Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: CX Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 февраля 2022 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Материаловедение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Мельник О.Г. ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПРОСТЫХ ЭФИРОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ПОРОШКОМ ЦИНКА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. CX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(109). URL: https://sibac.info/archive/technic/2(109).pdf (дата обращения: 11.08.2022)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПРОСТЫХ ЭФИРОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ПОРОШКОМ ЦИНКА

Мельник Ольга Геннадьевна

студент, кафедра психоанализа и бизнес-консультирования, факультет социальных наук, Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»,

РФ, г. Москва

INCREASING THE MECHANICAL STRENGTH OF THE COATINGS BASED ON CELLULOSE ETHERS WITH ZINC POWDER

 

Olga Melnik

student, Department of Psychoanalysis and Psychoanalytic Business Consulting, Faculty of Social Sciences, National Research University Higher School of Economics,

Russia, Moscow

 

АННОТАЦИЯ

Целью работы является повышение механической прочности покрытий на основе КМЦ с металлическим порошком цинка, предназначенных для защиты металлических поверхностей от агрессивных сред. Предложено уравнение регрессии, связывающее прочность композита с его составом. Установлены соотношения компонентов в композите, обеспечивающие максимальную прочность функциональных покрытий.

ABSTRACT

The publication is aimed at increasing the mechanical strength of the coatings based on carboxymethyl cellulose with metal zinc powder, designed to protect metallic surfaces from the aggressive environment. Regression equation was proposed, binding the composite strength with its composition. Ratio of components in the composite have been established, ensuring maximum strength of functional coatings.

 

Ключевые слова: порошок цинка; КМЦ; покрытие.

Keywords: zinc powder; CMC; coating.

 

Экологически чистые функциональные материалы на основе простых эфиров целлюлозы вызывают большой интерес исследователей [1, с. 116683; 2, с. 116683]. В качестве полимерных матриц для создания композитов с дисперсными наполнителями рассматриваются такие биополимеры как ПАЦ [3, с. 0120031], КМЦ [4, с. 1588; 5, с. 3; 6, с. 35]. На основе КМЦ разработаны пористые композиты для формирования антифрикционных покрытий [7, с. 290; 8, с. 1856; 9, с. 19], функциональные защитные покрытия [10, с. 35].

Биополимерные матрицы на основе простых эфиров целлюлозы склонны к расслоению, поэтому для их упрочнения в полимер вводятся дисперсные металлические порошки. В настоящей работе рассмотрена возможность повышения механической прочности защитных покрытий на основе КМЦ с порошком цинка ПЦ-1 с диаметром частиц не более 40 мкм. Пластификатором служил глицерин.

С целью получения покрытий толщиной не более 50 мкм, порошок Zn был просеян на ситах с размером ячейки 40 мкм. При исследовании механических свойств покрытий использовали методы математического планирования эксперимента с последующей обработкой данных в математической системе Mathcad 8 PRO. Образцы изготавливали в соответствии с методикой, изложенной в работе [11, с. 1]. Метод позволяет сократить экспериментальные затраты и увеличить объем получаемой информации за счет оптимальной организации эксперимента. Это достигается путем варьирования значений факторов «по одному» и переходу к одновременному варьированию всех интересующих факторов по некоторой оптимально составленной программе. Уравнение регрессии в безразмерных переменных, дает возможность оценить количественный вклад каждой переменной в рассматриваемый процесс, выявить связь между переменными и их взаимное влияние, а также определить оптимальные условия протекания процесса. В работе использовался ортогональный план второго порядка. Значимость коэффициентов регрессии, а также адекватность этого уравнения эксперименту проверялась с помощью статистических критериев. Оценка значимости коэффициентов регрессии проводились по критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты исключались из уравнения. Адекватность уравнения эксперименту проверялась по критерию Фишера [12, с. 327].

В качестве переменных факторов в эксперименте варьировали концентрацию водного раствора Na-КМЦ с пределами 1,5-3%, добавку цинка и добавку глицерина от 0 до 5 г на 100 г раствора. Звездное плечо a=+1,414, количество опытов N=18, на каждый опыт изготавливалась серия из шести образцов, число исследуемых факторов к=3.

Откликами в эксперименте являлась механическая прочность (sВ) пленочных образцов при растяжении. Для механических испытаний были изготовлены образцы в виде лопаток с рабочей длиной 20 мм и шириной 15 мм. Испытания проводились на разрывной машине РМ-4, обеспечивающей скорость движения подвижного захвата относительно неподвижного 2,5 мм/мин.

На основании полученных значений рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии. В качестве модели после отсева незначимых коэффициентов принято уравнение, имеющее в безразмерном масштабе вид:

sВ=9,3+3,5·Х1-Х2-6,4·Х3-1,5·Х2·Х3

(модель адекватна для Рa=0,95 при Sy 2=3,3).

Здесь Х1, Х2, Х3 – кодированные значения факторов: КМЦ, цинка, глицерина. Уравнения регрессии позволяют по величине и знаку коэффициента, стоящего перед соответствующей независимой переменной, оценить интенсивность и направление влияния каждой переменной на механические характеристики.

По уравнениям регрессии в окрестности оптимального режима был проведен анализ параметрической чувствительности процесса. Анализ уравнения показал, что возрастание концентрации КМЦ приводит к росту прочности, а глицерина, напротив, к снижению. Порошок цинка упрочняет композиционный материал при малых количествах глицерина.

По уравнению регрессии были определены соотношения компонентов: КМЦ – 2,1 %, Zn –1,0 г, глицерин –1,0 г, обеспечивающие достаточную эксплуатационную прочность покрытия. Оптимальность выбранной комбинации подтверждена экспериментально, получено значения механической прочности покрытия sВ=10 Мпа. Относительная деформация композита e=16 %.

Заключение. Рассмотрено экологически чистое защитное покрытие на основе растительного полимера КМЦ с дисперсным порошком цинка, предназначенное для защиты металлических поверхностей от агрессивных сред. Определены соотношения компонентов в покрытии, обеспечивающие уровень прочности композита sВ=10 Мпа.

 

Список литературы:

  1. Oprea, M. Recent advances in composites based on cellulose derivatives for biomedical applications / M. Oprea, Si Voicu // Carbohydrate Polymers. – 2020. – № 247.  – Р. 116683. – DOI: 10.1016/carbpol.2020.116683.
  2. Oprea, M. Recent advances in composites based on cellulose derivatives for biomedical applications / M. Oprea, Si Voicu // Carbohydrate Polymers. – 2020. – № 247.  – Р. 116683. – DOI: 10.1016/carbpol.2020.116683.
  3. Antonova, N. M. Adhesion and mechanical properties of polyanionic cellulose-Al-Zr protective coatings / N. M. Antonova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : Problems and Prospects for Development, Barnaul, 27–28 июня 2019 года. – Barnaul. – 2019. – P. 012003. – DOI 10.1088/1757-899X/665/1/012003.
  4. Antonova, N. Influence of rheology and activation energy on the structure of protective coatings formed from CMC suspensions with Al powder / N. Antonova // Materials Today: Proceedings, Sevastopol, 07–11 сентября 2020 года. – Sevastopol, 2021. – P. 1588-1591. – DOI 10.1016/j.matpr.2020.08.158.
  5. Антонова, Н. М. Влияние энергетических факторов на самоорганизацию микроячеек в пленках с микрои наночастицами алюминия / Н. М. Антонова // Наноинженерия. – 2014. – № 4(34). – С. 3-7.
  6. Антонова, Н. М. Особенности взаимодействия микрочастиц алюминия с полимерной матрицей Na-КМЦ при формировании защитных покрытий / Н. М. Антонова // Коррозия: материалы, защита. – 2012. – № 5. – С. 35-41.
  7. Antonova, N. Forming of Porous Composites with Ti Powder by Self-Assembly of Particles in Polymer Suspensions for Creating Functional Materials / N. Antonova // Materials Today: Proceedings, Sevastopol, 10–14 сентября 2018 года. – Sevastopol: Elsevier Ltd, 2019. – P. 290-294. – DOI 10.1016/j.matpr.2018.12.146.
  8. Antonova, N. Formation the structure of porous carboxymethylcellulose films for developing materials with antifriction properties / N. Antonova, A. Kameneva // Materials Today: Proceedings : International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2019, Sevastopol, 09–13 сентября 2019 года. – Sevastopol: Elsevier Ltd, 2019. – P. 1856-1860. – DOI 10.1016/j.matpr.2019.07.027.
  9. Антонова, Н. М. Формирование материалов с управляемой пористостью при модификации биополимераNa-КМЦ высокодисперсными частицами AlOOH для получения функциональных покрытий / Н. М. Антонова, Е. В. Андреев, И. А. Лисниченко // Инженерный вестник Дона. – 2017. – № 4(47). – С. 19.
  10.  Антонова, Н. М. Исследование антикоррозионных свойств органических полимерных покрытий с порошками алюминия и циркония / Н. М. Антонова, А. П. Бабичев // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2016. – № 2(134). – С. 35-39.
  11.  Патент № 2321610 C1 Российская Федерация, МПК C09D 101/28, B65D 90/06, C08K 3/08. Защитное покрытие для металлических поверхностей : № 2007100297/04 : заявл. 09.01.2007 : опубл. 10.04.2008 / Н. М. Антонова, Г. Г. Мельник.
  12.  Ахназарова С. Л., Кафаров В. В., Методы оптимизации эксперимента в химической технологии, М.: «Высшая школа», 1985, с. 327.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом