В настоящее время в современном строительстве, машиностроении и в других сферах народного хозяйства постоянно расширяется ассортимент полимерных защитных покрытий. К подобным покрытиям предъявляются высокие требования эстетические, гигиенических требования и одновременно предъявляются высокие требования по долговечности, стойкости к изменениям температуры, механическим нагрузкам, воздействию агрессивных сред. Применяемые материалы должны обеспечивать: экологичность, не оказывать негативного влияния в процессе нанесения и эксплуатации на человека и окружающую среду, а также обеспечивать технологичность и возможность использования полимерного покрытия для защиты основания, изделия или конструкции при его нанесении [1].
Сочетание высокой прочности, деформативности, химической стойкости в агрессивных средах, термическим и механическим нагрузкам свойственно, как правило, полимерам на основе реактопластов. Однако достижение всего выше перечисленного с учетом экономической составляющей возможно путём комплексной модифицикации полимеров, позволяющей получать композиты с необходимыми свойствами путем варьирования типами и количеством модификаторов. В настоящий момент широкое распространение для защитных покрытий получили эпоксидные и полиуретановые композиции [2].
Материалы на основе полиуретанов характеризуются высокой прочностью, износостойкостью, химической стойкостью и рядом других характеристик необходимых для материалов защитных покрытий [1,2].
Под износостойкостью материала понимают — способность материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения. При этом под трением в данном случае подразумевается внешнее трение — явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения по касательным к ним. В результате, которого и возникает изнашивание — процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела [3].
При этом явление трения может оказывать как негативное так положительное влияние на эксплуатационные характеристики. Так выделяют три разновидности узлов трения. К первому случаю относятся пары трения, в которых трение оказывает лишь негативное воздействие и требуется использование минимально возможного коэффициента скольжения в данных условиях. При этом типе между телами возникает трение скольжения. Во втором случае необходимо одновременно сочетание высокого коэффициента трения с малым износом трущихся элементов. Примером таких соединений являются тормоза, фрикционные передачи и другие. В данном случае наблюдается как положительное, так и отрицательное влияние сил трения на эксплуатационные характеристики материалов. К последнему и самому распространенному случаю относятся узлы трения, где необходим максимальный коэффициент трения. К этому типу относятся все пары трения, в которых внешнее трение используется для предотвращения относительного перемещения [4].
Для напольных защитных покрытий важным является удовлетворение одновременно наличие высокой износостойкости и относительно высокого коэффициента трения, для предотвращения нежелательного скольжения, приводящего к авариям и травмам.
Для оценки скользкости полученного материала проведено сравнение скользкости Покрытий с аналогичными свойствами глазурованной напольной плитки (самой распространенной на сегодняшний день способ защиты основания пола от химического воздействия). Оценка скользкости покрытий для пола полученных наливом осуществлялось посредствам сравнения скользкости свободных пленок покрытий размером 350х350х3 мм со скользкостью глазурованной керамической плитки размером 350х350х8 мм. В вертикальном положении между испытуемыми покрытием и плиткой помещались прослойка из разных материалов (полиуретановую и резиновую пластины подошв, полиэтилен, метал, стекло, бумагу, хлопчатобумажная ткань). Затем образцы равномерно с постоянной скоростью перемещались в горизонтальном направлении относительно друг друга, при этом давление на границах раздела прослойка-покрытие и прослойка-плитка имели одинаковое значение. В результате эксперимента фиксировался эффект проскальзывание на одной из границ, либо скольжение на обеих границах с различным перемещением относительно друг друга. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.
Таблица 1
Оценка скользящих свойств покрытий
|
Материал трущего образца |
Перемещение относительно плитки, мм |
Перемещение относительно образца покрытия, мм |
|
Метал |
100 |
0 |
|
Полиэтилен |
100 |
0 |
|
Стекло |
100 |
0 |
|
Бумага |
100 |
0 |
|
Х/Б |
100 |
0 |
|
Резина |
68 |
32 |
|
Полиуретан |
82 |
18 |
Результаты, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что коэффициент трения скольжения трущих материалов и образца покрытия значительно выше аналогичного коэффициента глазурованной напольной плитки. Это указывает на целесообразность использования разработанного наливного Покрытий в качестве материала защиты основы пола, как менее скользкого, следовательно, более безопасного.
Существует множество классификаций износа, теорий и концепций о механизме разрушения при трении (износ и образование частиц износа), расчетных моделей. Также существует множество методик определения износа и износостойкости. [5]
В материаловедении имеется такая характеристика как истираемость. Истираемость — свойство материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий в течение какого-то времени. Что по смыслу является обратной характеристикой износостойкости приведенной выше. В источнике [7] говорится о прямой зависимости истираемости от твердости и прочности. Что, скорее всего, обусловлено относительно невысокой эластичностью традиционно используемых строительных материалов.
Следовательно истираемость является важным показателем для материалов, которые используются для изготовления ступеней, полов и других деталей и элеменов конструкций, также является косвенной характеристикой износостойкости. Были проведены исследования полученных защитных покрытий с разными прочностными и деформативными показателями [1,2,8–11]. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
Влияние предела прочности и относительного удлинения при растяжении на истираемость полиуретановых покрытий
|
№ |
Состав, масс частей |
Предел прочности, МПа |
Относительное удлинение, % |
Истираемость, г/см2 |
|
1. |
*ПЭ1(100)+М1(4)+ОТ(100) |
58,83 |
14,61 |
0,0697 |
|
2. |
ПЭ1(100)+М2(4)+ОТ(110) |
74,31 |
9,54 |
0,061 |
|
3. |
ПЭ2(100)+М1(4)+ОТ(100) |
51,36 |
7,49 |
0,0983 |
|
4. |
ПЭ2(100)+М2(4)+ОТ(150) |
78,83 |
7,08 |
0,069 |
|
5. |
ПЭ3(100)+М1(4)+ОТ(130) |
29,41 |
36,73 |
0,0374 |
|
6. |
ПЭ3(100)+М2(4)+ОТ(140) |
44,18 |
28,33 |
0,0312 |
|
7. |
ПЭ4(100)+М2(4)+ОТ(70) |
14,19 |
39,75 |
0,029 |
|
8. |
ПЭ1(100)+М1(4)+ М3(20)+ОТ(90) |
54,97 |
8,74 |
0,0825 |
|
9. |
ПЭ2(100)+М1(4)+ПЛ(61)+ОТ(140) |
27,56 |
14,02 |
0,1486 |
|
10. |
ПЭ2(100)+М1(4)+ПЛ(73)+ОТ(140) |
16,82 |
17,49 |
0,1273 |
|
11. |
ПЭ2(100)+М2(4)+ ПЛ(56)+ОТ(150) |
62,74 |
8,89 |
0,0816 |
* ПЭi — полиэфирный компонент в соответствии с рецептурой в масс. ч.; Мi –модифицирующий компонент в соответствии с рецептурой масс. ч.; ПЛ — пластификатор масс. ч.; ОТ — отвердитель масс. ч.
Полученные данные обрабатывались с помощью ЭВМ с целью получения математической модели зависимости истираемости (И) от прочности (х1) и относительного удлинения (х2) при разрыве.
Уравнение полученной зависимости имеет вид:
,
и отражена в виде поверхности представленной на рисунке 1.
Приемлемость полученных уравнений подтверждена проверкой гипотезы адекватности по критерию Фишера.
Проведенные экспериментальные исследования и полученное уравнение регрессии позволяют дать количественную и качественную оценку влияния каждого изучаемого фактора, а также в их совокупности на истирание покрытий на основе модифицированных ПУ.
Рис. 1. Истираемость в зависимости от предела прочности и относительного удлинения при растяжении
Экспериментально установлено, что истираемость имеет зависимость не только от прочностных, но и от деформационных параметров материала. Материаловеды в машиностроении давно отмечают зависимость износостойкости не только от твердости и прочности, но также от эластичности материалов (как металлов, так и полимеров) [5, 6]. Таким образом, в связи с распространением использования в строительстве большого количества новых искусственных материалов, выявлена необходимость более глубокого изучения износостойкости, а также разработки более эффективных методов оценки коэффициента трения и износа.
Литература:
1. Зубарев П. А. Защитные износостойкие покрытия на основе модифицированных полиуретанов. Автореф. дис. … канд. техн. наук. / П. А. Зубарев. — Пенза, ПГУАС. — 2014. — 16 с.
2. Лахно А. В. Эпоксиполиуретановый клей для соединения линолеума встык. Автореф. дис. … канд. техн. наук. / А. В. Лахно. — Пенза, ПГУАС. — 2005. — 20 с.
3. Крагельский И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский И. В. — Изд. 2-е перераб. и доп.– М.: «Машиностроение»,1968–480 с.
4. Исследование изнашивания прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры [Текст] / А. В. Новичков, Е. В. Новиков, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно, П. И. Аношкин // Международный научный журнал. — 2014. — № 3. — С. 108–111.
5. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно // Молодой ученый. — 2014. — № 16. — С.68–71.
6. Федосеев С. Н. Повышение износостойкости конструкционных сталей /С. Н. Федосеев // Сборник научных трудов SWORLD — Издательство: Куприенко С. В. (Одесса). — 2012 — Т 10. –№ 3 — С. 17–19.
7. Юхневский П. И. Строительные материалы и изделия: Учеб.пособие / П. И. Юхневский, Г. Т. Широкий. Мн.: УП «Технопринт», 2004.– 476 с.
8. Бобрышев А. Н. Перспективность модификации эпоксиполиуретанов кремнийорганическими соединениями / А. Н. Бобрышев, А. В. Лахно, П. А. Зубарев, П. И. Кувшинов, А. А. Бобрышев, Н. Н. Туманова // Вестник отделения строительных наук. — Выпуск № 15. — Москва-Орел-Курск. — 2011. — С. 180–186.
9. Зубарев П. А., Планирование оптимального соотношения компонентов в полиуретановой системе / П. А. Зубарев, В. О. Петренко, А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. 2014. — № 6 (65). — С. 164–166.
10. Зубарев, П. А. Производственный процесс получения защитных полиуретановых покрытий [Текст] / П. А. Зубарев, А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 5. — С. 57–59.
11. Бобрышев А. Н. Влияние аминосодержащих добавок на свойства полиуретановых композитов / А. Н. Бобрышев, П. А. Зубарев, А. В. Лахно // Региональная архитектура и строительство. 2014. — № 2. — С. 35–39.
