Технологические основы повышения устойчивости к деградации углеродных материалов для систем противокоррозионной защиты и изделий электротехнического назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат наук Ерошенко Виктор Дмитриевич

• Ерошенко Виктор Дмитриевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Ерошенко Виктор Дмитриевич

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Углеродные материалы

1.1.1. Углерод, его кристаллические и переходные формы

1.1.2. Структура и свойства графита

1.1.3. Композиционные углеродные материалы

1.1.4. Технологии изготовления композиционных углеродных материалов

1.2. Углеродные материалы электротехнического назначения

1.3. Противокоррозионная защита

1.3.1. Принципы электрохимической защиты

1.3.2. Материалы, применяемые в качестве анодных

Заземлителей

1.3.3 Применение УМ в качестве анодных заземлителей

1.4. Анодное окисление углеродных материалов

1.5. Постановка задачи

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследований

2.1.1. Обоснование выбора компонентов и составов углеродных материалов

2.1.2. Технология изготовления изделий на основе искусственного графита (серии УМ1 и УМ2)

2.1.3 Технология изготовления изделий на основе естественного

графита (серия УМ3)

2.1.4. Технология изготовления изделий на основе

терморасширенного графита (серия УМ4)

2.2. Методы исследования

2.2.1. Измерение удельного электрического сопротивления

2.2.2. Измерение плотности и пористости

2.2.3 Измерение твёрдости и прочности

2.2.4. Трибологические испытания

2.2.5. Термогравиметрические исследования

2.2.6. Рентгенофазовый анализ

2.2.7. Спектроскопия комбинационного рассеяния

2.2.8. Сканирующая электронная микроскопия

2.2.9. Определение удельной поверхности

2.2.10. Хромато-масс-спектрометрия

2.2.11. Исследование кинетики деградации углеродных материалов при анодной поляризации

2.2.12. Поляризационные и хронопотенциометрические исследования

2.2.13. Потенциометрическое титрование

2.2.12. Исследование поведения меди в растворах электролитов

под действием переменного тока

Глава 3. Исследование физико-технических свойств композиционных углеродных материалов

3.1. Композиционные углеродные материалы на основе искусственного графита (Серии УМ1 и УМ2)

3.2. Композиционные углеродные материалы на основе

естественного графита (Серия УМ3)

Заключение по главе

Глава 4. Исследование электрохимических свойств

композиционных углеродных материалов

4.1. Исследование устойчивости УМ к электрохимической деградации

4.2. Разработка показателей количественной оценки устойчивости УМ к электрохимической деградации

Заключение по главе

Глава 5. Получение и свойства углеродных материалов на основе модифицированного оксидом меди (I) терморасширенного графита

5.1. Выбор условий электрохимического модифицирования ТРГ

in situ генерируемым Cu2O

5.2. Физико-механические свойства углеродных материалов серии УМ4

Заключение по главе

Основные результаты и выводы

Литература

Благодарности

Список использованных обозначений и сокращений

Приложение 1. Технологическая схема получения изделий серий

УМ1 и УМ2

Приложение 2. Технологическая схема получения изделий серии

УМ3

Приложение 3. Протокол испытаний троллейбусных токосъемных

угольных вставок производства ООО «Донкарб Графит»

Приложение 4. Письмо ООО «Донкарб Графит» о проведении

испытаний угольных вставок

Приложение 5. Акт о внедрении научных результатов диссертационной работы ООО «Донкарб Графит»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологические основы повышения устойчивости к деградации углеродных материалов для систем противокоррозионной защиты и изделий электротехнического назначения»

Введение

Актуальность научной проблемы. В современном мире противокоррозионная защита является одной из важнейших научно-технических и экономических проблем. Выход из строя технологического оборудования, аварии наносят огромный ущерб экономике промышленно развитых стран. К числу наиболее уязвимых для коррозии сооружений относятся, в первую очередь, подземные сооружения и подземный трубопроводный транспорт, надежность эксплуатации которых зависит от качества противокоррозионной защиты.

Самой эффективной защитой протяженных подземных объектов от коррозии признана электрохимическая защита (ЭХЗ), основанная на снижении скорости коррозии наложением внешнего электрического тока. Важнейшим элементом систем ЭХЗ являются анодные заземлители (АЗ). Высокие электропроводность, стойкость к окислению и механическая прочность, простота изготовления и монтажа, доступность сырья и экологическая безопасность в процессе эксплуатации, а также низкая стоимость - необходимые условия целесообразности применения материалов АЗ. Этим требованиям в полной мере удовлетворяют аноды из углеродных материалов, что позволяет рассматривать их как наиболее перспективные среди широкого спектра электродных материалов.

Аналогичными свойствами должны обладать углеродные материалы электротехнического назначения, в частности различные токосъемные элементы (например, токосъемные вставки пантографов электроподвижного состава железных дорог, троллейбусов, трамваев). Сложность создания углеродного материала для таких токосъемных изделий объясняется совокупностью факторов, действующих одновременно при их эксплуатации: пропускание электрического тока большой силы, контактное трение, механические нагрузки, неблагоприятные атмосферные явления.

В настоящее время выявился ряд недостатков существующих марок углеродных материалов, используемых в системах ЭХЗ и в качестве токосъем-

5

ных элементов. Близость требований, которым должны удовлетворять данные материалы, и технологий их получения, позволяют рассматривать обобщённые подходы для улучшения качества таких изделий, повышения их устойчивости к деградации в процессе эксплуатации. А интенсивное развитие нефтегазовой отрасли и реализация проектов развития высокоскоростных перевозок железнодорожным электротранспортом обуславливают актуальность данной работы.

Исследования в диссертационной работе соответствуют приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ (указ Президента РФ № 899 от 07.07.2011 г.) «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», а также научному направлению ФГБОУ ВО «ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова» «Теоретические основы ресурсосберегающих химических технологий создания перспективных материалов и способов преобразования энергии» и выполнены при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд содействия инновациям) в рамках выполнения программы «У.М.Н.И.К.» по договору № 5048ГУ2/2014 от 26.12.2014 г.

Степень разработанности темы исследований. Основа современных представлений о коррозии металлов и сплавов и методах борьбы с нею заложена Колотыркиным Я.М., Григорьевым В.П., Кузнецовым Ю.И., Вигдоро-вичем В.И. и др. Под руководством Авдеева В.В. разработаны научные основы технологии получения новых типов низкоплотных углеродных материалов и технологий их переработки. Финаеновым А.И. разработаны основы электрохимической технологии направленного модифицирования свойств углеродных материалов. Работами Брендта В.Я., Гершмана И.С., Фокина В.П. заложены теоретические и практические основы создания износостойких токосъемных композиционных материалов на основе углерода. Известны работы Юдиной Т.Ф. в области химико-гальванической металлизации и исследования модифицированных графитов.

Проведенные экспериментальные и теоретические исследования указанных авторов дают обширные сведения о корреляции между химическим составом, физико-механическими, трибологическими и электрохимическими параметрами композиционных углеродных материалов для применения их в системах электрохимической защиты от коррозии и в качестве изделий электротехнического назначения, что было учтено и использовано в данной диссертационной работе.

Цель работы: Разработка технологических основ повышения устойчивости к деградации композиционных углеродных материалов для анодных заземлителей систем противокоррозионной защиты, а также материалов для скользящих контактов токосъёмных устройств. Задачи исследования:

1. Разработать технологические параметры изготовления композиционных углеродных материалов на основе новолачной смолы в качестве связующего и различных типов наполнителей (искусственный, естественный и терморасширенный графит (ТРГ)) и модифицирующих и легирующих добавок (оксид меди (I), ТРГ, кокс, металлы) для систем противокоррозионной защиты и скользящих контактов токосъемных устройств.

2. Исследовать физико-механические, триботехнические свойства разработанных композиционных углеродных материалов.

3. Исследовать совокупность процессов, протекающих при анодной поляризации композиционных углеродных материалов.

4. Установить факторы, определяющие устойчивость композиционных углеродных материалов к электрохимической деградации в условиях анодной поляризации, и разработать критерии оценки качества и прогнозирования срока службы анодных заземлителей из композиционных углеродных материалов.

5. Исследовать процесс электрохимического модифицирования терморасширенного графита оксидом меди (I) и получить на его основе медь-

углеродные материалы с улучшенными физико-механическими свойствами.

7

Научная новизна работы.

1. Доказано, что устойчивость к деградации углеродных материалов для систем противокоррозионной защиты и изделий электротехнического назначения:

- в первую очередь определяется структурой и свойствами карбонизированного новолачного связующего, окисление которого сопровождается нарушением связей между отельными частицами в композите и механическим разрушением (осыпанием) материала;

- повышается при модифицировании новолачного связующего оксидом меди (I), что обусловлено высокой стойкостью к анодному окислению формирующегося в процессе ее карбонизации полимерного углеродного каркаса тур-бостратной структуры;

- повышается при ведении в состав композиционного углеродного материала терморасширенного графита.

2. Доказано, что электрохимическая деградация композиционных углеродных материалов при анодной поляризации обусловлена совокупностью собственно электрохимических процессов (окисление, растворение, интер-калляция, хемосорбция) и сопутствующих процессов механического разрушения (осыпание, растрескивание) материала.

3. Доказано, что оксид меди (I), введенный в каталитических количествах (до 2 %) в новолачное связующее на стадии его приготовления, благодаря высокой координирующей способности ионов меди обуславливает формирование разупорядоченной фенольной матрицы, в процессе карбонизации которой образуется полимерный углеродный каркас с турбостратной структурой, что обеспечивает более высокие физико-механические, электро- и три-ботехнические свойства полученных УМ, а также их более высокую стойкость к газофазному и электрохимическому окислению.

4. Установлено, что легирование УМ на основе модифицированного оксидом меди (I) новолачного связующего 0,5 % ТРГ улучшает трибологиче-

ские свойства и в 1,5-2 раза увеличивает прочность и проводимость УМ за

8

счет формирования дополнительного углеродного проводящего каркаса с участием частиц ТРГ анизотропной формы (сферолит ламеллярного типа). 5. Определены перспективы модифицирования ТРГ in situ генерируемым в условиях нестационарного электролиза нанодисперсным оксидом меди (I) и создания на его основе композиционных углеродных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Обоснован способ модифицирования новолачного связующего каталитическими количествами оксида меди (I) для создания стойких к окислению углеродных структур. Предложены технологические рекомендации для получения композиционных углеродных материалов на основе искусственного графита и модифицированного оксидом меди (I) новолачного связующего с использованием в качестве легирующей наполнитель добавки терморасширенного графита, обладающих повышенной устойчивостью к деградации в условиях эксплуатации анодных заземлителей станций катодной защиты. Эксплуатационные характеристики этих материалов, а также УМ, в которых часть искусственного графита заменена на кокс (10%), в качестве скользящих контактов токосъёмных устройств электроподвижного состава до 5 раз превышают характеристики коммерческих аналогов. Изготовлены опытные партии токосъемных элементов, которые прошли ходовые испытания в троллейбусных парках в регионах РФ с различными климатическими условиями и на разных по степени износа контактных сетях.

Обоснован механизм электрохимической деградации композиционных углеродных материалов и установлены факторы, определяющие их устойчивость к деградационным процессам. Предложен критерий оценки перспективности применения композиционных УМ в качестве АЗ, основанный на сравнительной оценке скорости электрохимической деградации УМ, рассчитанной по изменению массы материала, и скорости накопления продуктов деградации. Показано, что высокая скорость накопления продуктов деграда-

9

ции УМ обусловлена процессами механического разрушения, не связанными с электрохимическими превращениями, что является индикатором его низкого качества. Данный подход может быть положен в основу методики экспресс-тестирования УМ для систем противокоррозионной защиты.

Разработан и запатентован способ, предложены технологические рекомендации производства медь-углеродных материалов с регулируемой пористостью на основе модифицированного ПВА естественного графита.

Разработаны и запатентованы способ получения композиционного материала на основе модифицированного оксидом меди (I) терморасширенного графита; электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материла и способ его изготовления.

Методология и методы диссертационного исследования

Методология проведенного исследования основывается на результатах аналитического обзора опубликованных материалов, выявлении факторов, определяющих формирование материала с повышенной коррозионной и износостойкостью. Для характеристики свойств разработанных и синтезированных углеродных материалов использован комплекс современных прецизионных физико-химических методов исследования, таких, как (рентгенофа-зовый анализ (РФА), сканирующая электронная микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния и др.) позволяющих выявить закономерности формирования и особенности структуры материалов.

Личный вклад автора. Автором диссертационной работы проведена систематизация литературных данных по получению композиционных углеродных материалов; разработаны технологии и получены экспериментальные образцы материалов; проведены исследования физико-механических, трибо-логических и электрохимических свойств композиционных УМ; обобщены экспериментальные данные и сформулированы выводы по работе.

Публикации и апробация результатов работы. По теме диссертации

опубликовано 14 работ общим объемом 2,93 п.л. и 0,56 МБ (доля соискателя

составляет 1,66 п.л, и 0,35 МБ), в том числе 5 статей в рецензируемых науч-

10

ных изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук; 2 патента на изобретение РФ; 7 статей в материалах международных и всероссийских конференций.

Основные результаты диссертационных исследований докладывались на 7 международных и всероссийских конференциях, в том числе: 9-ой и 10-й Международных конференциях «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», (г. Троицк, 2014г., 2015г.); IV конференции молодых ученых «Актуальные вопросы углехимии и химического материаловедения», (г. Кемерово, 2015г.); V Международной конференции-школе по химической технологии ХТ"16 Сателитной конференции ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 2016 г.) и др.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Технологические режимы и параметры изготовления легированных ТРГ композиционных углеродных материалов на основе искусственного графита и модифицированного оксидом меди (I) новолачного связующего, обладающих высокой устойчивостью к электрохимической деградации, улучшенными электро- и триботехническими характеристиками.

2. Обоснование способа модифицирования новолачного связующего каталитическими количествами оксида меди (I) для создания стойких к окислению углеродных структур.

3. Критерий оценки качества композиционных углеродных материалов для анодных заземлителей.

4. Данные по кинетике электрохимической деградации композиционных углеродных материалов для анодных заземлителей.

5. Методика модифицирования ТРГ in situ генерируемым в условиях нестационарного электролиза нанодисперсным оксидом меди (I) и создания на его основе композиционных углеродных материалов.

6. Технологические режимы изготовления медь-углеродных материалов с регулируемой пористостью на основе модифицированного поливинилацета-том естественного графита.

Степень достоверности результатов. Достоверность полученных результатов базируется на использовании высокоточных современных химических и физико-химических методов исследования с применением поверенного высокотехнологического оборудования и высокой воспроизводимости экспериментальных данных в пределах заданной точности; согласованности результатов экспериментальных исследований с результатами других исследователей, которые работают в данной области.

Глава 1. Литературный обзор 1.1. Углеродные материалы

1.1.1. Углерод, его кристаллические и переходные формы

Углерод - шестой элемент периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. В основном состоянии углерод имеет электронную конфигурацию 1я2 2я2 2р2. Для четырехвалентного углерода известны три ва-

2 3

лентных состояния, соответствующие яр-, яр -, яр -гибридизации электронов атомов углерода, которым соответствуют три различные кристаллические формы - карбин, графит и алмаз, соответственно. До сих пор существуют различные мнения о природе углеродных тел, но большинство исследователей считает, что различные формы углерода представляют собой высокомолекулярные соединения - неорганические полимеры углерода [1-3]. Так алмаз представляет собой пространственный, графит - паркетный, а карбин - линейный полимеры.

В природе чистый углерод встречается не только в кристаллическом виде, но и в так называемых переходных формах - аморфных и частично-кристаллических, многие из которых созданы искусственным путем. Это лонсдейлит, наноалмаз, фуллерены, углеродное волокно, углеродные нано-волокна, углеродные нанотрубки, пироуглерод, пирографит, пленки и мембраны, стеклоуглерод, пеноуглерод, монокристаллы, волокна и др. (рис.1.1).

Согласно [3] все многообразие переходных форм углерода обусловлено сочетанием атомов углерода различного гибридного состояния. Углерод переходных форм имеет большое практическое значение благодаря наличию разнообразных физико-химических и механических свойств. В углероде переходных форм сосуществуют кристаллические турбостратные структуры и аморфный углерод. Аморфный углерод имеет сильно разупорядоченную структуру (сажи, кокс). Именно разупорядоченность этой структуры позволяет ей иметь много доступных связей и отвечает за создание более сложных молекул углерода (рис.1.2, а).

Рис.1.1. Обобщенная схема аллотропных модификаций углерода [4]

в) г)

Рис. 1.2. Различные структуры углерода: аморфный (а); турбостратная структура (б); графит гексагональный (в); графит ромбоэдрический (г)

Турбостратной называется слоистая структура углерода, в которой в отличие от структуры графита отсутствует закономерная ориентация слоев относительно гексагональной оси. Основой турбостратной структуры являются базисные плоскости, строение которых аналогично графитовым плоскостям. Они состоят из шестизвенных ароматических циклов (гексагонов) атомов углерода с тем же межатомным расстоянием (1,415 А), что и в плоскостях графита. Определенное число плоскостей, соединяясь между собой, образует пакеты. В отличие от идеального графита в пакетах турбостратной

14

структуры плоскости расположены под разными углами относительно друг друга (рис. 1.2,б). В строго кристаллографическом понимании пакеты по структуре нельзя отнести к кристаллам, так как в них отсутствует трехмерная упорядоченность. В каждой плоскости пакета существует строгий порядок расположения атомов углерода, поэтому пакеты являются как бы двухмерными кристаллами, что позволяет турбостратную структуру углерода условно называть кристаллической.

1.1.2. Структура и свойства графита

Графит встречается в различных видах и соединениях: естественный или природный, искусственный, пиролитический. Каждый вид графита имеет свои особенные физико-механические и электрические свойства [5, 6], которые позволяют использовать изделия из него в различных сферах промышленности, начиная от бытовой и заканчивая космосом.

В природе графит встречается в различных породах в виде маленьких мягких чешуек, представляющих собой кристаллы совершенной формы [1, 2, 5]. Графит обладает слоистой структурой, при этом связь атомов углерода в плоскости слоя ковалентная, а взаимодействие слоев осуществляется благодаря ван-дер-ваальсовым силам неспаренных п-связей. Кристаллическая структура графита бывает двух типов: гексагональная и ромбоэдрическая. В гексагональной структуре атомы углерода в каждом слое располагаются точно над центром правильных гексагонов в соседнем верхнем слое, причем порядок упаковки слоев выражается аЬаЬаЬ (рис.1.2,в). Ромбоэдрическая решетка также состоит из слоев шестигранных сеток, но каждый третий слой находится в таком отношении ко второму, в каком второй относится к первому (рис.1.2,г). Поэтому вдоль вертикальной оси получается следующая последовательность слоев: аЬсаЬсаЬс. Внутри каждого слоя углерод соединен

Л

прочными ковалентными яр -гибридными связями [1-3]. Из четырех валентных электронов углерода три участвуют в образовании а-связи, а четвертый

п-связи. Плоскости представляют собой систему сопряженных сложных свя-

15

зей углерода, благодаря чему графит обладает рядом специфических свойств, в частности теплостойкостью. Подобная структура обуславливает анизотропию физико-механических свойств вдоль параллельных и перпендикулярных направлений к поверхности чешуек графита.

Помимо природного графита существует искусственный графит [2]. Для его получения используются различные коксы, антрацитовые угли, в качестве связующего каменноугольные или нефтяные пеки, после перемешивания которых производится карбонизация и графитация (рис.1.3).

Рис.1.3. Схема карбонизации и графитации углерода [7]

Структура природных и искусственных графитов отличается от идеальной, описанной выше, из-за наличия дефектов упаковки слоев [2, 5, 6]. Также возможны дефекты связей между решетками (краевые, дырочные, клещевидные). Краевые дефекты образованы на границах кристаллитов из-за невозможности образования С-С связи. Дырочные и клещевидные дефекты представляют собой пустоты и разрывы в углеродной сетке. Они возникают при механическом воздействии, при котором разрушение графита, вследствие перемещения базисных плоскостей друг относительно друга с разрывом слабых межслоевых связей. Степень дисперсности и дефектности кри-

16

сталлитов и их взаимное расположение (текстура) определяют свойства искусственных графитов в широких пределах [4, 6]. В зависимости от технологии синтеза и качества исходного сырья могут быть получены следующие виды искусственного графита [1, 2, 5]: электродный, конструкционный, антифрикционный, изостатический, реакторный и др.

1.1.3. Композиционные углеродные материалы

Композиционные материалы (КМ)- это широкий спектр многокомпонентных материалов, состоящих из матрицы, армированной различными наполнителями. В данном разделе будут рассмотрены только КМ на основе углеродной матрицы. В качестве наполнителя в углеродные КМ могут быть использованы как различные формы углерода (углерод-углеродные материалы) так и дисперсные, волокнистые и др. наполнители - металлы, оксиды и т.д., которые придают композитам огромное разнообразие свойств, качественно отличающихся от свойств каждого из его составляющих.

Углеродная матрица является основным компонентом композита. Она обеспечивает монолитность композита, его некоторые физико-химические и механические свойства - тепло- и электропроводность, химическую стойкость, прочностные характеристики, зачастую определяет технологию его изготовления и т.д. Среди большого разнообразия используемых матричных материалов главенствующая роль принадлежит полимерам в частности термореактивным смолам. Объем выпуска композитов с их участием составляет более 70 % производства матричных материалов [8].

Термореактивные смолы (реактопласты) - полиэфирные, фенольные, эпоксидные, фурановые - это синтетические полимеры невысокой молекулярной массы (олигомеры), которые в результате отверждения превращаются в неплавкие и нерастворимые полимеры трехмерной структуры [3, 9, 10]. Относительно высокие твердость, теплостойкость, модуль упругости, низкий коэффициент линейного расширения, а также технологичность и хорошая

совместимость с различными наполнителями объясняют их широкое приме-

17

нение в качестве матричного материала. Низковязкие олигомеры легко совмещаются с наполнителем, что позволяет применять широкий спектр технологий их переработки - литье под давлением, экструзия, формование, прессование и т.д.

Все материалы, входящие в композиты, делятся на связующие (матрица), наполнители и модифицирующие добавки. В качестве связующих, как было сказано выше, наибольшее распространение получили синтетические органические смолы, а также пековые связующие (нефтяной, каменноугольный) [9, 11, 12]. Основным критерием, предъявляемым к синтетическим связующим, является коксовый остаток после карбонизации. Следует отметить, что наибольшим коксовым остатком обладают фенолоформальдегидные смолы (ФФС) [3, 9, 10], что позволяет получать изделия с повышенными физико-механическими характеристиками и большей однородностью. ФФС выпускают в твердом виде (новолачные), которые требуют дополнительного введения отвердителя (уротропина), и жидкие (резольные), которые отвер-ждаются сами при нагревании или в присутствии катализатора (толуолсуль-фокислоты). Исходными компонентами для ФФС служит фенол и его производные (резорцин, крезол), а также формальдегид. Для придания специфических свойств в состав добавляют фурфуриловый спирт [2, 12]. Следует отметить, что новолачные ФФС лучше карбонизируются, чем резольные, поэтому углеродные материалы на их основе имеют хорошие механические свойства.

Пековые связующие представляют собой смесь олигомерных и циклических органических соединений, которые при нагревании переходят в пластичное состояние и затем коксуются, сшиваясь торцевыми атомами углерода [9, 13]. Следует отметить, что карбонизованный пековый остаток имеет большую твердость, чем у синтетических смол, но меньшую электропроводность. Последнее время стали применять совместное сочетании пеко-вого связующего с ФФС [14, 15].

В качестве основного наполнителя в производстве углеродных композиционных материалов применяют искусственный графит (ИГ), кокс, техни-

18

ческий углерод, материал обожженный, углеродные волокна и др. Дефектность структуры углеродного материала и качество его изготовления являются определяющими в окислительной и химической стойкости УМ к деградации [2, 9, 16, 17].

В качестве модифицирующих добавок используют серу, оксиды железа, кальция и магния, циклические соединения нафталинового типа [9, 14, 18]. Наиболее часто в качестве модификаторов выступают сополимеры связующего, которые направлены на придание конкретных свойств углеродному материалу, а также модифицируют УМ различными армирующими волокнами с высоким модулем упругости [11].

1.1.4. Технологии изготовления композиционных углеродных материалов

Композиционные материалы это гетерогенные системы, которые могут быть разделены на два основных класса:

1. Матричные системы, в которых одна фаза непрерывная - матрица, остальные фазы дисперсные - наполнитель.

2. Композиции, имеющие взаимопроникающую структуру двух или более непрерывных фаз.

Композиционные углеродные материалы чаще всего представляют собой матричные системы, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно об этих КМ.

В зависимости от типа наполнителя УМ подразделяют на армированные и дисперсно-наполненные. Наполнителями армированных УМ на основе фенопластов, преимущественно ФФС, служат волокна растительного происхождения, асбестовое волокно, стекловолокно, синтетические и углеродные волокна, бумага, тканые и нетканые волокнистые полотна, древесный шпон. Армированные фенопласты получают пропиткой связующим волокнистых наполнителей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ерошенко Виктор Дмитриевич, 2018 год

Литература

1. Уббелоде А. Р., Льюис Ф. А. Графит и его кристаллические соединения / А.Р. Уббелоде, Ф.А. Льюис. - М: Мир, 1965. - 256 с.

2. Фиалков A. C. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе / А.С. Фиалков. - М.: Аспект Пресс, 1997. - 718 с.

3. Касаточкин В.И. Структурная химия углерода и углей. Под. ред. В.И. Касаточкина / В.И. Касаточкин. - М.: «Наука», 1969. -303 с.

4. Book Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures. 1999. V. 21. - 254 р.

5. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы / А.А. Конкин. - М.: «Химия», 1974. - 376 с.

6. Тарасевич М. Р. Электрохимия углеродных материалов / М.Р. Тарасевич. - М.: «Наука», 1984. - 253 с.

7. http://www.display-konfigurator.de/index.php/home/physical-properties.

8. http://www.polymery.ru.

9. Темкин В.И. Производство электроугольных изделий / В.И. Тем-кин. - М.: «Высшая школа». 1970. - 248 с.

10. Веселовский В.С. Угольные и графитные конструкционные материала / В.С. Веселовский. - М.: «Наука». 1966. - 227 с.

11. Берлин А.А. Перспективные материалы и технологии для ракетно-космической техники / А.А. Берлин, И.Г. Ассовский. - М.: «Торус Пресс», 2007. - 456 с.

12. Островский В.С. Основы материаловедения искусственных графитов / В.С. Островский. - М.: Металлургиздат, 2011. - 112 с.

13. Самойлов В.М. Получение тонкодисперсных углеродных наполнителей и разработка технологии производства тонкозернистых графитов на их основе: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (05.17.11) / Владимир Маркович Самойлов; ФГУП «НИИГрафит». - М.: 2006 г. - 358 с.

14. Вяткин С.Е. Ядерный графит / С.Е. Вяткин, А.Н. Деев, В.Г. Нагорный, В.С. Островский, А.М. Сигарев, А.Г. Соккер. - М.: Атомиздат. 1967. - 280 с.

15. Изготовление и свойства углеродных и графитовых материалов // Проспект фирмы SchunkGroup, Германия, 2007. - 12 с.

16. Виргильев Ю.С. Термостойкость и трещиностойкость конструкционных углеродных материалов // Неорганические материалы. 1994. Т.30. № 11. С. 1388-1391.

17. Васильев Ю.Н. Влияние дефектов структуры углерода на скорость окисления / Васильев Ю.Н., Котосонов А.С., Емельянова В.М. // Неорганические материалы. 1974. Т.10. № 11. С.2082-2085.

18. Фиалков, А.С. Процессы и аппараты производства порошковых углеграфитовых материалов /А.С. Фиалков. - М.: Аспект Пресс, 2008. - 687 с.

19. Самодурова Н.М. Физико-химические явления при приготовлении и уплотнении графитопластовых смесей / Самодурова Н.М., Барков Л.А., Джигун Н.С., Латфулина Ю.С. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2014. Т.14. № 3. С. 62-70.

20. Самодурова Н.М. Исследование и разработка упрощенной технологии производства графитовых щеток / Самодурова Н.М., Барков Л. А., Иванов В.А., Яров Б.А. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13. № 2. С.77-84.

21. Островский, В.С. Основы материаловедения искусственных графитов / В.С. Островский. - М.: Металлургиздат, 2011. - 112 с.

22. Trick K.A. Mechanisms of the pyrolysis of phenolic resin in a carbon/phenolic composite. / Trick K.A., Saliba T.E. // Carbon. 1995. V. 33. No. 11. p. 1509-1515.

23. Costa L. Structure-charring relationship in phenol-formaldehyde type resins./ Costa L., Rossi di Montelera L., Camino G., Weill E.D., Pearle E.M. // Polymer Degradation and Stability. 1997. V. 56. Р. 23-35.

24. Ouchi K. Pyrolysis of coal I - Thermal cracking of phenolformaldehyde resins taken as a coal models/ Ouchi K, Honda H. // Fuel. 1959. V.38. Р. 429-43.

25. Morterra C., Low M.J.D. IR studies of carbons. - VII. The pyrolysis of a phenol-formaldehyde resin. Carbon. 1985. V. 23. № 5. Р. 525-530.

26. Roman-Martinez M.C. Structural study of phenolformaldehyde char./ Roman-Martinez M.C., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Salinas-Martinez de Lecea C., Atamy F. // Carbon. 1996. V.34. № 6. Р. 719-727.

27. Conley R.T. Thermal stability of polymers. Conley R.T., Guadiana R.A. //V. 1, New York: Marcel Dekker Inc. 1970 - 423 р.

28. Кноп А., Шейб В. Фенольные смолы и материалы на их основе. / А.Кноп, В. Шейб; пер. с англ. А.М. Василенко, Г.М. Восканянца - М.: Химия. 1983. - 280 с.

29. Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта / В.Я. Берент. - М.: Интекст. 2005. - 408 с.

30. Гершман И.С. Токосъемные углеродно-медные вставки // Вестник ВНИИЖТ [Электронный журнал]. 2002. №5. Режим доступа: http.:www.css-rzd.ru/vestnik-vniizht/v2002-5/v5-4_1.htm.

31. Гершман И.С. Разработка износостойких материалов с помощью методов неравновесной термодинамики на примере скользящих электрических контактов: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (05.02.01, 05.02.04) / Иосиф Сергеевич Гершман; ФГУП «ВНИИЖТ». - М.: 2006 г. - 234 с.

32. Гершман И.С. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах/ Гершман И. С., Буше Н. А. // Трение и износ. Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого. 1995. Т.16. №1. С. 61-70.

33. Гершман И. С. Роль углерода в самоорганизации процесса изнашивания сильноточных скользящих электрических контактов/ Гершман И.

110

С., Трушевский С. М., Шумицкий А. В. // Трение и износ. Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого. 2002. Т. 23. № 5. С. 520-523.

34. Патент №2088682 РФ МПК С22С1/05, С22С30/02. Спеченный композиционный медно-графитовый материал и способ его изготовления [Текст] / Гершман И.С., Репников Н.Н., Чужко Р.К., Тимофеев А.Н. и др.; заявитель и патентообладатель Гершман И.С., Репников Н.Н., Чужко Р.К., Тимофеев А.Н. и др.; заявл. 23.06.1995; опубл. 27.08.1997.

35. Патент №2150444 РФ МПК С04В35/52. Материал для токопрово-дящих контактных изделий, способ его изготовления и изделия [Текст] / Буч-нев Л.М., Гершман И.С., Зинченко С.А., Мищенко В.Ю., Николин М.И.; заявитель и патентообладатель Бучнев Л.М., Гершман И.С., Зинченко С.А., Мищенко В.Ю., Николин М.И.; заявл. 20.05.1998; опубл. 10.06.2000.

36. Патент №2447171 РФ МПК С22С9/00, С22С1/04. Матричный сплав меди для получения композиционных материалов пропиткой [Текст] / Гулевский В.А., Кукса А.В., Кидалов Н.А., Колмаков А.Г. и др.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО ВолгГТУ; заявл. 24.12.2010; опубл. 10.04.2012.

37. Гулевский В.А. Исследование влияния легирующих элементов на медную матрицу металлографитовых композитов / В.А. Гулевский, Н.А. Кидалов, Ю.А. Мухин, А.Н. Загребин // Известия ВолгГТУ : межвуз. Сб. науч. ст. № 4 / ВолгГТУ. - Волгоград. 2010. - С. 91-95.

38. Гулевский В.А. Исследование микроструктуры и свойств угле-графитовых каркасных композиционных материалов, пропитанных медными сплавами / В.А. Гулевский, Ю.А. Мухин, В.Ф. Жарков, О.В. Калинина // Известия ВолгГТУ. 2011. № 5. С.118-122.

39. Гулевский В.А. Получение углеграфитовых материалов пропитанных медными сплавами / В.А. Гулевский, В.И. Антипова, А.Г. Колмаков, Л.В. Виноградов, Э.М. Лазарев, Э.Ю. Мухина, Ю.А. Мухин, Н.А. Кидалов // Перспективные материалы. 2011 г. №2. С.60-65.

40. Патент №2466204 РФ МПК С22С49/02, В22F3/26, С22С1/10.

Композиционный материал для электротехнических изделий [Текст] / Гулев-

111

ский В.А., Мухин Ю.А., Антипов В.И., Колмаков А.Г. и др.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО ВолгГТУ; заявл. 31.05.2011; опубл. 10.11.2012.

41. Garverick L. Corrosion in the Petrochemical Industry. Hardcover - ASM International, 1994 - Technology & Engineering. - 501 p.

42. Groysman A. Corrosion Problems and Solutions in Oil Refining and Petrochemical Industry, Springer, 2017. - 356 p.

43. Рахманкулов Д.Л., Зенцов В.Н., Кузнецов М.В. Современная техника и технология защиты от коррозии / Л.Д. Рахманкулова, В.Н. Занцова. -М.: Интер, 2005. - 408 с.

44. Тодт, Ф. Коррозия и защита от коррозии / Ф. Тодт; перевод с нем. JI.H. Акинфиева, О.И. Вашкова, A.M. Егорова; под ред. П.Н. Соколова. - М. - Л.: Химия. 1966. - 848 с.

45. Эванс, Ю.Р. Коррозия и окисление металлов / Ю.Р. Эванс;пер. с англ. И.Л. Розенфельда. - М.: Машгиз. 1962. - 856 с.

46. Улиг, Г.Г. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику / Г.Г. Улиг, Р.У. Реви; пер. с англ. под ред. Сухотина. - Л.: Химия. 1989.-456 с.

47. Томашов, Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов / Н.Д. Тома-шов. - М.: Изд. АН СССР. 1959. - 522 с.

48. Руководство по эксплуатации средств противокоррозионной защиты трубопроводов.- М.: ООО «ВНИИГАЗ». 2004. - 300 с.

49. Никитенко Е.А., Полуянова И.О. Малорастворимые анодные материалы в системах катодной защиты подземных трубопроводов / Е.А.Никитенко, И.О.Полуянова. - М.: «ВНИИОЭНГ». 1982, - 49 с.

50. Гончаров, А.В. Определение электрохимического эквивалента ферросилидовых анодных заземлителей /А.В.Гончаров, А.М.Пушкарев. //Сборник работ молодых ученых и специалистов. ВНИИГАЗ. - Москва. 2013. - С.12-17.

51. Тычкин, И.А. Магнетитовые анодные заземлители / И.А. Тычкин, М.Л. Долганов, Ф.К. Фатрахманов и др. // Практика противокоррозионной защиты. 2004. № 11. С. 43-44.

52. Притула В.В. Передовые рубежи отечественной науки в области катодной защиты от подземной коррозии // Практика противокоррозионной защиты. 1998. № 3. С. 10-15.

53. Делекторский, А.А. Малорастворимые аноды на биметаллической основе с активным покрытием применительно к системам электрохим-защиты от коррозии /А.А. Делекторский, А.В. Ермаков, М.С. Игумнов, Е.Г.Платонова // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012. № 3. С. 80-83.

54. Е.Г. Платонова Системный анализ разработки анодных заземли-телей из электропроводных эластомеров при защите металлоконструкций от подземной коррозии / Е.Г. Платонова, И.Ю. Пашинцева, С.С. Пашинцев,

B.Ф. Корнюшко // Вестник МИТХТ. 2010. Т.5. № 5. С. 124-126.

55. Делекторский, А. А. Протяженные гибкие аноды - универсальное решение проблемы долговечности электрохимической защиты подземных металлических трубопроводов / А. А. Делекторский, Н. В. Стефов // Территория нефтегаз. 2004. № 4. С. 14-15.

56. Научно-исследовательская работа на тему: 58/75 «Разработка и совершенствование комплекса мероприятий по защите обсадных колонн от коррозии и охрана недр», номер государственной регистрации 75039590.

57. Катодная защита от коррозии оборудования и металлических конструкций гидротехнических сооружений. Ведомственные строительные нормы. Ленинград: Министерство энергетики и электрификации СССР, 1985. - 73 С.

58. Зенцов, В.Н. Разработка нового состава углеродсодержащей анодной массы из отходов нефтехимических производств. / В.Н.Зенцов, Р.У.Рубаев, Р.Р.Исламов // Башкирский химический журнал. 2010. Т.17. №4.

C. 117-119.

59. Qiao M.-X. Corrosion of graphite electrode in electrochemical advanced oxidation processes: Degradation protocol and environmental implication. / Qiao M.-X., Zhang Y., Zhai L.-F., Sun M. // Chemical Engineering Journal. 2018. doi: https://doi.org/10.1016Zj.cej.2018.03.105

60. Ashri W.M. Textural characteristics, surface chemistry and oxidation of activated carbon / Ashri W.M., Daud W., Houshamnd A.H. // Journal of Natural Gas Chemistry. 2010. V. 19. P. 267-279.

61. Aguilar C.Catalytic wet air oxidation of aqueous ammonia with activated carbon / Aguilar C., Garcia R., Soto-Garrido G., Arriagada R. // Appl. Catal. B. 2003. V. 46. № 2. P. 229-237.

62. Gomes H. T. Catalytic Properties of Carbon Materials for Wet Oxidation of Aniline/ Gomes H. T., Machado B. F., Ribeiro A., Moreira I., Rosario M., Silva A. M. T., Figueiredo J. L., Faria J. L. // J Hazard Mater. 2008. V. 159. № 23. P. 420-426.

63. Santiago M. Modified activated carbons for catalytic wet air oxidation of phenol/ Santiago M., Stuber F., Fortuny A., Fabregat A., Font J. // Carbon. 2005. V. 43. № 10. P. 2134-2145.

64. Silva I. F. The introduction of functional groups such as phenolic or carboxyl onto a carbon surface has the ability to initiate polymerization reactions/ Silva I. F., Vital J., Ramos A. M., Valente H., do Rego A. M. B., Reis M. J. // Carbon. 1998. V. 36. № 7-8. P. 1159.

65. Siroma Z. Electrochemical Corrosion of Carbon Materials in an Aqueous Acid Solution/ Siroma Z., Tanaka M., Yasuda K., Tanimoto K., Inaba M., Tasaka A. // Electrochemistry. 2007. V. 75. No. 2. P. 258-260.

66. Liu H. Electrochemistry Communications On-line mass spectrometry study of electrochemical corrosion of the graphite electrode for vanadium redox flow battery / Liu H., Xu Q., Yan C. // Electrochemistry Communications. 2013. V. 28. P. 58-62.

67. Тарасевич Ю.И. Адсорбционные свойства природных углеродных адсороентов и терморасширенного графита / Ю. И. Тарасевич [и др.] // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. N 10. С. 1619-1624.

68. Chingombe P. Surface modification and characterisation of a coal-based activated carbon/ Chingombe P., Saha B., Wakeman R. J. // Carbon. 2005. V. 43. № 15. Р. 3132-3143.

69. Bandosz T. J. Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation, in the series / Bandosz T. J., Ania C.O. // Interface Science and Technology. 2006. V. 7. Р. 159-229.

70. Li J. Surface functionalization and characterization of graphitic carbon nanofibers (GCNFs)/ Li J., Vergne M. J., Mowles E. D., Zhong W. H., Hercules D. M., Lukehart C. M. // Carbon. 2005. V. 43. № 14. Р. 2883-2893.

71. Pevida C. Surface modification of activated carbons for CO2 capture / Pevida C., Plaza M. G., Arias B., Fermoso J., Rubiera F., Pis J. J. // Appl. Surf. Sci. 2008. V. 254. № 22. Р. 7165.

72. Boehm H. P. Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons/ Boehm H. P. // Carbon. 1994. V. 32. № 5. Р. 759-69.

73. Binder H. Über die anodische oxydation von aktivkohlen in wässrigen elektrolyten/ Binder H., Kobling A., Richter K., Sandstede G. // Electrochim. Acta. 1964. V. 9. Р. 255-274.

74. Лидоренко Л.М. Электродные материалы в прикладной электрохимии / Л.М. Лидоренко. - М.: Химия. 1977. - 256 с. с.

75. Афанасов И.М. Особенности электрохимического окисления графита и материалов на его основе: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук (02.00.21) / Иван Михайлович Афанасов; МГУ имени М.И. Ломоносова. - М.: 2009 г. - 136

76. Zhang G. X. The surface analytical characterization of carbon fibers functionalized by H2SO4/HNO3 treatment/ Zhang G. X., Sun S. H., Yang D. Q., Dodelet J. P., Sacher E. // Carbon. 2008. V. 46. № 2. Р. 196-205.

77. Aburub A. Surface Modification of Commercial Activated Carbon (CAG) for the Adsorption of Benzene and Toluene/ Aburub A., Wurster D. E.J. // Colloid Interface Sci. 2006. V. 296. № 1. P. 79-85.

78. Chingombe P. Adsorption Kinetics and Mechanisms of Cypermethrin and Dichlorovos on Heterogeneous Activated Carbon Porous Media / Chingombe P., Saha B., Wakeman R. J.// J. Colloid Interface Sci, 2006. V. 297. № 2. P. 434442.

79. Lahaye J. Inhibition of the oxidation of carbon-carbon composite by boron oxide/ Lahaye J. // Fuel. 1998. V. 77. № 6. P. 543.

80. Gorgulho H. F.Characterization of the surface chemistry of carbon materials by potentiometric titrations and temperature-programmed desorption/ Gorgulho H. F., Mesquita J. P., Goncalves F., Pereira M. F. R., Figueiredo J. L. // Carbon. 2008. V. 46. № 12. P. 1544-1555.

81. Giordano N. Relationship between physicochemical properties and electrooxidationbehaviour of carbon materials / Giordano N., Anixmjcci P. L., Pasalacqua E., Pino L., Arico A. S., Kiiwhwa K. // Electrochimicfacia. 1991. V. 36. No. 13. P.1931-1935.

82. Kinoshita K. Electrochemical oxidation of carbon black in concentrated phosphoric acid at 135°C/ Kinoshita K., Bett J. // Carbon. 1966. V. 11. P. 237247.

83. Kangasniemi K. H. Characterization of Vulcan Electrochemically Oxidized under Simulated PEM Fuel Cell Conditions/ Kangasniemi K. H., Condit D. A., Jarvi T. D. // J. Electrochem. Soc. 2004. V. 151. P. E125-E132.

84. Willsau J. The Influence of Pt-Activation on the Corrosion of Carbon in Gas Diffusion Electrodes-A Dems Study/ Willsau J., Heitbaum J., Electroanal J. // Chem. 1984. V. 161. P. 93.

85. Choo H.-S. Mechanism for electrochemical oxidation of highly oriented pyrolytic graphite in sulfuric acid solution/ Choo H.-S., Kinumoto T., Jeong S.-K., Iriyama Y., Abe T., Ogumi Z. // J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154. P. B1017.

86. Choo H.-S. Raman spectroscopic detection of haemoproteins in the eluate from high-performance liquid chromatography/ Choo H.-S., Kinumoto T., Iriyama Y., Abe T., Ogumi Z. // ECS Trans. 2007. V. 11. Р. 1003.

87. Ahmed S. The role of the surface complex in the kinetics of the reaction of oxygen with carbon / Ahmed S., Back M. H. // Carbon. 1985. V. 23. Р. 513.

88. Skowronski J. M. Thermal investigation of active carbons in presence of air/ Skowronski J. M., Thermal J. // Anal. 1979. V. 16. Р. 463-469.

89. Kelemen S. R . The mass 28 amu TPD peak obtained after adsorption of 100 Torr of CO / Kelemen S. R., Freund H. // Carbon. 1985. V. 23. Р. 723.

90. Wiesmann U. Special aerobic wastewater and sludge treatment processes/ Wiesmann U. // Carbon. 1979. Р. 105.

91. Jannakoudakis A. D. Electrochemical oxidation of carbon fibers in aqueous and analysis of the surface oxides/ Jannakoudakis A. D., Jannakoudakis P. D., Theodoridou E., Besenhard J. O. // J. appl Electrochem. 1990. V. 20. Р. 619.

92. Компан М.Е. Механо-химическое диспергирование терморасширенного графита / М.Е. Компан, Е.В. Москалев, Е.И. Теруков, Д.С. Крылов, Д.А. Саксеев, П.В. Гладких, В.Г. Рупышев, Ю.В. Четаев // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. № 13. С. 81-88.

93. ГОСТ 5689-79. Массы прессовочные фенольные. Технические условия.

94. Пат. 2279067 Рос. Федерация: МПК G01N 27/48. Способ локального электрохимического экспресс-анализа металлических сплавов и устройство для его осуществления /Липкин М.С., Онышко Д.А., Шишка В.Г., По-жидаева С.А. - заявл. 12.10.2004;опубл. 27.06.2006.

95. Ulyankina A. Electrochemical synthesis and photocatalytic activity of Differently Shaped CuOx Particles/ Ulyankina A., Leontyev I., Smirnova N. // Nano Hybridsand Composites. 2017. V. 13. Р. 330-333.

96. Ерошенко В.Д. Повышение износостойкости электротехнического углеродного материала путем модифицирования новолачного связующего [Электронный ресурс]/ Ерошенко В.Д., Овчинников А.Н., Фокин В.П., Смир-

117

нова Н.В. // Инженерный вестник Дона, 2015, № 1. URL: www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2015/2802.

97. Ерошенко В.Д. Применение поливинилацетата в качестве пластификатора графита при производстве изделий электротехнического назначения [Электронный ресурс] / Ерошенко В.Д., Хайдаров Б.Б. // Инженерный вестник Дона, 2014, № 2. URL: www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2340.

98. Ерошено В.Д. О возможности использования поливинилацетата в качестве пластификатора естественного графита при производстве токосъем-ных углеродно-медных материалов/ Ерошено В.Д., Хайдаров Б. Б., Смирнова Н.В. // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология: сборник тезисов докладов 9-ой Международной конференции, г. Москва, г. Троицк / Углеродное общество. - М.: Троицк. 2014. С. 152-153.

99. Ерошенко В.Д. Повышение механических, химических и окислительных свойств плитки из материала АТМ/ Ерошенко В.Д., Овчинников А.Н., Фокин В.П. // Актуальные вопросы углехимии и химического материаловедения: сборник тезисов доклада IV конференции молодых ученых. Кемерово, 23-24 апреля 2015 г. / Кемеровский государственный университет, ИК СО РАН. - Новосибирск: ИК СО РАН. 2015. С. 20.

100. Пат. 2566247 РФ МПК Н01В1/20, С22С1/05, B22F3/12. Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материла и способ его изготовления / Ерошенко В.Д. - заявл. 17.04.2014; опубл. 24.09.2015.

101. Патент РФ № 2510339. МПК B60L 5/08, C04B 35/83, C04B 35/52 Токосъемная вставка токоприемника электротранспортного средства и способ ее изготовления / Гершман И.С., Гершман Е.И., Мельник М.А. - заявл. 25.10.2012; опубл.: 27.03.2014 Бюл. № 9.

102. Лившиц П.С. Скользящий контакт электрических машин / П.С. Лившиц. - М.: Энергия, 1974. - 272 с.

103. Сорокина Н.Е. Интеркалированные соединения графита с кислотами: синтез, свойства, применение: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук (02.00.01) / Наталья Сергеевна Сорокина; МГУ имени М.В. Ломоносова. - Москва, 2007. - 342 с.

104. Зефиров Н.С. Химическая энциклопедия / Н.С. Зефиров // Большая Российская энциклопедия. 1998. Т. 5. С. 135-138.

105. Юдина Т.Ф. Химическая модификация как способ создания композиционных материалов/ Юдина Т.Ф., Ершова Т.В. // Технико-технологические инновации. Вестник Волгоградского университета. Серия 10, Инновационная деятельность. 2012. Вып. 7. С. 117 - 119.

106. Тесакова М.В. Влияние добавок ультрадисперсных (наноразмер-ных) медьсодержащих порошков на трибологические свойства промышленных смазок / М.В. Тесакова, В.И. Парфенюк, В.А. Годлевский // Электронная обработка материалов. 2008. № 6. С. 56 - 62.

107. L.B. McCusker, R.B. Von Dreele, D.E. Cox, D. Lo^r, P. Scardi, Rietveld refinement guidelines // J. Appl. Crystallogr.1999. V.32. P.36-50.

108. Cancado, L. Measuring the degree of stacking order in graphite by Raman spectroscopy/ Cancado, L. G.; Takai, K.; Enoki, T.; Endo, M.; Kim, Y. A.; Mizusaki, H.; Speziali, N. L.; Jorio, A.; Pimenta, M. A. // Carbon. 2008. V. 46. P. 272-275.

109. Yamashita, Y. A study ou carbonization of phenol3 formaldehyde resin Cohelled with deuterium С /Yamashita, Y.; Ouchi, K. // Carbon. 1981. V. 19. Р. 89-94.

110. Lausevic Z. Mechanical properties and chemistry of carbonization of phenol formaldehyde resin/ Lausevic Z., Marinkovic S. // Carbon. 1986. V. 24. Р. 575-580.

111. Trick K. A. Mechanisms of the pyrolysis of phenolic resin in a carbon/phenolic composite/ Trick K. A.; Saliba T. E. // Carbon. 1995. V. 33. Р. 15091515.

112. Choe C. R. Effect of processing parameters on the mechanical properties of carbonized phenolic resin / Choe C. R., Lee K. H., Yoon B. I. // Carbon.

1992. V. 30. Р. 247-249.

113. Dillon F. The influence of matrix microstructure on the mechanical properties of CFRC composites / Dillon F., Thomas K. M., Marsh H. // Carbon.

1993. V. 31. Р. 1337.

114. Ouchi K. Infrared Study of Structural Changes During the Pyrolysis of a Phenol- Formaldehyde Resin/ Ouchi K. // Carbon. 1996. V. 4. Р. 59.

115. Lum R.Thermal Analysis of Graphite and Carbon Phenolic Composites by Pyrolysis-Mass Spectrometry / Lum R., Wilkins W., Robbins M., Lyons A. M., Jones R. P. // Carbon. 1983. V. 21. Р. 111.

116. Ouchi K. Pyrolysis of Coal I. Thermal Cracking ofi 1. 17. Ehenolfor-maldehyde Presins Taken as Coal Models/ Ouchi K., Honda H. // Fuel. 1959. V. 38. Р. 429-442.

117. Ko T.-H. The effect of pyrolysis on the properties of stabilized PAN fabric reinforced phenolic resins for 2D carbon/carbon composites / Ko T.-H., Jaw J. J., Chein Y. C. // Polym. Compos. 1995. V. 16. Р. 522.

118. Ko T.-H.Microstructural Changes of Phenolic Resin during Pyrolysis / Ko T.-H., Kuo W.-S., Chang Y.-H. // Journal of Applied Polymer Science. 2001. V. 81. Р. 1084-1089.

119. Li J. Surface functionalization and characterization of graphitic carbon nanofibers (GCNFs) / Li J., Vergne M. J., Mowles E. D., Zhong W. H., Hercules D. M., Lukehart C. M. // Carbon. 2005. V. 43. № 14. Р. 2883-2893.

120. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. 2-ое издание переработанное и дополненное. - Новосибирск: Наука, 1986. - 306 с.

121. Котельникова Н.Е. Модификация льняных материалов частицами меди / Н.Е. Котельникова, А.М. Михаилиди // Химия растительного сырья. 2009. №3. С. 43-48.

122. Сайск П. Механизмы реакций в органической химии / П. Сайск: пер. с англ. под ред. Я.М.Варщавского. - М.: Химия, 1991 - 448 с.

123. Trick K.A. Mechanisms of the pyrolysis of phenolic resin in a carbon/phenolic composite/ Trick K.A., Saliba T.E. // Carbon. 1995. V. 33. No. 11. Р. 1509-1515.

124. Хлебников Б.М. Механизм окислительной поликонденсации фенолов / Хлебников Б.М., Юдкин Б.И. // Высокомолек. соед. 1976. Т. А 18. С. 528.

125. Структура и связь: сборник статей / пер. с англ. и нем. под. ред. А.П. Пурмаля. - М.: Мир. 1969. - 288 с.

126. Берлин А.А. Химия полисопряженных систем./ Гейдрих М.А., Давыдов Б.Э., Каргин В.А., Карпачева Г.П., Кренцель Б.А., Хутарева Г.В. -М.: Химия. 1972. - 25 с.

127. Копылов В. В. Термический анализ полиариленоксидов / Копылов В. В., Праведников А. Н. // Высокомолек. соед. 1968. Т. Б 10. С. 17941800.

128. Eishun T. The role of oxygen in the oxidative polymerization of 2.6-xylenol catalyzed by copper-amine complexes / Eishun T., Masao K., Hiroyuki N. // Makromolek. Chem.and Phys. 1972. V. 151. Р. 235.

129. Tsucizida E. The kinetics of the oxidative polymerization of 2.6-xylenol with a copper-amine complex / Tsucizida E., Kaneko M., Nishide H., //Makromol. Chem. and Phys. 1972. V. 151. P.221

130. Гулевский В.А. Влияние легирующих элементов на смачивание углеграфита медными сплавами / В.А. Гулевский [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении, 2009. №6. С. 45-48.

131. Lin R. H. Phenol-formaldehyde resins modified by copper nanoparticles / Lin R. H., Wang F. Y., Li S. Y., Wang G. Y. // Plastics, Rubber and Composites Macromolecular Engineering. 2007. V. 36. Is. 10. P. 423-427.

132. Ханов А.М. Особенности строения и использования терморасширенного графита / А.М. Ханов, Л.Е. Макарова, А.И. Дегтярев и др. // Вестник

121

пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т.14. № 1. С. 92-106.

133. Купцов Ю. Е. Беседы о токосъеме, его надежности, экономичности и о путях совершенствования / Ю.Е. Купцов. - М.: Модерн-А. 2001 - 256 с.

134. Костиков В.И. Новые высокопрочные углеродные материалы / В.И. Костиков, В.М. Самойлов, Н.Ю. Бейлина, Б.Г. Остронов // Российский химический журнал. 2004. Т. ^УШ. № 5. С. 64-75.

135. Кульгавый Э.А. Триботехнические характеристики и их применение / Э.А. Кульгавый // Проблемы трибологии. 2003. №3. С.51-61.

136. Кульгавый Э.А. Трибосистемы в случайных средах / Э.А. Кульгавый // Проблемы трибологии. 2004. №3. С.9-12.

137. Семенов А. П. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами. - Семенов А. П., Поздняков В. В., Крапошниа Л. Б. - М.: Наука, 1974 - 109 с.

138. Караваев Д.М. Влияние структурно-морфилогических особенностей терморасширенного графита на износостойкость композиционного материала с кремнийорганическим связующим / Д.М. Караваев, А.М. Ханов, Е.В. Матыгуллина, Л.Д. Сиротенко // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т.15. № 6(2). С.378-381

139. Котик, В.Г. Разработка и исследование композиционного материала для анодных заземлителей/ В.Г. Котик, И.О. Полуянова, Е.А. Никитен-ко, и др. // Сборник ВНИИГАЗ. - 1982 - С. 26-35.

140. Патент №2452796 РФ МПК С22Б13/16. Глубинный анодный зазем-литель и активатор глубинного анодного заземлителя / Зенцов В.Н., Исламов Р.Р., Рабаев Р.У., Кускильдин Р.А.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет; заявл. 28.02.2011; опубл. 10.06.2012.

141. Апплгейт, Л.М. Катодная защита. / Л.М. Апплгейт; пер.с англ. Г.С. Кесельмана - под ред. Л.И. Акинфеева - М.: Государственное научно-

техническое издательство по черной и цветной металлургии, 1963. - 256 с.

122

142. СТО Газпром Газораспределение 5.2-1-2013 [Стандарт] ; утв. и введ. 2013-02-11 Приказом ОАО «Газпром газораспределение» № 37. - СПб., 2013.

143. Липкина Т.В. Устойчивость углеродных материалов к анодному окислению. Анализ возможных факторов / Липкина Т.В., Ерошенко В.Д., Емелин А.В., Пушук Д.В., Гончаров И.А., Липкин С.М., Андреев Ю.А., Смирнова Н.В. // Практика противокоррозионной защиты. 2015. № 2 (76). С. 26-37.

144. Ерошенко В.Д. Изучение процессов анодного растворения углеродных материалов для анодных заземлителей / Ерошенко В.Д., Липкина Т.В., Емелин А.В., Пушук Д.Е., Гончаров И.А., Липкин М.С. // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатро-нике: сборник научных статей по материалам 13 Международной научно-практической конференции., г. Новочеркасск, 19 ноября 2014 г. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2015. С. 109-119.

145. Ерошенко В.Д. Повышение механических, химических и окислительных свойств изделий из материала АТМ [электронный ресурс] / Ерошен-ко В.Д., Фокин В.П., Полтавцев А.А. // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, техно-логия: сборник тезисов доклада Десятой Международной конференции. М., Троицк, 2016. С. 159-162.

146. Ерошенко В.Д. Углеродные материалы для анодных заземлителей систем катодной защиты / Ерошенко В.Д., Емелин А.В., Пушук Д.Е., Гончаров И.А., Липкина Т.В., Пожидаева С.А. // Научно-техническая конференция и выставка инновационных проектов, выполненных вузами и научными организациями ЮФО в рамках участия в реализации федеральных целевых программ и внепрограммных мероприятий, заказчиком которых является Минобрнауки России : сборник материалов конференции., г. Новочеркасск, 14-16 декабря 2014 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова. - Новочеркасск: Лик, 2014. С. 257-258.

147. Ерошенко В.Д. Технология получения композиционного угле-графитового материала для станций электрохимической защиты / Ерошенко В.Д., Смирнова Н.В. // V Международная конференция-школа по химической технологии ХТ"16: сборник тезисов доклада сателитной конференции ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, г. Волгоград, 16-20 мая 2016 г.: в 3 т. / Волгоградский государственный технический университет. - Волгоград: ВолгГТУ, 2016. Т. 1. С. 394-395.

148. Шапранов, В. В. Анодное окисление углей и графита / В. В. Шапранов, А. П. Ярошенко // Сб. химия и физика угля. - Киев. 991. С. 56-74.

149. Забудьков С.Л. Катодные и анодные процессы при электрохимическом окислении дисперсного графита в нитратсодержащих электролитах: диссертация на соискание ученой степени кандидат химических наук (02.00.05) / Сергей Леонидович Забудьков; Саратовский государственный технический университет. - Саратов. 2006. - С. 136.

150. Мастеров В.Ф. Электрические свойства монослоев Cu-O, интер-калированных в кристаллический графит / В.Ф. Мастеров, А.В. Приходько, О.И. Коньков, А.А. Шакланов // Физика твердого тела. 1997. . 39. №1. С.97-100.

151. De K. Graphene in Composite Materials: Synthesis, Characterization and Applications by Nikhil. Stech Publications, Inc.. 2013 .Р.189.

152. Довгаль А.Н. Слоистые соединения графита / Довгаль А.Н., Костиков А.А., Кузнецов А.А., Черномаз В.Н. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2012. Т. 6/5. № 60. С. 32-39.

153. Финаенов А.И. Области применения и получения терморасширенного графита / А.И. Финаенов, А.И. Трифонов, А.М. Журавлев, А.В. Яковлева // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2004. Т. 1. № 1 (2). С. 77-78.

154. Дидейкин А.Т. Свободные графеновые пленки из терморасширенного графита / А.Т. Дидейкин, В.В. Соколов, Д.А. Саксеев, М.В. Байдакова, А.Я. Вуль // Журнал технической физики. 2010. Т.80. № 9. С. 146-149.

124

155. Смирнова Н.В. Нестационарный электролиз: перспективы получения высокодисперсных материалов [Электронный ресурс] / Смирнова Н.В., Куриганова А.Б., Леонтьева Д.В., Новикова К.С., Ерошенко В.Д., Кубанова М.С., Бринк И.Ю. // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. URL: http://www.science-education.ru/pdf/2012/6/233.pdf.

156. Ерошенко В.Д. Перспективы применения электрохимически модифицированного терморасширенного графита в изделиях электротехнического назначения / Ерошенко В.Д., Лищинский С.С., Смирнова Н.В. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2014. № 6. С. 100-105.

157. Пат. 2576637 РФ МПК С25В1/00, С04В35/536, С01В31/04. Способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита [Текст] / Ерошенко В.Д., Смирнова Н.В.; заявитель и патентообладатель Ерошенко Виктор Дмитриевич, Смирнова Нина Владимировна; заявл. 7.10.2014; опубл. 9.02.2016.

158. Скурихин А.А. Получение и исследование электрохимического поведения модифицированных металлами окисленных и терморасширенных графитов: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук (05.17.03) / Скурихин Александр Аркадьевич; ГОВПО Ивановский государственный химико-технологический университет. - Иваново, 2008. - 137 с.

159. Kuriganova А. Electrochemical dispersion method for the synthesis of SnO2 as anode material for lithium ion batteries / Kuriganova А., Vlaic C.A., Ivanov S., Leontyeva D.V., Bund A., Smirnova N.V.// Journal of Applied Electrochemistry. 2016. V. 46. Р. 527-538.

160. Shmatko V. Investigation of the morphological, atomic and electronic structural changes CuOx nanoparticles and CNT in a nanocomposite CuOx/CNT: SEM and X-ray spectroscopic studies / Shmatko V., Yalovega G., Barbashova A., Bogoslavskaja E., Smirnova N.// Key Engineering Materials. 2016. V. 683. Р. 215220.

161. Leontyeva D.V. Electrochemical dispergation as a simple and effective technique toward preparation of NiO based nanocomposite for supercapacitor application / Leontyeva D.V., Leontyev I.N., Avramenko M.V., Yuzyuk Y.I., Ku-kushkina Y.A., Smirnova N.V. // Electrochimica Acta. 2013. V. 114. Р. 356-362.

162. Kuriganova A.B. Pt/SnOx-C composite material for electrocatalysis / Kuriganova A.B., Smirnova N.V. // Mendeleev Commun. 2014. V. 24. Р. 351-352.

163. Kuriganova A.B. Electrochemically Synthesized Pt/TiO2-C Catalysts for Direct Methanol Fuel Cell Applications / Kuriganova A.B., Leontyev I.N., Alexandrin A.S., Maslova O.A., Rakhmatullin A.I., Smirnova N.V // Mendeleev Commun. 2017. V. 24. Р. 67-69.

164. Song K. Structural Polymer-Based Carbon Nanotube Composite Fibers: Understanding the Processing-Structure-Performance Relationship / Song K., Zhang Y., Meng J., Green E.C., Tajaddod N., Li H., L M. // Minus Materials. 2013. V. 6. Р. 2543-2577; doi:10.3390/ma6062543

165. Derylo-Marczewska A. Effect of properties of chemically modified activated carbon and aromatic adsorbate molecule on adsorption from liquid phase / Derylo-Marczewska A., Swiatkowski A., Biniak S., Walczyk M. // Colloids Surf. A. 2008. V. 327. № 1-3. Р. 1.

166. Машков Ю. К. Трибология конструкционных материалов / Ю.К. Машков. - Омск: ОмГТУ. 1996. - 299 с.

167. Shklovskii B.I. Percolation theory and conductivity of strongly inhomo-geneous media / Shklovskii B.I., Efros A.L. // Sov. Phys. Uspekhi. 1975.V.18. P.845.

168. Лазаренко А.С. Исследование анодного поведения материалов за-землителей под действием постоянного и импульсного тока [Электронный ресурс] / А.С. Лазаренко, Е.А. Савельева, О.В. Рябова // Инженерный вестник Дона. 2016. №1. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3554

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. Фокину В.П. за консультации и содействие при проведении технологических операций по изготовлению композиционных УМ на предприятии ООО «Донкарб Графит», а также д.х.н. Липкину М.С. за консультации при интерпретации результатов электрохимических испытаний; к.х.н. Авраменко М.А и Постникову А.А. за проведение исследований УМ методом КРС и РФА, соответственно.

Список использованных обозначений и сокращений

АЗ - анодный заземлитель АУ - активированный уголь

БЭТ - метод определения удельной поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера

ДЭС - двойной электрический слой

ЕГ - естественный графит

ИГ - искусственный графит

КМ - композиционный материал

ПУ - пироуплотнение

РФА - рентгенофазовый анализ

СКЗ - станция коррозионной защиты

КРС - Спектры комбинационного рассеяния света

ТО - термообработка

ТРГ - терморасширенный графит

УМ - углеродный материал

ФФС - фенолоформальдегидная смола

ЭХД -электрохимическая деградация

ЭХЗ - электрохимическая защита

С - ёмкость двойного электрического слоя

-5

d - истинная плотность, г/см ; межплоскостное расстояние Б - диаметр образца, см

^гб - показания преобразованного сигнала на приборе, кг ^тр - усилие изгиба тензоблока, кг

f - коэффициент трения; коэффициент коррекции тока, обусловленный изменением площади поверхности образца НЖ - твердость I - величина тока, А

Ь - расстояние между потенциальными зондами; длина упорного штифта, см Ь' - длина от оси шестерни до груза, см т - масса образца, г

А т - убыль массы электродов

п - порядок отражения

N - действующая нагрузка, кг

Р - масса груза, кг

Я - общее сопротивление, Ом

Яср' - средний радиус зуба шестерни, см

Л

5 - площадь поперечного сечения проводника, м ; рабочая площадь поверхности электродов Т - температура, К и - падение напряжения, В

Л

V - объем образца, см

X - длинна волны излучения используемой трубки

р - удельное электрическое сопротивление, мкОм-м; кажущаяся плотность,

Л

г/см

т - время электросинтеза, с 0 - угол дифракции

Технологическая схема получения изделий серий УМ1 и УМ2

Технологическая схема получения изделий серии УМ3

Н«1. Герасименко ПЛ. т-и В-918-506-КМ.Я

3 Вставки, выполненные из материала УМ1-3 и УМ2-3, в Приложении 3 названы Е-3 и Е-2 соответственно.

132

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ВОЛОГДАЭЛЕКТРОТРАНС» ^С "VOLOGDAELEKTROTRANS"

Россия, 160034, г.Вологда ул. Ленннградская, 97 тел.: [phone] факс: [phone] Leningrsdskaya street, 160034, Vologda, Russia Phone: [phone] Fax: [phone]

ИНН 3525006784 р/с 40702810700000005162 в ЗАО КБ Банк "Вологжанин" БИК 041909760 к/с 30101810800000000760 КПП 352501001

№ fsfc*

" О/Ч

от

№

Генеральному директору ООО «Донкарб Графит» Лавренову А.А.

Протокол

испытаний троллейбусных токосъемных угольных вставок производства

ООО «Донкарб Графит».

С 6.07.2014 г. были произведены выходы на рейс троллейбусов № 179 и №10 с установленными опытными угольными вставками производства ООО «Донкарб Графит». Результаты испытаний сведены в таблицу.

Марка Количество Пройденное

смен расстояние, км

УТЕ-1 9,5 1275

УТЕ-2 10 1350

УТЕ-3 10,5 1425

Используемые ранее ~2 270

Примечание: во время эксплуатации были переменные погодные условия, с кратковременными и проливными дождями. Опытные вставки эксплуатировались до достижения минимального значения высоты; расколотых и растрескавшихся нет.

Главный инженер

ОАО «ВОЛОГДАЭЛЕКТРОТРАНС»

Тарасов А.С.

4 Вставки, выполненные из материалов УМ1-3 и УМ2-3, в Приложении 4 названы УТЕ-1 и УТЕ-2 соответственно.

УТВЕРЖДАЮ

РТКарб С Ю. Волынцев

Л 7/ ГТА_________-»лю

ООО «/кУЙкарб Графит»

JoHH.mfi In Sl/Л _

1по производству и развитию

«16» августа 2018

АКТ

о внедрении научных результатов диссертационной работы Ерошенко Виктора Дмитриевича

Комиссия в составе: Главный технолог - Полтавцев A.A., Ведущий инженер-техноло! Л ива да К.А.

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Ерошенко В.Д. «Технологические основы повышения устойчивости к деградации углеродных материалов для систем противокоррозионной защиты и изделий электротехнического назначения», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы при производстве углеродного материала, применяемых в качестве анодных заземлителей марки Э1 Т.

С учетом технологических разработок Ерошенко В.Д, в частности -новолачное связующее модифицировано введением 2 % Си20, в состав наполнителя введено 0,5 % терморасширенного графита - изготовлена опытная партия углеродною материала, применяемых в качестве анодных заземлителей, испытания которых показали улучшенные физик-механические показатели и повышенную стойкость к окислению данного продукта.

Предложенные Ерошенко В.Д. технологические разработки могут быть рекомендованы к внедрению в производство на ООО «Донкарб Графит».

Главный технолог

Ведущий инженер-технолог

К.А. Ливада