автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Разработка световозвращающих покрытий на основе наполненных полимерных порошковых композиций



Зверев Эдуард Владимирович

РАЗРАБОТКА СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Специальность 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение)

- 8 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Набережные Челны - 2011

005005263

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение, сварка и структурообразующие технологии» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева - КАИ».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Галимов Энгель Рафикович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жарин Денис Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Абдуллин Илнур Абдулович

Ведущая организация: Марийский государственный

технический университет (г. Йошкар-Ола)

Защита состоится 27 декабря 2011 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.309.01 при Камской государственной инженерно-экономической академии по адресу: 423810, Татарстан, г. Набережные Челны, пр. Мира, 68/19, тел. (8552) 39-66-29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Камской государственной инженерно-экономической академии.

Автореферат разослан 23 ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

Л.А. Симонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Дальнейший прогресс в машиностроении неразрывно связан с совершенствованием традиционных, разработкой и внедрением новых материалов, покрытий и технологий, обеспечивающих необходимые технические свойства, а также надежность и долговечность изделий.

В настоящее время доминирующей тенденцией в технологии производства различных видов покрытий во многих отраслях промышленности, в том числе в машиностроении, является разработка новых составов, прогрессивных и высокоэффективных технологий их нанесения. Среди большого разнообразия покрытий особое место по перспективности применения занимают покрытия на основе полимерных порошковых композиций (ППК), которые отвечают современной тенденции развития и представляют технико-экономическую и экологическую альтернативу многим видам покрытий.

В машиностроении ППК применяют для получения антикоррозионных, теплостойких, оптических, защитно-декоративных и других видов покрытий. Использование порошковой технологии позволяет получать высококачественные покрытия, увеличить надежность и долговечность изделий, резко сократить технологический цикл производства, снизить материальные и энергетические затраты, а также исключить загрязнение окружающей среды.

Среди покрытий специального назначения важное место занимают свето-возвращаюшие покрытия, которые находят применение во многих отраслях промышленности. В машиностроении они используются в качестве световоз-вращающих покрытий элементов конструкций специальной техники (кран балок, гидропрессов, мостовых кранов, станочного оборудования), а также дорожных знаков и информационных знаков элементов барьерных ограждений, разделительных полос автомагистралей, автодромов и т.п.

Для получения изделий со световозвращающими покрытиями применяют фольгированные пленки, которые отличаются сложной технологией получения, сравнительно небольшим сроком службы вследствие снижения оптических и других технических свойств в условиях воздействия многочисленных факторов в процессе эксплуатации, а также высокой себестоимостью их производства.

Широкое применение световозвращающих покрытий на основе выпускаемых промышленностью ППК сдерживается из-за отсутствия научно обоснованных данных по выбору исходных компонентов и оптимальных составов, структуры, режимов и способов их получения. Особую актуальность в этой связи приобретают исследования, направленные на разработку новых составов и технологических процессов получения наполненных световозвращающих покрытий с заданным уровнем эксплуатационных свойств.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка рецептурно-технологических параметров получения новых световозвращающих покрытий с заданными эксплуатационными свойствами на основе наполненных полимерных порошковых композиций.

Достижение цели потребовано решения следующих задач:

- изучить комплекс оптических и физико-химических свойств исходных компонентов, как в отдельности, так и при различных их сочетаниях и соотношениях в составе наполненных многослойных световозвращающих покрытий;

- определить оптимальную структуру наполненных покрытий, обеспечивающую требуемые оптические и физико-химические свойства;

- разработать экспериментальные установки для оценки оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий, а также модель, методику, алгоритм и программу расчета основных оптических характеристик;

- выявить влияние типа и соотношения исходных компонентов, дисперсности, равномерности распределения и глубины погружения наполнителей в виде микросфер, а также режимных параметров нанесения ППК и наполнителей на изменение эксплуатационных свойств покрытий;

- определить оптимальные составы и режимные параметры технологических процессов нанесения порошковых композиций и микросфер, обеспечивающие требуемые оптические и физико-химические свойства наполненных порошковых покрытий;

- разработать научно обоснованные рекомендации по реализации нового технологического процесса и комплекса оборудования для нанесения наполненных покрытий электростатическим методом;

- апробировать в производственных условиях результаты полученных экспериментальных исследований.

Объект исследования: световозвращающие покрытия на основе наполненных полимерных порошковых композиций.

Предмет исследования: наполнители, микросферические отражатели, полимерные порошковые композиции, покрытия, оптические и физико-химические свойства, технология и оборудование.

Методологической основой при решении проблемы материаловедческо-го и технологического характера является концепция системного подхода, при котором состав, структура и комплекс свойств световозвращающих покрытий представлены в виде взаимосвязанной системы дисперснонаполненных композиционных материалов.

Научная новизна:

- впервые научно обоснована и подтверждена комплексными исследованиями технология получения новых световозвращающих покрытий на основе наполненных полимерных порошковых композиций путем последовательного нанесения и формирования функциональных слоев, обеспечивающих высокие оптические и физико-химические свойства;

- определены закономерности и оптимальные интервалы изменения оптических и физико-химических свойств исходных компонентов, как в отдельности, так и при различных их сочетаниях и соотношениях в составе наполненных покрытий;

- впервые разработаны модель, методика, алгоритм и программа расчета оптических характеристик световозвращающих покрытий, основанные на мно-

гократных отражениях лучей в структуре многослойных наполненных покрытий и обеспечивающие требуемые оптические свойства;

- установлены закономерности влияния типа полимерных связующих, количества, дисперсности, равномерности распределения и глубины погружения наполнителей, а также режимных параметров нанесения ППК и наполнителей на изменение эксплуатационных свойств наполненных световозвращающих покрытий.

Практическая значимость:

- разработана новая технология получения световозвращающих покрытий электростатическим способом на основе наполненных полимерных порошковых композиций;

- разработаны экспериментальные установки для оценки оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий, а также методика и программа расчета их оптических характеристик;

- определены оптимальные составы, структура, режимные параметры технологических процессов нанесения и формирования наполненных покрытий с необходимым уровнем эксплуатационных свойств;

- разработан комплекс нестандартного специализированного оборудования для реализации технологического процесса получения наполненных полимерных порошковых покрытий электростатическим способом.

Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при нанесении световозвращающих покрытий на изделия различного функционального назначения в ООО «ИТЦ «Ла-кор», ОАО «Кировский завод «Маяк», ФГУП «ГОССМЭП», ООО «Дорожный знак», ОАО «Строительное управление № 915 по строительству автодорог и аэродромов» (г. Киров), ООО «Спецстальмонтаж» (г. Казань).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Проблемы науки и высшей школы», Санкт-Петербург, 2003г.; «Машиностроение и техносфера XXI века», Донецк, 2004-2009г.г.; «Инновационные технологии в проектировании, производстве и испытаниях изделий машиностроения», Казань, 2004г.; «Туполевские чтения», Казань, 2007-2011г.г.; «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики», Казань, 2007-2011г.г.; «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», Москва, 2006г.; «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, 2004-2010г.г.; «Композиционные материалы в промышленности», Киев, 2006-2009г.г.; «Современные техника и технологии», Томск, 2007г.; «0птика-2007», Москва, 2007г; «Автомобиль и техносфера», Казань, 2008г.; «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы», Казань, 2008г.; «Прикладная оптика», Санкт-Петербург, 2008г.; «Полимеры в строительстве», Казань, 2009г.

Реализация работы. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов и бакалавров по направлению 150600 на кафедре «Материаловедение, сварка и структурообразующие технологии»

КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева - КАИ по курсам «Материаловедение», «Новые материалы и технологии», «Технология материалов и покрытий».

Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи работы, выбраны объекты и методы исследований, получены образцы, проведены экспериментальные исследования и расчеты, совместно с руководителем и соавторами публикаций проанализированы, обсуждены и обобщены основные результаты исследований, проведена практическая реализация работы.

На защиту выносятся:

- рецептуры и структура наполненных порошковых композиций на основе термореактивных связующих, обеспечивающие требуемые оптические и физико-химические свойства световозвращающих покрытий;

- экспериментальные установки для исследования оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий, а также модель, методика, алгоритм и программа расчета основных оптических характеристик, определяющих их световозвращающие свойства;

- закономерности изменения оптических и физико-химических свойств исходных компонентов, как в отдельности, так и при различных их сочетаниях и соотношениях в составе наполненных покрытий;

- технологический процесс и комплекс специализированного оборудования для получения наполненных световозвращающих порошковых покрытий электростатическим способом.

Достоверность результатов работы подтверждается большим количеством комплексных и воспроизводимых экспериментальных исследований, использованием стандартных и современных методов средств измерений, а также статистической обработкой полученных экспериментальных данных.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК. Получен патент РФ № 2011135509/05(052703). Подана заявка на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 124 наименований и приложения. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц и 67 рисунков.

Автор выражает благодарность доценту кафедры оптико-электронных систем КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева Пряхину Ю.А. за участие в исследовании оптических свойств покрытий, разработке модели и программы расчета, анализе полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приводится литературный обзор, посвященный анализу современных методов получения полимерных порошковых покрытий. Описы-

ваются основные оптические характеристики полимерных материалов и наполнителей, образующих световозвращающие покрытия.

Во второй главе приведены характеристики объектов и методов комплексного исследования, методики подготовки исходных компонентов и образцов с покрытиями для испытаний, а также статистической обработки полученных экспериментальных данных.

Для получения покрытий были выбраны эпоксидная ПЭП-219, полиэфирная ПЭ-1130У и эпоксиполиэфирная П-ЭП-61 порошковые композиции различных цветов (белый, синий и красный). В качестве наполнителей использовались микросферы на основе неорганического стекла марки К-8 (ГОСТ 3514-76) с дисперсностью 50-150 мкм. В качестве эталонов (рабочих мер) диффузного отражения использовались образцы из комплекта ФО-1 и сертифицированный образец, полученный из Государственного оптического института им. С.И.Вавилова (г. С.- Петербург).

Исследования свойств наполненных покрытий проводились с использованием стандартных методов: определение адгезии (ГОСТ 15140-78), укрыви-стости (ГОСТ 8784-75), твердости (ГОСТ 5233-89), прочности при ударе (ГОСТ 4765-73), внешнего вида (ГОСТ 9.707-84), светостойкости (ГОСТ 9.045-75), стойкости в атмосферных условиях (ГОСТ 6992-68), стойкости в жидких агрессивных средах (ГОСТ 9.083-78). Толщина покрытий измерялась толщиномером SaluTron(R)CombiD3. Для исследования оптических свойств микросфер и покрытий использовались: рефрактометр ИРФ-454БМ, фотометр отражения ФО-1, фотометр фотоэлектрический ФПЧ-1, фотоэлектрический блескомер ФБ-2. Исследования процессов пленкообразования и ряда оптических характеристик наполненных покрытий проводились на специально разработанных установках. Для исследования оптических и физико-химических свойств готовились образцы с покрытиями определенного состава, структуры, толщины и цвета путем нанесения ППК и наполнителей на стеклянные, металлические и фольгирован-ные подложки при различных температурно-временных режимах. Для получения прозрачного защитного слоя использовалась ППК марки В00РЕ. Для сравнения свойств использовались также стандартные образцы со световозвра-щающими пленками.

В третьей главе приведены результаты экспериментально-теоретических исследований по влиянию характеристик и количественного соотношения полимерных порошковых композиций и стеклянных микросфер в структуре покрытой, а также режимных параметров их нанесения и формирования на изменение основных оптических и физико-химических свойств наполненных покрытий. Разработана оптимальная структура многослойных порошковых покрытий, а также модель, методика, алгоритм и программа расчета основных оптических характеристик, определяющих их световозвращающие свойства.

На рисунках 1 и 2 показаны структура и образец световозвращающего покрытия.

Рисунок 1 - Структура наполненного покрытия: 1 - подложка; 2 - основной слой; 3 - микросферы; 4 -прозрачный слой

Рисунок 2 - Образец наполненного световозвращающего порошкового покрытия

Схема отражения падающего луча от поверхности микросферического отражателя представлена на рисунке 3.

В результате проведенных исследований определены: оптические характеристики микросферических отражателей; интегральные и спектральные коэффициенты отражения образцов покрытий различной цветовой гаммы; параметры элементов структуры покрытий: толщина, показатель преломления и коэффициент поглощения; зависимости коэффициента поглощения ППК от температуры формирования покрытий. Исследовано влияние коэффициента отражения подложки на эффективность отражения; определены индикатрисы отражения и рассеяния покрытий при нормальных и различных углах падения освещающего пучка; получены зависимости характеристик отражения от глубины погружения микросфер в покрытие.

В качестве примера на рисунках 4 - 8 представлены экспериментальные данные по изменению комплекса оптических и других характеристик наполненных покрытий.

х

е - угол падения; г' - угол преломления; ф -угол отражения

Рисунок 3 - Схема отражения луча от поверхности микросферического отражателя:

I - падающий пучок; П - отраженный пучок; N - нормаль к поверхности микросферы;

о с

1/1™, 0.8

1/1„

0.4

0,5

20 60 100 140 град

а

20 60 100 140

Рисунок 4 - Нормированные на максимум индикатрисы рассеяния светового потока: I - покрытие белого цвета; б - покрытие красного цвета. Диаметр микросфер 80 мхм

1-4- -А

7 -А / /

-л

к-

160

т;с

! /

/

/ /

V /

/ /

/ У

/ 2 У

/

/

150 160

180

т/с

Рисунок 5 - Изменение глубины погружения наполнителей от температуры. Кривые 1 и 2 соответственно для микросфер диаметром 80 и 120 мкм

Рисунок 6 - Изменение отношения выступающей части микросферы к ее радиусу в зависимости от температуры нагрева ППК. Кривые 1, 2 и 3 - соответственно для полимерных порошковых композиций белого, красного и синего цвета

30 60 90 120 150 180 210 Цмм

Рисунок 7 - Зависимость толщины ело» микросфер от расстояния между соплом распылителя и поверхностью при различных скоростях потока микросфер. Кривые 1, 2, 3 - соответственно при 2,5; 3,5; 4,2 м/сек

ЮО 140 180 Т,°С

Рисунок 8 - Зависимость времени пленкообразования ППК от температуры. Кривые I и 2 - ненаполнен-ная и наполненная полиэфирная композиция

Разработана оптико-физическая модель структуры многослойного наполненного покрытия при многократных отражениях освещающего пучка, позволяющая рассчитывать оптические характеристики при различных углах падения. Основные приближения модели: расчет проводился для одной длины волны, угол падения освещающего пучка близок к нормальному углу, коэффициенты отражения на границах раздела элементов структуры многослойного наполненного покрытия френелевские, индикатриса отражения рассчитывалась в широком диапазоне углов (± 80°), потери излучения в среде учитывались с помощью коэффициента поглощения (рисунок 9).

Рисунок 9 - Направления хода лучей в многослойном световозвращающем покрытии: л,-, V, - показатели преломления и толщины слоев, 8 - угол падения волны на покрытие, б' - угол преломления волны, I, 2 и т.д. -точки преломления и отражения луча на сфере. Для примера показано распространение лучей I и II

Разработана методика, алгоритм и программа расчета основных оптических характеристик наполненных покрытий с использованием математического пакета Math Cad 2001.

На основании проведенных исследований можно сделать заключение, что по световозвращающим свойствам (интегральный коэффициент отражения, максимальная интенсивность отраженного светового пучка, ширина диаграммы отражения) разработанные порошковые покрытия соответствуют или превосходят образцы на основе фольгированных пленок.

Обобщенные экспериментальные данные по оценке комплекса физико-химических свойств наполненных покрытий, полученных по оптимальным режимным параметрам, приведены в таблице.

Фнзнко-хнмическне свойства наполненных покрытий

Показатели Тип ПЛК

ПЭ-ПЗОУ ПЭ-1130У ПЭП-219 ПЭ-ПЗОУ ПЭП-219 ПЭ-ПЗОУ

Цвет покрытия синий желтый красный белый синий красный

Блеск, % 48 51 67 68 61 46

Твердость пленки по ТМЛ (маятник Б), усл.ед. 0,85 0,71 0,79 0,80 0,74 0,86

Прочность покрытия при ударе, кгс-см 50 40 30 40 30 50

Адгезия, балл \ 1 2 I 2 1

Хим. стойкость после контакта в течение 10 мин.: - вода - 3% р-р №С1 -минеральное масло стой к. стоик, стой к стой к. стойк. стоик стойк. стойк. стойк стойк. стойк. стойк стойк стойк стойк стойк. стойк. стойк

Условная светостойкость (блеск, %, внешний вид): - 6 час не измен. не измен. не измен. не измен. не измен. не измен.

-12 час -18 час не измен. незначит, измен, цвета не измен. незиачит. измен, цвета не измен. незначит, измен, цвет не измен. незначит, измен, цвета незнач. измен. не измен. незначит, измен, цвета

Стойкость покрытия к 3% р-ру №С1 (1 час) после воздействия ультрафиолета (б час.) стоик. стойк. стойк. стойк.

Таким образом, обобщая результаты экспериментальных исследований можно отметить, что оптические и физико-химические свойства наполненных полимерных порошковых покрытий изменяются в широких пределах. Характер и интервалы изменения свойств определяются структурой, природой и количественным соотношением исходных компонентов, дисперсностью, равномерностью распределения и глубиной погружения наполнителей, а также режимными параметрами нанесения и формирования покрытий в электростатическом поле высокого напряжения.

В четвертой главе рассмотрены особенности технологического процесса и разработанного специализированного оборудования для получения наполненных покрытий электростатическим способом.

Технологический процесс получения световозвращающих покрытий включает: подготовку поверхности, нанесение ППК для формирования основного (опорного) слоя и его предварительную термообработку, нанесение наполнителей в виде стеклянных микросфер, окончательное формирование наполненных покрытий при оптимальных температурно-временных режимах, нанесение ППК для формирования прозрачного защитного слоя.

Разработанный комплекс специализированного оборудования для реализации технологического процесса состоит из порошкового питателя и распылительного устройства для подачи и нанесения ППК, блока подготовки воздуха, распылительного устройства для нанесения микросфер, системы рекуперации ППК и установки для формирования покрытий. Основными элементами оборудования, определяющими качество покрытий, являются порошковый питатель для подачи ППК к распылительному устройству, распылительное устройство для нанесения микросфер и установка для формирования наполненных покрытий.

Порошковый питатель (рисунок 10) предназначен для дозированной и равномерной подачи частиц ППК к распылительному устройству.

Рисунок 10 - Порошковый питатель

Питатель состоит из камеры псевдоожижения 1, рукавного фильтра 2, эжекторного устройства 3 с отражающим экраном 4, циклона 5 с патрубком 6, плоского фильтра 7, воздушной камеры 8 с конической втулкой 9, пазов 10 на верхнем раструбе патрубка, соединительного шланга 11.

Питатель работает следующим образом. По соединительному шлангу ППК из бункера подается к циклону и через кольцевой зазор загружается в камеру псевдоожижения. Одновременно в камеру из блока подготовки воздуха подается сжатый воздух и образуется восходящий воздушный поток, переводящий в псевдоожиженное состояние порошковую композицию, которая захватывается эжекторным устройством и подается к распылительному устройству.

На рисунке 11 показано распылительное устройство для нанесения заряженных микросферических частиц в электростатическом поле. Устройство состоит из корпуса I, ручки 2, бункера 3 для загрузки микросфер, ствола 4 с встроенным умножителем напряжения 5, канала 6 для подачи частиц и корони-рующего электрода 7, расположенного в выходном патрубке ствола, в котором закреплен распылительный насадок. Насадок представляет собой цилиндрический корпус 8 с коническим участком на выходе, в котором расположен центральный канал 9 с закрытым торцом на выходе, а на входе кольцевой цилиндрический канал 10, переходящий на выходе в кольцевой конический канал 11, образованный цилиндрической втулкой 12 и коническим отражателем 13 с ко-ронирующей иглой 14. На кольцевой поверхности цилиндрической втулки расположены тангенциальные отверстия 15 (сечение А-А), на коническом отражателе выполнены пазы 16 (сечение В-В), а в цилиндрическом корпусе имеется система отверстий 17 для эжектирования воздуха из окружающей среды. На торцевой поверхности центрального канала расположен конический рассекатель 18, вершина которого направлена навстречу потоку частиц наполнителей, а на входе в распылитель канал имеет сужающийся участок 19.

Рисунок 11 - Устройство для нанесения микросферических частиц Распылительное устройство работает следующим образом. Частицы наполнителя из бункера за счет эжектирования воздуха поступают под давлением

Г" "-! 11 10 12 9 В

в канал и попадают в выходной патрубок. Затем по сужающемуся участку центрального канала, частицы, отражаясь от конического рассекателя, поступают в кольцевой цилиндрический канал по тангенциальным отверстиям на кольцевой поверхности цилиндрической втулки и приобретают вращательное движение. В кольцевом коническом канале частицы, соприкасаясь с системой пазов, теряют свою скорость, упорядоченно перемещаются по ним к срезу сопла распылительного насадка. При этом частицы наполнителя заряжаются на коронирую-щей игле и в виде равномерного и устойчивого потока подаются с заданной скоростью на предварительно термообработанный основной слой покрытия. Интервалы режимных параметров нанесения наполнителей менялись в пределах: расход наполнителя 5-50 г/м2, скорость потока частиц 1,5-5,5 м/с, напряжение на электродах распылительной головки 60-90 кВ, давление сжатого воздуха 0,015-0,05 МПа, расстояние между соплом распылителя и подложкой 60-200 мм.

Установка формирования покрытий представляет собой сушильную камеру терморадиационно-конвекционного типа, оснащенную системой вентиляции для удаления летучих продуктов, образующихся в процессе пленкообразо-вания. Конвекционный нагрев для выравнивания температурного поля в рабочем объеме установки осуществляется двумя вентиляторами обдува. Вентиляторы отсасывают воздух из нижней зоны камеры и разгоняют его по каналам вдоль боковых стенок, в которых расположены нагревательные элементы. Двухконтурная автоматическая система управления тепловыми процессами обеспечивает запрограммированный нагрев рабочего объема камеры с заданной скоростью и точностью до ±2°С (рисунок 12).

5 15 30 45 60 '.«и

Таким образом, на основании проведенных комплексных исследований определены оптимальные структура, составы и режимные параметры технологических процессов получения световозвращающих покрытий на основе наполненных полимерных порошковых композиций электростатическим способом с использованием разработанного оборудования.

Рисунок 12 - Изменение скорости подъема температуры в различных зонах рабочей камеры установки формирования наполненных световозвращающих покрытий. Кривые 1 и 2 - соответственно изменение температуры в верхней и нижней зоне рабочей камеры

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Полученные результаты исследований послужили основой для разработки новых световозвращающих покрытий на основе полимерных порошковых композиций, наполненных микросферическими отражателями.

2. Определены закономерности изменения основных оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий. Установлено, что свойства покрытий определяются структурой, природой и количественным соотношением порошковых композиций и микросферических отражателей, равномерностью распределения, дисперсностью и глубиной погружения наполнителей, а также режимными параметрами нанесения и формирования функциональных слоев.

3. Разработаны оптимальные составы наполненных покрытий на основе эпоксидных и полиэфирных порошковых композиций, обеспечивающие заданный уровень эксплуатационных свойств. Показано, что для получения высоких оптических и других физико-химических свойств покрытий содержание микросферических наполнителей должно находиться в пределах 15-25 г/м2 при глубине погружения частиц на 2/3 от их диаметра.

4. Разработана оптимальная структура наполненных световозвращающих покрытий, состоящая из последовательно чередующихся функциональных слоев. Технологический процесс получения многослойных покрытий включает: подготовку поверхности изделия; нанесение ППК для формирования основного (опорного) слоя покрытий с его предварительной термообработкой; нанесение слоя наполнителей в виде микросфер; окончательное пленкообразование основного слоя наполненных покрытий при оптимальных температурно-временных режимах; нанесение защитного прозрачного слоя.

5. Проведен расчет основных оптических свойств микросферических отражателей и наполненных покрытий (показатели преломления, интегральные и спектральные коэффициенты отражения и поглощения, индикатриса отражения и рассеяния) при различных углах падения светового пучка с использованием метода лучевой оптики. Разработана модель, методика, алгоритм и программа расчета оптических характеристик наполненных покрытий с использованием математического пакета Math Cad 2001.

6. Определены оптимальные режимные параметры технологических процессов нанесения и формирования покрытий. Установлено, что оптимальные свойства покрытий реализуются при использовании полиэфирных и полиэфирно-эпоксидных ППК различных цветов и наполнителей в виде микросфер из неорганического стекла марки К8. Оптимальные режимные параметры получения наполненных покрытий толщиной 150-200 мкм находятся в пределах: нанесение ППК для формирования основного слоя и его предварительная термообработка при температуре 110-115°С в течение 10-12 мин; нанесение заряженных частиц наполнителей диаметром 80-100 мкм со скоростью 3,5-4,0 м/с при напряжении 70-80 кВ, давлении сжатого воздуха 0,015-0,025 МПа и расстоянии от среза сопла до подложки 90-150 мм; окончательное пленкообразование основного слоя наполненных покрытий при температуре 175-185°С в течение 10-

15 мин; нанесение ППК для формирования прозрачного защитного слоя толщиной 20-30 мкм.

7. Разработан комплекс специализированного оборудования, состоящий из порошкового питателя и распылительного устройства для равномерной подачи и нанесения ППК, распылительного устройства для нанесения микросферических наполнителей, камеры напыления исходных компонентов, блока подготовки воздуха, системы рекуперации ППК и установки для формирования световозвращающих покрытий. Рассчитаны основные конструктивно-технологические и режимные параметры оборудования, обеспечивающие получение многослойных наполненных покрытий с гарантированными оптическими и физико-химическими свойствами.

8. Показана технико-экономическая и экологическая эффективность разработанных световозвращающих порошковых покрытий, технологических процессов и комплекса специализированного оборудования, которые прошли экспериментально-промышленную апробацию и внедрены на предприятиях машиностроительного и другого профиля с учетом их целевого назначения.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Зверев Э.В. Световозвращающие полимерные порошковые покрытия [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Е.Тукбаев, Э.Р.Галимов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - Санкт-Петербург: Изд-во СПбТТТУ, 2009, №4-2(89). - С. 31-34.

2. Зверев Э.В. Технология нанесения полимерных порошковых покрытий специального назначения [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев, Н.Я.Галимова // Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева. - Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н.Туполева, 2010, №2. - С. 34-36.

Научные статьи и материалы конференций:

3. Зверев Э.В. Некоторые проблемы и пути решения управления тепловыми процессами при формировании покрытий из полимерных порошковых композиций [Текст] / Э.Е.Тукбаев, Э.Р.Галимов, Э.В.Зверев, С.А.Воронцов // Проблемы науки и высшей школы: статья в материалах VII Всероссийской конференции / Санкт-Петербург, 2003. - С. 45-47.

4. Зверев Э.В. Опыт создания производства дорожных знаков со светоотражающим эффектом [Текст] / Э.Е.Тукбаев, Э.Р.Галимов, Э.В.Зверев, С.А.Воронцов, В.Д. Вылегжанин, Ю.И. Сударев И Проблемы науки и высшей школы: статья в материалах VII Всероссийской конференции / Санкт-Петербург, 2003.- С. 15-18.

5. Зверев Э.В. Практика решения некоторых проблем управления тепловыми процессами при формировании покрытий из полимерных порошковых композиций [Текст] / Э.Е.Тукбаев, С.А.Воронцов, Э.В. Зверев // Инновационные технологии в проектировании, производстве и испытаниях изделий машиностроения: статья в материалах Международной НПК / Казань, КНИАТ, 2004. - С. 190-192.

6. Зверев Э.В. Разработка перспективных технологий нанесения порошковых покрытий специального назначения [Текст] /Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов,

Э.Е.Тукбаев, А.Г.Аблясова, С.А.Воронцов // Машиностроение и техносфера XXI века: статья в материалах XI Международной НТК / Донецк: ДонНТУ, 2004.-С. 148-150.

7. Зверев Э.В. Устройство распылительное с встроенным источником высокого напряжения и самоочищающейся насадкой [Текст] / Э.Р. Галимов, Э.Е.Тукбаев, Э.В.Зверев., С.А. Воронцов // Электромеханические и внутрика-мерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: статья в материалах XVI Межвузовской НТК / Казань: КВАКУ, 2004. - С. 31-34.

8. Зверев Э.В. Оптические характеристики световозвращающих покрытий на основе полимерных порошковых композиций [Текст] / Э.Е.Тукбаев, Э.Р. Галимов, С.А. Воронцов, Э.В.Зверев и др. // Электромеханические и внутршса-мерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: статья в материалах XVI Межвузовской НТК / Казань: КВАКУ, 2004 -С. 34 -36.

9. Зверев Э.В. Опыт разработки и внедрения технологии нанесения световозвращающих покрытий на основе атмосферостойких порошковых композиций на информационные дорожные знаки [Текст] / Э.Е. Тукбаев, Э.Р. Галимов, С.А. Воронцов и др. // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: статья в материалах XVI Межвузовской НТК / Казань: КВАКУ, 2004. - С. 36-38.

10. Зверев Э.В. Разработка технологии и оборудования для нанесения композиционных порошковых покрытий специального назначения [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Е.Тукбаев, Э.Р.Галимов, Н.Я.Галимова II Сварщик. Технологии. Производство. Сервис. - Киев: Изд-во КНТУ, 2007, №2. - С. 7-11.

11. Зверев Э.В. Экспериментальное исследование отражения излучения пленкой с микросферами [Текст] / И.Ф. Галин, Э.В.Зверев, Э.Р.Муслимов // XV Туполевские чтения: статья в материалах Международной молодежной НК / Казань: КГТУ им А.Н.Туполева, 2007. - С. 349-350.

12. Зверев Э.В. Разработка методики расчета отражения микросферой в полимерном слое [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Муслимов // XV Туполевские чтения: статья в материалах Международной молодежной НК / Казань: КГТУ им А.Н.Туполева, 2007. - С. 350-351.

13. Зверев Э.В. Оптическая модель световозвращающих покрытий с микросферическими отражателями [Текст] / Ю.М.Беляков, Э.В.Зверев, Ю.А.Пряхин, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2007, №5-6. - С. 129-133.

14. Зверев Э.В. Разработка оборудования и оптимизация технологических процессов получения композиционных порошковых покрытий [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е. Тукбаев, С.А.Воронцов // Композиционные материалы в промышленности: тезисы докладов в материалах XXVI Международной НТК / Киев: ИПП, 2006. - С. 49-51.

15. Зверев Э.В. Разработка технологии нанесения световозвращающих покрытий [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Е. Тукбаев, Э.Р.Галимов, А.Г.Аблясова// Машиностроение и техносфера XXI века: тезисы докладов в материалах XIII Международной НТК / Донецк: ДонНТУ, 2007. - С. 41-42.

16. Зверев Э.В. Оборудование, технология нанесения и эксплуатационные свойства полимерных порошковых покрытий специального назначения [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев, С.А.Воронцов // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: тезисы докладов в материалах XII Международного симпозиума / Москва: МАИ, 2006. -С.46-47.

17. Зверев Э.В. Разработка оборудования и технологии нанесения порошковых полимерных покрытий электростатическим методом [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев, Н.Я.Галимова // Машиностроение и техносфера XXI века: тезисы докладов в материалах XIV Международной НТК / Донецк: ДонНТУ, 2007. - С. 177-178.

18. Зверев Э.В. Исследование отражения излучения покрытия с микросферами [Текст] / Э.В. Зверев, Ю.М. Беляков, И.Ф. Галин, Э.Р. Муслимов, Ю.А. Пряхин // «0птика-2007»: тезисы докладов III Международного форума / Москва: ВВЦ, 2007. - С. 49-52.

19. Зверев Э.В. Световозвращающие покрытия на основе полимерных порошковых композиций и микросферических отражателей [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев, Ю.М.Беляков, Ю.А.Пряхин // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики: статья в материалах Международной НТК / Казань: КГТУ им А.Н.Туполева, 2007. - С. 97-100.

20. Зверев Э.В. Разработка технологии и оборудования для нанесения порошковых покрытий специального назначения [Текст] / Э.В.Зверев, Н.Я.Галимова // Современные техника и технологии: статья в материалах XII Международной НПК / Томск, 2007. - С. 90-92.

21. Зверев Э.В. Технология нанесения световозвращающих покрытий на основе полимерных порошковых композиций [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев // Энергетика 2008, инновации, решения, перспективы: статья в материалах Международной НТК / Казань: КГЭУ, 2008. - С. 18-20.

22. Зверев Э.В. Световозвращающие покрытия на основе полимерных порошковых композиций и микросферических отражателей [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: статья в материалах XX Всероссийской межвузовской НТК / Казань: КВАКУ, 2008. - С. 38-39.

23. Зверев Э.В. Информационные дорожные знаки со световозвращающими покрытиями на основе полимерных порошковых композиций и микросферических отражателей [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Е.Тукбаев, Э.Р.Галимов, С.А.Воронцов, Н.Я.Галимова // Автомобиль и техносфера: тезисы докладов в материалах V Международной НТК / Казань, 2008. - С.249.

24. Зверев Э.В. Исследование оптических характеристик световозвращаю-щих покрытий с микросферами [Текст] / Ю.А.Пряхин, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев, Э.В.Зверев, Э.Р.Муслимов // Прикладная оптика: статья в сборнике трудов VIII Международной конференции / Санкт-Петербург, 2008. - С. 179180.

25. Зверев Э.В. Технология нанесения порошковых покрытий специального назначения [Текст] / Э.В.Зверев, С.А.Воронцов, Э.Е.Тукбаев // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики: статья в материалах Международной НТК / Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2009. - С 341-346.

26. Зверев Э.В. Световозвращающие покрытия на основе наполненных полимерных порошковых композиций [Текст] / Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов, Э.Е.Тукбаев, С.В.Курынцев, Н.Я.Галимова // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики: статья в материалах Международной НТК / Казань: КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева, 2011. - С. 78-82.

27. Патент РФ №2011135509/05(052703). Устройство для нанесения микросферических световозвращающих частиц в электростатическом поле/

Э.Е. Тукбаев, Э.В.Зверев, Э.Р.Галимов. - Опубл. 25.08.2011.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная Печ. л. 1,0. Усл.печ. л. 0,93. Уч.- изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ О 151.

Типография Казанского государственного технического университета 420111, Казань, К.Маркса, 10

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ

ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ.

1.1. Эффективность применения покрытий на основе полимерных порошковых композиций.

1.1.1. Основные типы полимерных порошковых композиций.

1.1.2. Способы подготовки поверхности для нанесения покрытий.

1.1.3. Способы нанесения полимерных порошковых покрытий.

1.1.4. Оборудование для получения порошковых покрытий.

1.2. Оптические свойства полимерных материалов.

1.3. Способы получения световозвращающих покрытий.

Актуальность. Дальнейший прогресс в машиностроении неразрывно связан с совершенствованием традиционных, разработкой и внедрением новых материалов, покрытий и технологий, обеспечивающих необходимые технические свойства, а также надежность и долговечность изделий.

В настоящее время доминирующей тенденцией в технологии производства различных видов покрытий во многих отраслях промышленности, в том числе в машиностроении, является разработка новых составов и высокоэффективных технологий их нанесения. Среди большого разнообразия покрытий особое место по перспективности применения занимают покрытия на основе полимерных порошковых композиций (ППК), которые отвечают современной тенденции развития и представляют технико-экономическую и экологическую альтернативу многим видам покрытий, в том числе на основе жидких лакокрасочных материалов [1 - 3].

В машиностроении ППК находят широкое применение для получения покрытий различного функционального назначения: антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких, оптических, атмосферостойких, защитно-декоративных и т.п. Использование ППК позволяет получать высококачественные покрытия, увеличить надежность и долговечность изделий, резко сократить технологический цикл производства, снизить материально-технические затраты, а также исключить загрязнение окружающей среды органическими растворителями.

Среди покрытий специального назначения важное место занимают световозвращающие покрытия, которые находят практическое применение во многих отраслях промышленности [4 - 7]. В машиностроении они используются в качестве световозвращающих покрытий элементов конструкций специальной техники (кран балок, гидропрессов, мостовых кранов, электрокар, станочного оборудования и т.п.), а также информационных знаков элементов барьерных ограждений и разделительных полос автомагистралей, автодромов и т.п. [8 -10].

Для получения световозвращающих покрытий применяют фольгиро-ванные пленки, основными производителями которых являются фирмы «ЗМ» (США) и «Модэм» (Россия). Однако указанные пленки отличаются сложной технологией получения, сравнительно небольшим сроком службы вследствие снижения их оптических и других технических свойств в условиях воздействия многочисленных факторов в процессе эксплуатации, а также относительно высокой стоимостью.

Широкое применение световозвращающих покрытий на основе выпускаемых отечественной промышленностью ППК сдерживается из-за отсутствия научно обоснованных данных по выбору исходных компонентов и оптимальных составов, структуры, режимов и способов их получения. Особую актуальность в этой связи приобретают исследования, направленные на разработку составов и технологических процессов получения наполненных световозвращающих порошковых покрытий с требуемым комплексом свойств.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка рецептурно-технологических параметров получения новых световозвращающих покрытий с заданными эксплуатационными свойствами на основе наполненных полимерных порошковых композиций.

Достижение цели потребовало решения следующих задач:

- изучить комплекс оптических и физико-химических свойств исходных компонентов, как в отдельности, так и при различных их сочетаниях и соотношениях в составе наполненных многослойных световозвращающих покрытий;

- определить оптимальную структуру наполненных покрытий, обеспечивающую требуемые оптические и физико-химические свойства;

- разработать экспериментальные установки для оценки оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий, а также модель, методику, алгоритм и программу расчета основных оптических характеристик;

- выявить влияние типа и соотношения исходных компонентов, дисперсности, равномерности распределения и глубины погружения наполнителей в виде микросфер, а также режимных параметров нанесения ПЛЕС и наполнителей на изменение эксплуатационных свойств покрытий;

- определить оптимальные составы и режимные параметры технологических процессов нанесения порошковых композиций и микросфер, обеспечивающие требуемые оптические и физико-химические свойства наполненных порошковых покрытий;

- разработать научно обоснованные рекомендации по реализации нового технологического процесса и комплекса оборудования для нанесения наполненных покрытий электростатическим методом;

- апробировать в производственных условиях результаты, полученных экспериментальных исследований. •

Объект исследования: световозвращающие покрытия на основе наполненных полимерных порошковых композиций.

Предмет исследования: наполнители;: микросферические отражатели, полимерные порошковые композиции, покрытия, оптические и физико-химические свойства, технология и оборудование.

Методологической основой при решении проблемы материаловед-ческого и технологического характера является концепция системного подхода, при котором состав, структура и комплекс свойств световозвра-щающих покрытий представлены в виде взаимосвязанной системы дисперсно-наполненных композиционных материалов.

Научная новизна:

- впервые научно обоснована и подтверждена комплексными исследованиями технология получения новых световозвращающих покрытий на основе наполненных полимерных порошковых композиций путем последовательного нанесения и формирования функциональных слоев, обеспечивающих высокие оптические и физико-химические свойства;

- определены закономерности и оптимальные интервалы изменения оптических и физико-химических свойств исходных компонентов, как в отдельности, так и при различных их сочетаниях и соотношениях в составе наполненных покрытий;

- впервые разработаны модель, методика, алгоритм и программа расчета оптических характеристик световозвращающих покрытий, основанные на многократных отражениях лучей в структуре многослойных наполненных покрытий и обеспечивающие требуемые оптические свойства;

- установлены закономерности влияния типа полимерных связующих, количества, дисперсности, равномерности распределения и глубины погружения наполнителей, а также режимных параметров нанесения ППК и наполнителей на изменение эксплуатационных свойств наполненных световозвращающих покрытий.

Практическая значимость:

- разработана новая технология получения световозвращающих покрытий электростатическим способом на основе наполненных полимерных порошковых композиций;

- разработаны экспериментальные установки для оценки оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий, а также методика, алгоритм и программа расчета их оптических характеристик;

- определены оптимальные составы, структура, режимные параметры технологических процессов нанесения и формирования наполненных покрытий с необходимым уровнем эксплуатационных свойств;

- разработан комплекс нестандартного специализированного оборудования для реализации технологического процесса получения наполненных полимерных порошковых покрытий электростатическим способом.

Внедрение результатов исследований. Результаты работы нашли практическое применение при нанесении световозвращающих покрытий на изделия различного, в том числе машиностроительного назначения в ООО «Инженерно - технологический центр «ЛАКОР», ОАО «Кировский завод «Маяк», ФГУП «ГОССМЭП», ООО «Дорожный знак», ОАО «Строительное управление № 915 по строительству автодорог и аэродромов» (г. Киров), ООО «Спецстальмонтаж» (г. Казань).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Проблемы науки и высшей школы», С.-Петербург, 2003^Машиностроение и техносфера XXI века», Донецк, 2004-2009г.г.; «Инновационные технологии в проектировании, производстве и испытаниях изделий машиностроения», Казань, 2004; «Туполевские чтения», Казань, 2007-2011; «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики», Казань, 2007-2011г.г.; «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», Москва, 2006г.; «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, 2004-20Юг.г.; «Композиционные материалы в промышленности», Киев-Ялта, 2006-2009г.г.; «Современные техника и технологии», Томск, 2007г.; «0птика-2007», Москва, 2007; «Автомобиль и техносфера», Казань, 2008г.; «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы», Казань, 2008г.; «Прикладная оптика», С.-Петербург, 2008г.; «Полимеры в строительстве», Казань, 2009г.

Реализация работы. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов и бакалавров по направлению 150600 на кафедре «Материаловедение, сварка и структурообразующие технологии» КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева по дисциплинам «Материаловедение», «Новые материалы и технологии», «Технология материалов и покрытий».

Личный вклад автора. Автором самостоятельно выбраны объекты и методы исследований, разработаны методики, установки, технология и оборудование, получены образцы и проведены экспериментальные исследования, проанализированы, обработаны и обобщены основные результаты исследований, проведена практическая реализация работы.

На защиту выносятся:

- рецептуры и структура наполненных порошковых композиций на основе термореактивных связующих, обеспечивающие требуемые оптические и физико-химические свойства световозвращающих покрытий;

- экспериментальные установки для,исследования оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий, а также модель, методика, алгоритм и программа расчета основных оптических характеристик, определяющих их световозвращающие свойства;

- закономерности изменения оптических и физико-химических свойств исходных компонентов, как в отдельности, так и при различных их сочетаниях и соотношениях в составе наполненных покрытий;

- технологический процесс и комплекс специализированного оборудования для получения наполненных световозвращающих порошковых покрытий электростатическим способом.

Достоверность результатов работы подтверждается большим количеством комплексных и воспроизводимых экспериментальных исследований, использованием стандартных и современных методов и поверенных средств измерений, а также статистической обработкой полученных экспериментальных данных.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 26 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ. Получен патент РФ № 2011135509/05(052703) от 25.08.2011г. Подана заявка на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 124 наименований и приложения. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включает 16 таблицы и 67 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Полученные результаты исследований послужили основой для разработки новых световозвращающих покрытий на основе полимерных порошковых композиций, наполненных микросферическими отражателями.

2. Определены закономерности изменения основных оптических и физико-химических свойств исходных компонентов и наполненных покрытий. Установлено, что свойства покрытий определяются структурой, природой и количественным соотношением порошковых композиций и микросферических отражателей, равномерностью распределения, дисперсностью и глубиной погружения наполнителей, а также режимными параметрами нанесения и формирования функциональных слоев.

3. Разработаны оптимальные составы наполненных покрытий на основе эпоксидных и полиэфирных порошковых композиций, обеспечивающие заданный уровень эксплуатационных свойств. Показано, что для получения высоких оптических и других физико-химических свойств покрытий содержание микросферических наполнителей должно находиться в пределах 15-25 г/м2 при глубине погружения частиц на 2/3 от их диаметра.

4. Разработана оптимальная структура наполненных световозвращающих покрытий, состоящая из последовательно чередующихся функциональных слоев. Технологический процесс получения многослойных покрытий включает: подготовку поверхности изделия; нанесение ПИК для формирования основного (опорного) слоя покрытий с его предварительной термообработкой; нанесение слоя наполнителей в виде микросфер; окончательное пленкообразование основного слоя наполненных покрытий при оптимальных температурно-временных режимах; нанесение защитного прозрачного слоя.

5. Проведен расчет основных оптических свойств микросферических отражателей и наполненных покрытий (показатели преломления, интегральные и спектральные коэффициенты отражения и поглощения, индикатриса отражения и рассеяния) при различных углах падения светового пучка с использованием метода лучевой оптики. Разработана модель, методика, алгоритм и программа расчета оптических характеристик наполненных покрытий с использованием математического пакета Math Cad 2001.

6. Определены оптимальные режимные параметры технологических процессов нанесения и формирования покрытий. Установлено, что оптимальные свойства покрытий реализуются при использовании полиэфирных и полиэфирно-эпоксидных ППК различных цветов и наполнителей в виде микросфер из неорганического стекла марки К8. Оптимальные режимные параметры получения наполненных покрытий толщиной 150 - 200 мкм находятся в пределах: нанесение ППК для формирования основного слоя и его предварительная термообработка при температуре 110 - 115°С в течение 10-12 мин; нанесение заряженных частиц наполнителей диаметром 80

- 100 мкм со скоростью 3,5 - 4,0 м/с при напряжении 70 - 80 кВ, давлении сжатого воздуха 0,015 - 0,025 МПа и расстоянии от среза сопла до подложки 90 - 150 мм; окончательное пленкообразование основного слоя наполненных покрытий при температуре 175 - 185°С в течение 10 - 15 мин; нанесение ППК для формирования прозрачного защитного слоя толщиной 20

- 30 мкм.

7. Разработан комплекс специализированного оборудования, состоящий из порошкового питателя и распылительного устройства для равномерной подачи и нанесения ППК, распылительного устройства для нанесения микросферических наполнителей (патент РФ № 2011135509), камеры напыления исходных компонентов, блока подготовки воздуха, системы рекуперации ППК и установки формирования световозвращающих покрытий. Рассчитаны основные конструктивно-технологические и режимные параметры оборудования, обеспечивающие получение многослойных наполненных покрытий с гарантированными оптическими и физико-химическими свойствами.

8. Показана технико-экономическая и экологическая эффективность разработанных световозвращающих порошковых покрытий, технологических процессов и комплекса специализированного оборудования, которые прошли экспериментально-промышленную апробацию и внедрены на предприятиях машиностроительного и другого профиля с учетом их целевого назначения.

4.3, Заключение

Таким образом, в результате проведенных комплексных исследований разработан технологический процесс и комплекс специализированного оборудования для получения наполненных световозвращающих покрытий электростатическим способом. Определены оптимальные конструктивно-технологические и режимные параметры отдельных модулей, входящих в состав оборудования, обеспечивающие получение наполненных покрытий с гарантированными оптическими и физико-химическими свойствами.

Технологический процесс и комплекс нестандартного оборудования прошли опытную апробацию и внедрены на ряде предприятий, выпускающих продукцию машиностроения и смежных отраслей промышленности. Показана технико-экономическая и экологическая эффективность технологии получения наполненных световозвращающих порошковых покрытий.

1. Любимов Б.В. Специальные защитные покрытия в машиностроении, М.; Машиностроение, 1965г. 356с.

2. Чеботаревский В.В., Кондратов Э.К. Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. М.; Машиностроение, 1978г. 294 с.

3. Денкер И.И. Технология окраски изделий в машиностроении. М.; Высшая школа, 1984г. 288 с.

4. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия в химических производствах. Л.; Химия, 1973г. 336 с.

5. Классификация лакокрасочных материалов и покрытий на их основе по оптическим свойствам. Ж. Лакокрасочные материалы и покрытия, 1979г. №2.

6. Полимерные пленочные материалы оптического назначения. Обзор информации НИИТЭХим, 1988г. (серия Химическая промышленность и переработка пластмасс).

7. Люминесцентные материалы и химические вещества. Каталог НИИТЭХим, 1975г. 204 с.

8. Тищенко Г.П., Тищенко А.П. Светоотражающие покрытия. Ж. Лакокрасочные материалы и покрытия, 1995г. № 5.

9. Любимов Б.В. Специальные защитные покрытия в машиностроении. М.: Машиностроение, 1965г. 324 с.

10. Р. Ламбурн Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика. Пер. с англ. СПб.: Химия, 1991г. - 512 с.

11. Кондрашев Э.К., Владимирский В.Н., Бейдер Э.Я. Эрозионностойкие лакокрасочные материалы. М.;. Химия, 1989г. 136 с.

12. Лакокрасочные покрытия. Под редакцией X. В. Четфилда. Пер. с англ. М.; Химия, 1968г. 640 с.

13. Гоц В.А., Ратников В.Н., Гисин П.Г. Методы окраски промышленных изделий. М.; Химия, 1975г. 264 с.

14. Гоц-В.Л., Ларин A.B. Современное окрасочное оборудование. Методы распыления; Гоц-В.Л., Ларин A.B. Москва: «Пэйнт-Медйа», 2005г. 176 с.

15. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий, Л.; Химия, 1989г.-384с.

16. Мачевская P.A., Мочалова О.С. Подготовка поверхности под окраску. М.; Химия, 1971г. 120 с.

17. Галимов Э Р., Воронцов С.А. Тукбаев Э.Е., Галимова Н.Я. Разработка технологии и оборудования для нанесения полимерных порошковых покрытий электростатико-термогазодинамическим способом; Ж. «Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева», 2010г. №1.

18. Яковлев А.Д. Порошковые краски. Л.; Химия, 1987г. 216 с.

19. Генель С.В., Белый В.А. и др. Применение полимерных материалов в качестве покрытий. М.; Химия, 1968г. 240 с.

20. Яковлев А.Д., Здор В.Ф., Каплан В.И. Порошковые полимерные материалы й покрытия на их основе. Л.; Химия, 1971г. 256 с.

21. Негматов С.С. Технология получения полимерных покрытий. Ташкент: Узбекистан, 1975г. 232 с.

22. Белый В.А., Белый В.А., Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Полимерные покрытия. Минск, Наука и техника, 1976 г. 416 с.

23. Технология и оборудование для нанесения полимерных покрытий в электрическом поле. / Под ред. Верещагина И.П., Котлярова Л.Б;, Морозова B.C. и др. М.; Энергоатомиздат, 1990г. 237 с.

24. Методические рекомендации по. оценке конструктивных и технологических элементов оборудования при нанесении порошковых красок. Под ред. Смелова Е.А., Черкассы, НИИТЭХим, 1980г.

25. Вольберг ВВ., Волков А.Ю. Устройство и эксплуатация оборудования для металлопокрытий и окрашивания. М.; Высшая школа, 1991г. 336 с.

26. Дитчберн Р. Физическая оптика. М.: Наука, 1965г. 637 с.

27. Кизель В.А. Отражение света. М.; Наука, 1973г. 351с.

28. Шишловский A.A. Прикладная физическая оптика М.; Физматиздат, 1961г. -'455 с.

29. Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред. Минск: Наука и Техника, 1969г. 592 с.

30. Апенко М.И., Гвоздева Н.П. Физическая оптика. М.; Машиностроение, 1979г. 216 с.

31. Турыгин И. С. Прикладная оптика. М.; Машиностроение, 1966г. 431 с.

32. Оптико-физические свойства материалов. Научно-технический сборник ВИАМ (Вопросы авиационной науки и техники), 1986г.

33. Долгополов В.И. Светотехнические материалы, М.: Энергия, 1972г. -168 с.

34. Ашкенази Г.И. Цвет в природе и технике. М.: Энергоиздат, 1974г. 87с.

35. Луизов A.B. Физика зрения. М.: Знание, 1976г. 62 с.

36. Эскин В.Е. Рассеяние света растворами полимеров. М.: Наука, 1973г. -351 с.

37. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник. Под ред. А.Н. Шейндлина. М.; Энергия, 1974г.- 472 с.

38. Маскалев В.А. Теоретические основы оптико-физических исследований. Л.: Машиностроение, 1987г. 318 с.

39. Пигменты. Введение в физическую химию пигментов. Под ред. Д. Пат-терсона. Пер. с англ., Л.: Химия, 1971г. 176 с.

40. Агостан Ж. Теория цвета и ее применение в искусстве и дизайне. М.; Мир, 1982г. 182 с.

41. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. Пер. с англ. М.; Мир, 1978г. 592 с.

42. Индейкин Е.А и др. Пигментирование лакокрасочных материалов, Л.; Химия, 1986г. -160 с.

43. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. М.; Химия, 1984г. 592 с.

44. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И. А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Л.; Химия, 1987г. 200 с.

45. Горловский И.А. и др. Лабораторный практикум по химии и технологии пигментов. Л.; Химия, 1978г. 224 с.

46. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия. 1988. 272 с.

47. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.; Химия, 1974г. 416 с.

48. Берлин А.А., Басин Б.Б. Основы адгезии полимеров М.; Химия, 1989г. -270 с.

49. Градус Л .Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. М.; Химия, 1979г. 232 с.

50. Техника высоких напряжений. / Под ред. Разевича Д.В. М.: Энергия, 1976. 488 с.

51. Долин П. А. Справочник по технике безопасности М.; Энергоатомиздат, 1984г. 824 с.

52. Морозов А.М., Канонов И.В. Оптические приборы. М.; Высшая школа, 1987г.-111с.

53. Исследование оптических свойств покрытий на различных подложках. Ж. Лакокрасочные материалы и их применение. 1979г. № 3.

54. Оптический прозрачный лак УР-177. Ж. Лакокрасочные материалы и их применение, 1984г. № 5.

55. Кановская Е.А. Оптимизация рецептур лакокрасочных Пк по светостойкости. Ж. Лакокрасочные материалы и их применение. 1979г. № 5.

56. Карякина МИ. Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий. М.; Химия, 1980г. 216с.

57. Тихомиров В.Б. Полимерные покрытия в атомной технике. М.: Атом-издат, 1965. 276 с.

58. Иванов А.П., Токарев A.C. Исследования диффузного отражения с применением поляризованного света. Ж. Техническая физика. 1956г. Т. 26. Вып. 3.

59. Полянский В.К., Рвачев В.П. К вопросу об отражении света шероховатыми поверхностями. Ж. Оптика и Спектроскопия. Т. 20. Вып. 4.

60. Мачевская P.A., Мочалова О.С. Подготовка поверхности под окраску. М.; Химия, 1971г. -120 с.

61. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск. Наука и техника, 1971г. -288 с.

62. Хаин И.И. Теория и практика; фосфатирования металлов. Л.; Химия, 1973г.-312 с.

63. Денкр И.И., Кулешова И.Д. Защита изделий из алюминия и его сплавов: М.;. Химия, 1985г.- 144 с. ' ,

64. Каневская Е.А., Нестерова Г.А., Якубович С.В: Разработка лабораторных методов светостойкости лакокрасочных покрытий. Лакокрасочные покрытия, М.; Химия, 1972г.

65. Липатов Ю. С. Физико-химия наполненных полимеров. Киев: Наукова думка, 1967г. 233 с.

66. Арцимович Л.А., Лукьянов С.Ю. Движение заряженных частиц в электрических магнитных полях. М.; Наука, 1978г. 224 с.

67. Каневская Е.А.,. Елесаветская И.В., Нестерова Т.Л., Михайловский Ю.Н. Исследование закономерностей разрушения лакокрасочных покрытий под влиянием светового излучения и температуры. Лакокрасочные покрытия. М.; Химия, 1972г.

68. Прогнозирование светостойкости лакокрасочных покрытий в природных условиях: Лакокрасочные покрытия. М.; Химия, 1972г.

69. Дидюков З.С. Лакокрасочные покрытия; М.; Машгиз, 1962 г. 216 с.

70. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворителя для лакокрасочных материалов. СПб, Химиздат, 2003г. 214 с.

71. Мюллер, Альбрехт. Окрашивание полимерных материалов. Пер. с англ. С. В. Бронников. СПб.: Профессия, 2006г. 277 с.

72. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов. СПб.: Профессия, 2005г. 248 с.

73. Полимерные пленки. Под ред. Абдель-Бари Е.М. Пер. с англ. Зайкова Г.Е. СПб.; Профессия, 2005г. 350 с.

74. Стойе Д., Фрейтаг В. Краски, покрытия и растворители. Пер. с англ. Под ред. Э.Ф. Ицко. СПб.: Профессия, 2007г. 528 с.

75. Новицкий Л.А., Степанов Б.М. Оптические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.; Машиностроение, 1980г. 224 с.

76. Мельников Ю.Ф. Светотехнические материалы. М.; Высшая школа, 1976г. -152 с.

77. Кулешова И.Д., Раскин Я.Л. и др. Новая акриловая эмаль с высокой отражательной способностью. Ж. Лакокрасочные материалы и их применение, 1977г. № 4.

78. Авторское свидетельство № 1768031. Обратно отражающий листовой материал и способ его получения.

79. Пат. США № 4663182. Способ получения обратно отражающего листового материала.

80. Пат. США № 2074095. Обратно отражающий листовой материал.

81. Пат. РФ № 2080628. Световозвращающий материал.

82. Пат. РФ № 2036111. Отражательный элемент для дорожного или номерного знака.

83. Пат. РФ № 2065193. Световозвращающий материал для изменяющихся углов падения световых лучей.

84. Пат. РФ № 2065190. Световозвращающий материал (варианты) и способ его получения (варианты).

85. Пат. РФ № 2127747. Пигменты, отражающие оптические излучение с заданной длинноволновой границей и поглощающие излучение с заданной коротковолновой границей или на заданной длине волны.

86. Пат. РФ № 2091825. Световозвращающая разметочная линия.

87. Пат. РФ № 2160913. Световозвращающий лист и изделие, обладающее световозвращающей способностью.

88. Пат. РФ № 2160294. Модификатор для световозвращающих покрытий на основе диоксида циркония.

89. Пат. РФ № 2175589. Способ получения пигмента для световозвращающих покрытий на основе диоксида циркония.

90. Пат. США № 6325515ВА. Ретроотражающее изделие с яркой окраской на основе кубических уголковых ретроотражателей.

91. Пат. Японии № 3221771В2. Лист с кубической структурой отражающей поверхности.

92. Young Т. Miscellaneous Works/ Peacock I.G., ed. London: Murray, 1855, Vol.l.P.418.

93. Neumann A.W., Good R.J. Surface Colloid Techniques. New York: PlenumPress, 1976. Vol.l.

94. Bigelow W.C., Picket! D.L., Zisman W.A. //J. Coll. Sei. 1946. V.l. P.513.

95. Wheeler O.L., Tartar H.V., Lingafelter E.C. // J. Amer. Chem. Soc. 1945. V.67.P.2115.

96. Girifalco L.A., GoodR.J. //J. Phys. Chem. 1957. V.61. P.904.

97. Зверев Э.В., Тукбаев Э.Е., Галимов Э.Р. Световозвращающие полимерные порошковые покрытия. Ж. «Научно-технические ведомости СПбГПУ», Санкт Петербург, 2009г., №4-2(89). - С. 31-34.

98. Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е., Галимова Н.Я. Технология нанесения полимерных порошковых покрытий специального назначения. Ж. «Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева», 2010г., №2. С. 34-36.

99. Зверев Э.В., Тукбаев Э.Е., Галимов Э.Р., и др. Опыт создания производства дорожных знаков со световозвращающим эффектом. Материалы УП Всероссийской конференции по проблемам науки и техники и высшей школы. Санкт Петербург, 2003г. - С.15-18.

100. Зверев Э.В., Воронцов С.А., Тукбаев Э.Е., Галимов Э.Р. Композиционные порошковые покрытия специального назначения. Ж. «Сварщик, технологии, производство, сервис», Киев, 2006г. № 1. С.7-11.

101. ГалимовЭ.Р., Тукбаев Э.Е., Зверев Э.В., Воронцов С.А. Устройство распылительное с встроенным источником высокого напряжения и самоочищающейся насадкой. Материалы XVT Всероссийской межвузовской НТК, Казань, 2004г. С. 31-34.

102. Тукбаев Э.Е., Галимов Э.Р., Воронцов С.А., Зверев Э.В. и др. Оптические характеристики светоотражающих покрытий на основе полимерных порошковых композиций. Материалы XVI Всероссийской межвузовской НТК, Казань, 2004г. С. 34 36.

103. Зверев Э.Б., Муслимов Э.Р. Разработка методики расчета отражения микросферой в полимерном слое. Материалы Международной молодежной НТК, Казань, 2007г. С. 350-351.

104. Беляков Ю.М., Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Пряхин Ю.А., Тукбаев Э.Е. Оптическая модель световозвращателей с микросферическими отражателями. Ж. «Проблемы энергетики», 2007г. № 5.- С. .129-133:

105. Зверев Э.В., Тукбаев Э.Е., Галимов Э.Р., Аблясова А.Г. Разработка технологии нанесения световозвращающих покрытий. Материалы XII Международной НТК, Донецк, 2007г. С. 41-42.

106. Зверев Э.В., Беляков. Ю.М., Галин И.Ф., Муслимов Э.Р:, Пряхин Ю:А. Исследование отражения излучения покрытиях микросферами. Материалы Ш Международного форума, Москва, 2007г. G. 49-52;

107. Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е., Беляков Ю.М., Пряхин Ю.А. Световозвращающие покрытия на основе полимерных порошковых композиций и микросферических отражателей. Материалы Международной НТК, Казань, 2007г. С. 97-100.

108. Зверев Э.В., Галимова Н.Я. Разработка технологии и оборудования для нанесения порошковых покрытий специального, назначения. Материалы ХП Международной НПК, Томск, 2007. С. 90-92.

109. Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е. Технология нанесения свето-возвращающих покрытий на основе полимерных порошковых композиций. Материалы Международной НТК, Казань, 2008г. С.18-20.

110. Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е. Световозвращающие покрытия на основе полимерных порошковых композиций и микросферических отражателей. Материалы XX Всероссийской межвузовской НТК, Казань, 2008г. -С. 38-39.

111. Зверев Э.В., Пряхин Ю.А., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е., Муслимов Э.Р. Исследование оптических характеристик световозвращающих покрытий с микросферами. Материалы VIII Международной конференции, Санкт-Петербург, 2008г. С. 179-180.

112. Зверев Э.В., Воронцов С.А., Тукбаев Э.Е. Технология нанесения порошковых покрытий специального назначения. Материалы Международной НТК, Казань, 2009г. С. 341-346.

113. Галимова Н.Я., Тукбаев Э.Е., Зверев Э.В., Галимов Э.Р. Разработкаоборудования и технологии нанесения полимерных порошковых покрытийjэлектростатическим методом. Сборник трудов XIV Международной НТК, Донецк, 2004г. С. 148-150.

114. Тукбаев Э.Е., Зверев Э.В., Воронцов С.А. Практика решения некоторых проблем управления тепловыми процессами при формировании покрытий из полимерных порошковых композиций. Материалы Международной НПК, Казань, 2004г. С. 190-192.

115. Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е.,. Воронцов С.А. Разработка оборудования и оптимизация технологических процессов получения композиционных порошковых покрытий. Материалы XXVI Международной НТК, Киев, 2006г. С. 49-51

116. Зверев Э.В., Галимов Э.Р., Тукбаев Э.Е., Галимова Н.Я. Разработка оборудования и технологии нанесения порошковых полимерных покрытий электростатическим методом Материалы XIV Международной НТК, Донецк, 2007г. С. 177-178.

117. Тукбаев Э.Е., Зверев Э.В., Галимов Э.Р. Устройство для нанесения микросферических световозвращающих частиц в электростатическом поле. Патент РФ № 2011135509 от 25.08.2011г.