Тезисы
апрель 2017

Процеси змочування та розтікання розчину ароматичного поліаміду фенілон


Клименко Антон Владимирович Клименко А. В. , Уманець В. В. , Ситар В. І.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Широке поширення при отриманні металополімерних систем знайшов метод нанесення полімерних покриттів на метал. Ці матеріали знаходять широке застосування в машинобудуванні у вузлах тертя замість відносно дорогих кольорових металів і сплавів.

Одним з перспективних термостійких полімерів триботехнічного призначення є ароматичний поліамід фенілон. Проте відомо, що поряд із високими показниками триботехнічних властивостей ароматичні поліаміди мають низьку адгезію до металів, що ускладнює отримання якісних покриттів.

Незалежно від способу нанесення покриття та типу полімерного матеріалу, для отримання міцного адгезійного з’єднання необхідно встановити якісний молекулярний контакт між адгезивом та субстратом. Процеси, що протікають при нанесенні на поверхню металу полімеру полягають, в першу чергу, в капілярних явищах – змочуванні та розтіканні.

Виходячи з цього, метою даної роботи є дослідження процесів розтікання і змочування розчином фенілону поверхні різних металевих матеріалів та дослідження адгезійних властивостей отриманих покриттів.

У якості об’єктів досліджень обрано ароматичний поліамід полі-м-,п-феніленізофталамід (фенілон С2). Полімерні покриття завтовшки 80-85 мкм отримували шляхом нанесення розчину фенілону на поверхню металевого субстрату, поверхню якого попередньо очистили та знежирили, з наступним випаровуванням розчинника шляхом сушки. В якості вихідного матеріалу використовували аморфний мілкодисперсний порошок фенілону з насипною густиною 0.2-0.4 г/см3. В якості розчинника використовували диметилформамід (ДМФА). Сушіння зразків здійснювали в сушильній шафі при температурі 145-200ºС впродовж 30-60 хв. Температурно-часовий режим формування встановлювався виходячи з допустимої кількості залишку розчинника у складі покриття та його адгезійної міцності.

У якості субстрату застосовували металеві матеріали різної природи, які набули широкого поширення у машинобудуванні: конструкційні (вуглецеві та леговані) сталі, чавун, кольорові метали та їх сплави. А саме: вуглецеву сталь Ст3; леговані сталі 40Х та 12Х18Н10Т; чавун СЧ20; мідь М1; титан ВТ1-0; алюмінієвий сплав Д16 та латунь Л85.

Мікрорельєф поверхні субстрата отримували абразивним шліфуванням. У якості абразива використовували шліфувальні круги, що дозволили отримати поверхню з однаковими параметрами шорсткості (Ra 1.32) для всіх типів субстратів. Перед нанесенням покриттів поверхню субстрата очищали та знежирювали.

Процеси змочування та розтікання визначали стосовно краплі розчину фенілону на поверхні металевого субстрату.

Для визначення крайового кута змочування отримували зображення профілю краплі розчину фенілону на поверхні субстрату (рис 1, а). Оскільки в процесі сушки покриття з нього випаровується розчинник геометричні параметри краплі з часом змінюються. Тому для одержання більш достовірних результатів дані крайового кута змочування були доповнені результатами вимірювання радіусу розтікання (r) отриманих крапель після їх повного висихання при кімнатній температурі (рис 1, б).

Рисунок 1 – Методика дослідження процесів змочування та розтікання: а – крайовий кут змочування краплі фенілону на сталевому субстраті; б – радіус розтікання краплі фенілону на сталевому субстраті.

Рівень адгезії фенілонового покриття до підложки встановлювали методом решітчастих надрізів за ГОСТ 15140-78 та методом нерівномірного відшарування.

Досліджено змочувальну здатність розчину фенілону. Встановлено, що процеси змочування та розтікання суттєво залежать від природи субстрата. Результати вимірювання крайового кута змочування та радіусу розтікання краплі розчину фенілону на більшості металевих субстратах показали слабку кореляцію цих параметрів зі значеннями показників адгезійної міцності.

Визначено вплив знежирювальних агентів на змочувальну здатність розчину фенілону та міцність адгезыйного з’єднання.

В результаті досліджень виявлена відмінна кореляція між показниками адгезійної міцності та геометричними параметрами краплі на субстратах з вуглецевих сталей.