Розробка і дослідження властивостей наномодифікованих фторопластових покриттів, нанесених на металеві поверхні

РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ НАНОМОДИФІКОВАНИХ ФТОРОПЛАСТОВИХ ПОКРИТТІВ, НАНЕСЕНИХ НА МЕТАЛЕВІ ПОВЕРХНІ

DEVELOPMENT AND RESEARCH OF THE NANOMODIFIED FLUOROPLASTIC COVERAGES INFLICTED ON METALLIC SURFACES

Сторінки: 153-162. Номер: №6, 2022 (315) 
Автори:
ОЛЕКСАНДРЕНКО Віктор
Хмельницький національний університет
ORCID ID: 0000-0002-2404-2104
е-mail: oleksandrenkovp@gmail.com
СВІДЕРСЬКИЙ Владислав
Хмельницький національний університет
ORCID ID:  0000-0003-4816-6977
е-mail: svidersky.vladyslav@gmail.com
КИРИЧЕНКО Людмила
Хмельницький національний університет
ORCID ID:  0000-0001-6382-8911
е-mail: kirichenko47@ukr.net
ДАНІЛЕНКО Ігор
Донецький фізико-технічний інститут НАН України
ORCID ID: 0000-0002-0016-1045
е-mail: Danilenko.I@nas.gov.ua
ЄФІМЕНКО Валерій
Національний авіаційний університет
ORCID ID: 0000-0002-4903-6174
е-mail: e.valerij.ua@gmail.com
OLEKSANDRENKO Victor., SVIDERSRKYI  Vladislav, KIRICHENKO Ludmila.
Khmelnytskyі National University
DANILENKO Igor
Donetsk physic technical institute of  НАН of  Ukraine
YEFYMENKO Valerij
National Aviation University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6-153-162

Анотація мовою оригіналу

Проаналізовано шляхи підвищення фізико-механічних характеристик і зносостійкості фторопластових покриттів на металевих поверхнях. Досліджено вплив складу і температурно-часових умов формування багатошарових фторопластових покриттів на їх адгезійну міцність, еластичність, стійкість до удару та абразивостійкість.  Описані режими технологічних операцій. Наведені властивості розроблених покриттів на основі  фторполімеру Ф-30П. Окреслено особливості формування ґрунтувального, проміжного і зовнішнього шарів фторопластового покриття. Розроблена технологія нанесення наномодифікованого фторопластового покриття електроосадженням на металеві поверхні. Дані рекомендації з використання результатів виконаних досліджень для отримання наномодифікованих фторопластових покриттів з високою адгезією до металевих поверхонь ґрунтувального шару і зносостійкістю зовнішнього шару.
Ключові слова: покриття, зносостійкість.

Розширена анотація англійською  мовою

Ways of increasing of physical and mechanical characteristics and wear resistance of fluoroplastic coatings on metal surfaces are analyzed. The influence of the composition and temperature-time conditions of the formation of multilayer fluoroplastic coatings on their adhesive  strength, elasticity, shock resistance and abrasion resistance was studied. Primer layer for three-layer F-30P fluoropolymer coatings contained fluoropolymer F-30P – 72 wt. %, graphite C-1 – 25 wt. %, aminoorganosilica on the basis of aerosil – 3 wt. %.. The composition of the intermediate fluoropolymer layer: fluoropolymer F-30P – 79 wt. %, graphite C-1 – 20 wt. % aminoorganosilica based on aerosol – 1 wt. %. As the main task of applying the outer layer of fluoroplastic coating based on F-30P is to increase wear resistance, so its composition included1–3 wt. % ZrО 2 + 3% Y 2 O 3 (500 ˚C) or 1–3 wt. % ZrО 2 + 3% Y 2 O 3 (700 ˚C) or 1–3 wt. % zirconium hydroxide doped yttrium ions (the amount of yttrium in terms of oxides is 3 mol %): Zr(Y)O(OH) 2 and 17 wt. % graphite C-1, as well as 1 wt. % aminoorganosilica on the basis of aerosil. The analysis of the obtained results showed that the introduction of nanomodifiers of zirconium oxides encourages intense matrix structuring, as nanoparticles can create cluster-type ensembles. As a result a reinforced polymer system is created, which is characterized by increased strength and tribotechnical characteristics. Thus strength to scratch damage increased for three-layer fluoroplastic coatings, the outer layer of which includes: a) 17 wt. % graphite C-1 + 1 wt. % aminoorganosilica based on aerosil + 1 wt. % ZrО 2 + 3% Y 2 O 3  (500 ˚C) by 5.02 times, b) 17 wt. % graphite C-1 + 1 wt. % aminoorganosilica based on aerosil + 1 wt. % ZrО 2 + 3% Y 2 O 3  (700 ˚C) by 8.98 times, c) 17 wt. % graphite C-1 + 1 wt. % aminoorganosilica based on aerosil + 2 wt. % of zirconium hydroxide doped with yttrium ions (the amount of yttrium in terms of oxides is 3 mol %): Zr(Y)O(OH) 2 by 14.35 times compared to the unmodified fluoroplastic coating F-30 P. The modes of technological operations are described in detail. The properties of the developed coatings based on F-30P fluoropolymer are given. Features of formation of priming, intermediate and outer layers of fluoroplastic coating are outlined. The technology of nano-modified application of fluoroplastic coating by electrodeposition on metal surfaces has been developed. Therecommendations for using the results of the performed research for obtaining nanomodified fluoroplastic coatings with high adhesion to metal surfaces of the primer layer and wear resistance of the outer layer are given.

Key words: adhesion, fluoroplastic coatings, strength, composition, technological factors, metal surface, elasticity, firmness to the blow, hardness, anti-abrasion.

Література

1. Sina Ebnesajjad. Fluoroplastics Volume 1: Non-Melt Processible Fluoropolymers. The Definitive User’s Guide and Data Book. Second Edition. 2015. 698 p.
2. Sina Ebnesajjad. Fluoroplastics Volume 2: Melt Processible Fluoropolymers. The Definitive User’s Guide and Data Book. Second Edition. 2016. 745 p.
3. Олександренко В. П. Вплив складу і технологічних факторів на адгезійну міцність фторопластових покриттів до металевих поверхонь / В. П. Олександренко, В. П. Свідерський, Л. М. Кириченко, В. В. Єфіменко // Вісник Хмельницького національного університету: Технічні науки . – 2021. – № 5. – С. 45–51. – DOI 10.31891/2307-5732-2021-301-5-45-51, ISSN 2307-5732
4. Пат. № 112246 Україна, МПК С09D 127/00. Антиадгезійне, зносостійке покриття / Свідерський В. П., Кириченко Л. М., заявник і патентовласник Хмельницький національний університет, заявка u 2016 05670 від 26.05.2016, опубл. 12.12.2016, Бюл. № 23, 5 с.
5. Sina Ebnesajjad and Pradip R. Khaladkar. Fluoropolymer Applications in the Chemical Processing Industries The Definitive User’s Guide and Handbook A volume in Plastics Design Library. 2017. 436 p.
6. Berladir K. V., Budnik О. A., Dyadyura K. A., Svidersky V. A., Kravchenko Ya. O. Physicochemical principles of polymer composite materials technology based on polytetrafluoroethylene. High Temperature Material Processes. 2016. № 20 (2). P. 157–184.
7. Dykha A., Svidersky V., Danilenko I., Bilichenko V., Kukurudzyak Yu., Kirichenko L. et. al. (2020). Design and study of nanomodified composite fluoropolimer materials for tribotechnical purposes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12-107), pp. 38-48, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205779
8. Yan Y., Jia Z., Yang Y. Preparation and mechanical properties of PTFE/nano-EG composites reinforced with nanoparticles. Procedia Environmental Sciences. 2011. V. 10. P. 929-935.
9. Пат. № 81966 Україна, МПК (2006) : С01G 25/00, C04B 35/48, F26B 3/32, F26B 5/04. Процес одержання порошків оксидів / Т. Є. Константінова, М. П. Пилипенко, В. І. Алєксєєнко, І. А. Даніленко ; заявник і патентовласник Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України. – № 200601880 ; заявл. 21.02.2006, опубл. 25.02.2008, Бюл. № 10. – 24 с.
10. Наукові основи розробки полімерних композиційних матеріалів триботехнічного призначення на основі політетрафторетилену : монографія / Х. В. Берладір, О. А. Будник, К. О. Дядюра та ін. ; за заг. ред. К. О. Дядюри. – Суми : Сумський державний університет, 2017. – 176 с.

References

1. Sina Ebnesajjad. Fluoroplastics Volume 1: Non-Melt Processible Fluoropolymers. The Definitive Users Guide and Data Book. Second Edition. 2015. 698 p.
2. Sina Ebnesajjad. Fluoroplastics Volume 2: Melt Processible Fluoropolymers. The Definitive Users Guide and Data Book. Second Edition. 2016. 745 p.
3. Oleksandrenko V. P. Vplyv skladu i tekhnolohichnykh faktoriv na adheziinu mitsnist ftoroplastovykh pokryttiv do metalevykh poverkhon / V. P. Oleksandrenko, V. P. Sviderskyi, L. M. Kyrychenko, V. V. Yefimenko // Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu: Tekhnichni nauky . – 2021. – № 5. – S. 45–51. – DOI 10.31891/2307-5732-2021-301-5-45-51, ISSN 2307-5732
4. № 112246 Ukraina, MPK S09D 127/00. Antyadheziine, znosostiike pokryttia / Sviderskyi V. P., Kyrychenko L. M., zaiavnyk i patentovlasnyk Khmelnytskyi natsionalnyi universytet, zaiavka u 2016 05670 vid 26.05.2016, opubl. 12.12.2016, Biul. № 23, 5 s.
5. Sina Ebnesajjad and Pradip R. Khaladkar. Fluoropolymer Applications in the Chemical Processing Industries The Definitive Users Guide and Handbook A volume in Plastics Design Library. 2017. 436 p.
6. Berladir K. V., Budnik O. A., Dyadyura K. A., Svidersky V. A., Kravchenko Ya. O. Physicochemical principles of polymer composite materials technology based on polytetrafluoroethylene. High Temperature Material Processes. 2016. № 20 (2). P. 157–184.
7. D y k h a A., S v i d e r s k y V., D a n i l e n k o ,  B i l i c h e n k o V., K u k u r u d z y a k  Y u., K i r i c h e n k o L. et. al. (2020). Design and study of nanomodified composite fluoropolimer materials for tribotechnical purposes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12-107), pp. 38-48, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205779
8. Yan Y., Jia Z., Yang Y. Preparation and mechanical properties of PTFE/nano-EG composites reinforced with nanoparticles. Procedia Environmental Sciences. 2011. V. 10. P. 929-935.
9. № 81966 Ukraina, MPK (2006) : S01G 25/00, C04B 35/48, F26B 3/32, F26B 5/04. Protses oderzhannia poroshkiv oksydiv / T. Ye. Konstantinova, M. P. Pylypenko, V. I. Alieksieienko, I. A. Danilenko ; zaiavnyk i patentovlasnyk Donetskyi fizyko-tekhnichnyi instytut im. O.O. Halkina NAN Ukrainy. – № 200601880 ; zaiavl. 21.02.2006, opubl. 25.02.2008, Biul. № 10. – 24 s.
10. Naukovi osnovy rozrobky polimernykh kompozytsiinykh materialiv trybotekhnichnoho pryznachennia na osnovi politetraftoretylenu : monohrafiia / Kh. V. Berladir, O. A. Budnyk, K. O. Diadiura ta in. ; za zah. red. K. O. Diadiury. – Sumy : Sumskyi derzhavnyi universytet, 2017. – 176 s.