x4-2.6*x1*x5+6.2*x2*x3+1.2*x2*x4+1.2*x2*x5+7.9*x3*x4+5.4*x3*x5+x4*x5-1.1*x1*x1-1.6*x2*x2+0.9*x3*x3+2.5*x4*x4-0.6*x5*x5; if(e==18) { i=i+1;n=n+1;

x1a[i]=x1; x2a[i]=x2; x3a[i]=x3; x4a[i]=x4;x5a[i]=x5; }}

for(i=1;i<=n;i++)

{g[i]=3.14+G.72*x1a[i]-1.12*x3a[i]+G.44*x1a[i]*x2a[i]+G.38*x1a[i]*x3a[i]-

1.23*x1a[i]*x4a[i]+G.64*x1a[i]*x5a[i]-G.38*x2a[i]*x4a[i]-1.24*x3a[i]*x4a[i]-

G.35*x4a[i]*x5a[i]+G.53*x3a[i]*x3a[i]-G.28*x4a[i]*x4a[i];

printf("\n x1=%f, x2=%f, x3=%f, x4=%f, x5=%f',x 1 a[i],x2a[i],x3a[i],x4a[i],x5a[i]); printf("\nchislo g=%f',g[i]);} for(j=1;j<=n;j++) {for(i=1;i<=n;i++) {if(g[i]<g[i+1]) {buf=g[i]; g[i]=g[i+1];

g[i+1]=buf; }}}

printf("\nMassiv otsortirov: \n");

for(i=1;i<=n;i++)

printf("%f ",g[i]);

printf("\nPoluchennii résultat: ");

for(i=1;i<=5;i++)

printf("%f ",g[i]);

printf("\nchislo n=%i",n);

getch(); }

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук Антоновой Натальи Михайловны

Предприятие внедрения: ФКП «Комбинат «Каменский».

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Антоновой Натальи Михайловны «Разработка композиционных материалов на основе полимера №-КМЦ с металлическими порошковыми наполнителями для формирования функциональных покрытий и пористых пленок», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы», внедрены в цехе полиэфирных лаков производства «Полимеров» для защиты стальной тары, используемой при транспортировке и хранении полиэфирной продукции.

Работы по созданию защитного покрытия на основе полимера натрий - карбоксиметил-целлюлозы с порошком алюминия, пластификатором глицерином и микродобавками порошка циркония, предназначенного для защиты стальной тары при хранении и транспортировке агрессивных сред, прошли апробацию в Службе технического развития предприятия, с целью проверки полученных результатов.

Разработанное композиционное покрытие обладает обладает высокой устойчивостью к органическим растворителям, концентрированным кислотам, щелочам, маслам, полиэфиной продукции. Введение микродобавок порошка циркония в состав защитного покрытия, привело к увеличению адгезионной прочности покрытия к стальной поверхности тары от 3,7 МПа до 16,2 МПа.

Покрытие обладает низкой пористостью - 0,8 %, вследствие чего нанесение защитного покрытия на тару позволило увеличить сроки хранения полиэфирной продукции с 3 месяцев, требуемых нормативной документацией (ТУ 2311-057-07507908-2003), до 1 года.

Термодеструкция разработанного композиционного покрытия происходит при температурах выше 280 0С, значительно превышающих положительный диапазон эксплуатации покрытия (40 0С).

Разработанная технология изготовления и нанесения защитного покрытия позволяет использовать в качестве полимерной матрицы защитного композиционного покрытия натрий -карбоксиметилцеллюлозу, выпускаемую ФКП «Комбинат «Каменский».

Использование указанных результатов позволило повысить долговечность и эксплуатационные характеристики стальной тары, предназначенной для транспортировки и хранения ненасыщенных полиэфирных смол и лаков, а также стиролосодержащего полиэфирного связующего для композиционных материалов.

Экономический эффект: 3261, 960 тыс. рублей (три миллиона двести шестьдесят одна тысяча девятьсот шестьдесят рублей).

Главный инженер Начальник

Мельник Г.И.

полиэфирной продукции на «Заводе полимеров», в цехе полиэфирных лаков.

Ыа основе полимера натрий - карбоксиметилцеллюлозы с порошком алюминия, пластификатором глицерином и добавками порошка циркония разработано покрытие, предназначенное для защиты стальной тары, в процессе хранения и транспортировки агрессивных сред.

Испытания, проведенные на заводе с целью проверки полученных результатов, показали:

1. Покрытие обладает механической прочностью, удовлетворяющей эксплуатационным требованиям: 14 МПа. Добавление мелкой фракции порошка циркония в состав композиции с полимером Ыа-КМЦ и порошком алюминия обеспечивает увеличение адгезионной прочности покрытия к стальной поверхности тары от 3,7 МПа до 16,2 МПа.

2. Термическая деструкция разработанного композиционного покрытия происходит при температурах выше 280 °С, что значительно превышает положительный диапазон эксплуатации покрытия (40 °С).

3. Покры тие обладает высокой стойкостью к органическим растворителям, концентрированным кислотам, щелочам, маслам, полиэфирной продукции.

4. Экстрагируемость компонентов из композиционных покрытий и защищаемой стальной поверхности в агрессивную контактную среду -полиэфирную продукцию отсутствует вследствие низкой пористости защитного покрытия (0,8 %). Это позволяет увеличить сроки хранения полиэфирной продукции в таре с нанесенным покрытием с 3 месяцев, требуемых нормативной документацией (ТУ 2311-057-07507908-2003), до 1 года.

Использование указанных результатов позволило повысить долговечность и эксплуатационные характеристики стальной тары, предназначенной для транспортировки и хранения стиролосодержащего полиэфирного связующего для композиционных материалов, а также других полиэфиров.

326

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Планирование эксперимента для исследования влияния компонентов алюминий - наполненной суспензии на размер генерируемой микроячейки в композиционных пленках

Эксперимент проводился по ортогональному плану второго порядка со звездным плечом а= + 2,3. Количество опытов N=30, количество исследуемых факторов к=5, шаг и уровни исследования в натуральном масштабе приведены в таблице 3.1, результаты и план эксперимента в натуральном масштабе в таблице 3.2, в безразмерном - в таблице 3.3.

Таблица 4.1. Области и уровни исследования независимых переменных

Факторы варьирования № - КМЦ, % A1, г глицерин, г НРЧ, г Т, 0С

Независимые переменные Т1 Т2 Т3 Т4 Т5

Область исследования 2,0-3,5 1,5-5,0 1,0-4,0 0,1-0,2 40,0-70,0

Центр области исследования 2,75 3,25 2,5 0,15 55,0

Интервал варьирования 0,33 0,76 0,65 0,02 6,52

Уровни исследования: +1 -1 3,1 2,4 4,0 2,5 3,2 1,8 0,17 0,13 61,5 48,5

Звездное плечо: +2,3 -2,3 3,5 2,0 5,0 1,5 4,0 1,0 0,2 0,1 70,0 40,0

Здесь Ть Т2, Т3, Т4, Т5 - концентрации № - КМЦ, содержания порошка А1, глицерина, содержания наноразмерных частиц бемита, температуры формирования пленки с ячейками в натуральном масштабе.

Таблица 4.2. Матрица планирования в натуральном масштабе и результаты эксперимента

N опыта Независимые переменные в натуральном масштабе Яи, мкм

Т1, % Т2, г Т3, г Т4, г Т5, 0С

1 2 3 4 5 6 7

1 3,1 4,0 3,2 0,17 62 1780

2 2,4 2,5 3,2 0,17 62 4070

3 3,1 2,5 3,2 0,17 49 2420

4 2,4 4,0 3,2 0,17 49 2270

5 3,1 4,0 1,9 0,17 49 4760

6 2,4 2,5 1,9 0,17 49 3680

7 3,1 2,5 1,9 0,17 62 2440

8 2,4 4,0 1,9 0,17 62 6140

9 3,1 4,0 3,2 0,13 49 2740

10 2,4 2,5 3,2 0,13 49 1810

11 3,1 2,5 3,2 0,13 62 2530

12 2,4 4,0 3,2 0,13 62 1440

13 3,1 4,0 1,9 0,13 62 2530

14 2,4 2,5 1,9 0,13 62 2090

15 3,1 2,5 1,9 0,13 49 2620

16 2,4 4,0 1,9 0,13 49 3620

17 2,8 3,3 2,5 0,15 55 1600

18 2,8 3,3 2,5 0,15 55 1840

19 2,8 3,3 2,5 0,15 55 2170

20 2,8 3,3 2,5 0,15 55 6920

21 3,5 3,3 2,5 0,15 55 3290

22 2,0 3,3 2,5 0,15 55 1770

1 2 3 4 5 6 7

23 2,8 5,0 2,5 0,15 55 4810

24 2,8 1,5 2,5 0,15 55 1460

25 2,8 3,3 4,0 0,15 55 1510

26 2,8 3,3 1,0 0,15 55 1800

27 2,8 3,3 2,5 0,2 55 2440

28 2,8 3,3 2,5 0,1 55 100

29 2,8 3,3 2,5 0,15 70 200

30 2,8 3,3 2,5 0,15 40 1210

Таблица 4.3. Матрица планирования в кодированном масштабе

N опыта Независимые переменные в кодированном масштабе

Х1 Х2 Х3 Х4 Х5

1 2 3 4 5 6

1 1 1 1 1 1

2 -1 -1 1 1 1

3 1 -1 1 1 -1

4 -1 1 1 1 -1

5 1 1 -1 1 -1

6 -1 -1 -1 1 -1

7 1 -1 -1 1 1

8 -1 1 -1 1 1

9 1 1 1 -1 -1

10 -1 -1 1 -1 -1

1 2 3 4 5 6

11 1 -1 1 -1 1

12 -1 1 1 -1 1

13 1 1 -1 -1 1

14 -1 -1 -1 -1 1

15 1 -1 -1 -1 -1

16 -1 1 -1 -1 -1

17 0 0 0 0 0

18 0 0 0 0 0

19 0 0 0 0 0

20 0 0 0 0 0

21 2,3 0 0 0 0

22 -2,3 0 0 0 0

23 0 2,3 0 0 0

24 0 -2,3 0 0 0

25 0 0 2,3 0 0

26 0 0 -2,3 0 0

27 0 0 0 2,3 0

28 0 0 0 -2,3 0

29 0 0 0 0 2,3

30 0 0 0 0 -2,3

Где переменные Х1, Х2, Х3, Х4, Х5 - концентрации № - КМЦ, содержания порошка А1, глицерина, содержания нанораазмерных частиц бемита, температуры формирования пленки с ячейками в кодированном масштабе.