автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Защита деталей оборудования хлебопекарного и кондитерского производств антиадгезионными покрытиями на основе фторопласта-4МБ

РГ6 од

С У

На правах руколиск УДК: 664.65.05.018:620.179.4 (043.3)

МАКАРОВА Валентина Сергеевна

ЗАЩИТА ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ХЛЕБОПЕКАРНОГО И КОНДИТЕРСКОГО ПРОИЗВОДСТВ АНТИАДГЕЗИОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ НА ОСНОВЕ ФТ0Р0ПЛАСТА-4МБ

Специальность 05.02. Машины и агрегаты (пищевая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре «Технология металлов й пищевого машиностроения» Московского .государственного университета пищевых производств.

Научный (руководитель: доктор физико-математических наук, профессор ЧАВЧАНИДЗЕ А. Ш,

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор МАЧИХИН С. А.,

доктор химических наук, профессор РАКОЧ А. Г.

Ведущая организация: Московское Научно-производственное объединение «ХЛЕБПРОМ»

Защита состоится ......5--» ......Си................ 1998 г. на

заседании Диссертационного совета /К.063.51.07 Московского государственного университета пищевых 'производств ,по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.

С диссертацией ¡можно ознакомиться в библиотеке МГУПП. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заваренных печатью учреждения, .просим направлять в .адрес Ученого совета университета.

Автореферат разослан « ^. » ....................... 1998 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент И.М.САВИНА

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Современное технологическое оборудование для производства хлебопекарных и кондитерских изделий представляет собой совокупность разнообразных машин и механизмов, детали которых контактируют с пищевыми средами. Серьезной проблемой является предотвращение адгезии перерабатываемых полуфабрикатов к поверхности деталей технологического оборудования,. Вследствие налипания пищевого продукта на рабочие органы машин ухудшается товарный вид хлебопекарных и кондитерски < изделий, увеличиваются производственные отходы и снижается работоспособность оборудования. В настоящее время применяют различные способы защиты поверхности деталей, соприкасающихся с пищевыми средами, в ток числе антиадгезионные полимерные покрытия, на основе фторопласта-4МБ. Применение фторопластовых покрытий с наполнителями и промежуточными слоями обеспечивает улучшение товарного вида хлебобулочных и кондитерских изделий, экономию продовольственного сырья и сокращение производственных затрат на ремонт и восстановление рабочих органов технологического оборудования.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы ЯВЛЯСТСЯ 38 щита деталей оборудования хлебопекарная» и кондитерского производств от адгезии тестовых и кондитерских масс путем формирования, антиадгезионных покрытий на основе полимерных материалов.

Исходя из поставленной цели были решены основные задачи исследований:

1. Осуществлен выбор объектов антиадгезионной защиты, определен перечень деталей и материалов, наиболее подверженных адгезионному воздействию пищевых сред н выбран электростатический способ формирования антиадгезионных п ол и м ерн ы х п о кр ы т:и й.

2. Проведена систематизация данных по ,адгезии тестовых и юоиди терских масс относительно 'конструкционных 'Материалов, иагюльзуомых для изготовления деталей оборудования хлебопекарного и .кондитерского производств и выбран фторолласт-4 (Ф-4МБ) в качестве основы антиадгезионных покрытий.

3. Обоснован -выбор наполнителя, обеспечивающего наибольшее ^приближение Бклр на,полненной композиции -к основе, и разработаны пршщииы выбора химического состава промежуточных слоев, .позволяющих .получить наилучшее согласование свойств фторопластового покрытия «и металлической основы,.

4. Разработаны технология нанесения фторопластовых покрытий -на ,основе Ф-4МБ ¡и а;нтиадгез,ионных жшпозищий с -промежуточными слогами для защиты от адгезии деталей оборудования ¡хлебопекарного, кондитерского производств и технология формирования противообледенительных фторопластовых покрытий с солевым налолмитежм для защиты от обледенения теплообменников охлаждающих камер холодильного оборудования кондитерского производства.

5. По результатам производственных испытаний проведена оценка эффективности разработанных технологий формирования антиадгезионных покрытий на основе фтороплас-та-4МБ и противообледенительных композиций применительно к деталям технологического оборудования .предприятий хлебопекарной и кондитерской промышленности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

— 'систематизированы данные по адгезии тестовых и кондитерских масс; относительно конструкционных материалов, используемых для изготовления, деталей оборудования хлебопекарного и кондитерского производств, нуждающихся в антиадгезионной защите;

— выявлены закономерности изменения соотношения аморфной и кристаллической фаз фторопласта-4МБ и покрытий на его основе в зависимости от температуры и продолжительности »а,грев а;

— для защитных композиций на основе фторопласта-4МБ, включающие промежуточные слои и наполнители, установлены новые свойства: — антиадгезионные в условиях термоциклирования; — противообледеннтельные в условиях инееобразования.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанный способ формирования фторопластовых покрытий рекомендован для защиты от адгезии деталей хлебопекарного и кондитерского оборудования, предназначенного для выпечки хлебобулочных изделий, отсадки мармеладных масс и восточных ела-

достей, для рабочих органов тестодел ительных машин, гильотинных ножей для резки конфетных жгутов, для поддонов, предназначенных для сушки пастилы, для защиты от обледенения теплообменников охлаждающих камер холодильного оборудования. Данный способ формирования фторопластовых антиадгезионных и противообледенительных покрытий позволяет обеспечить улучшение качества кондитерских изделий, экономию пищевого сырья, снижение возвратных потерь и сокращение продовольственных затрат на ремонт и восстановление рабочих органов технологического оборудования, уменьшить образование наледи на испарителе и увеличить продолжительность периода работы воздухоохладителя между оттаиванием.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. По основным результатам диссертационной работы, опубликовано 2 статьи, сделаны 2 сообщения на Всесоюзной научной конференции в 1984 г. (Москва), 2 сообщения на конференции молодых ученых ч 1986 г. (Москва), 1 сообщение на Всесоюзном семинаре «Технология и опыт применения порошковых полимерных покрытий» (г. Пенза, 1986 г., 2 сообщения на научной конференции в 1991 г. (Москва), сообщение на Всесоюзной научно-технической конференции в 1991 г. (Ленинград), сообщение на Международной научной конференции в 1995 г. (Россия, Москва).

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 4 глав, -общих выводов, описка попользованной литературы из Ы2 наименее амий и приложения. Основное содержание работы ■ изложено на 163 страницах, содержит 22 таблицы и 45 рисунков.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ. В этой части работы доказана актуальность темы, направленной на разработку -наиболее эффективных способов защиты от адгезии хлебодакарных и кондитерских масс к деталям рабочих органов хлебопекарного и кондитерского ¡производств; от образования наледи на испарителе теплообменников охлаждающих камер холодильного оборудования; сформулированы цель и задачи исследований.

ПЕРВАЯ ГЛАВА. Праведен анализ литературных данных и обобщение производственного опыта эксплуатации технологического оборудования хлебопекарного и кондитерского ¡производств и выделены основные детали, наиболее ■подверженные адгезии тестовых, кондитерских (мармелад, •пастила, восточные сладости) и конфетных ¡масс.

Сопоставительный анализ способов нанесения полимерных покрытий позволил установить, что наиболее технологичным является напыление порошков полимеров в электростатическом поле. Приведены стандартные методики определения адгезионной прочности полимерных покрытий к металлической основе, адгезии пищевых масс к полимерным и металлическим материалам; усоверщенетваванная методика исследования атомно-молекулярного строения полимерных материалов и покрытий, основанная на измерении интенсивности диффузного рассеяния рентгеновских лучей.

Известно, что с понижением температуры возрастает адгезия льда к конструкционным материалам. При этом для металлов был отмечен линейный характер роста и сама зависимость была более сильной, чем для полимеров. Одним из факторов, снижающих адгезию льда к полимерам является соленость конденсата, образующего иней. С увеличением солености адгезия льда к полимеру (уменьшается. Для понижения интенсивности процесса инееобразования и уменьшения адгезии льда к поверхности теллообменных аппаратов целесообразно попользовать композит на основе фторопластового покрытия с солевым наполните лам.

ВТОРАЯ ГЛАВА. Для выбора средств антиадгезионной защиты систематизировали данные по адгезии тестовых н кондитерских масс относительно конструкционных материалов, используемых для изготовление деталей оборудования хлебопекарного и кондитерского производств, табл. 1 и табл. 2 и рекомендовали фторопластам,Б в ха .сстве основы антиадгезионных покрытий.

Для изучения структуры выбранных полимерных материалов, покрытий и исследования влияния на нее темпера-турно-временных режимов нагрева применили рентгеноди-фракционный метод. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей позволило определить аморфно-кристаллическую структуру фторопласта-4МБ в исходном состоянии с низкой степенью кристалличности, незначительное повышение доли

кристаллической фазы при оплавлении порошка фторопласта. Выявили закономерности соотношения аморфной и кристаллической фаз фторопласта-4МБ и покрытий на его основе в зависимости от температуры и продолжительности нагрева. Основные характеристики диффузного рассеяния рентгеновских лучей и режимы термической обработки приведены в табл. 3.

На рис. 1, 2 и 3 приведены дифракционные кривые объектов исследования, из которых видно, что фтороплас.т-4МБ в исходном состоянии имеет аморфно-кристаллическую структуру с низкой степенью кристалличности, причем оплавление порошка Ф-4МБ незначительно повышает долю кристаллической фазы; изменение температуры нагрева глюминиевых образцов с оплавленным фторопластовым покрытием от 100 до 250°С и продолжительности нагрева от 1-го до 40 ч увеличивает долю аморфной фазы по сравнению с кристаллической в структуре фторопласта-4МБ, что может повысить термостабильность фторопластовых покрытия в условиях эксплуатации.

— » -

6500 5503

С200

3

3 (003

л * 900

и

Г 800

X та

£ 1. X т

ж ао

т

300

аю

«о

о ¡0 го 30 Ю 50 б&~ 70 Й 90 ¡00 Рис. ГЛгф'13кронные кривые порошка <Ьторопластв-4МБ (I) X ¿тероаластовсго покрытия ♦-4МБ И).

И 20 30 40 50 60 М §0 ¡3 100 1^0 2в-,г'рал РисЗ. Ди.1ракционние кривые алюминиевых оОраэиов о фгоропластЬвыи аокрыткеи Ф-4УЕ ори теше'рагуре 250°С в течение 1ч (I) И 250ЬС в течение 40 ч (2)

-и-

Адгезионное напряжение (Сад, кПа) хлебопекарных сред к конструкционным материалам

а

—^^ Пищевая среда §

5 2 К >• 2 > а> о я сг ч

№ 5 го к у с> я - »н л «а п о я к Ег о о в я к 0 О. 03 в о « <У в § кПа

Конструкционный ^^^^ о о а о 03 о 5 н ^ о Щ та 0. О. К та я со а о. к и £ 1 о \о и о о н 5 о |

материал Н о- ¿> э б! с Э о ё И \о а; Н * си Н Н V

1 1 г. 3 4 0 в 7 8 9 ■ 0

(О 1 1- Углеродистая сталь «¡СтЗ» об ыкнов ен нога ка ч асша 15 15 20 19 18

2. Качественная углеродистая Сталь 45 17 17

3. Ко'рр оз и он носто йкая (нор жав ею щая) сталь 12Х18Н9Т 17 17 18 18 17

4. Чупун С432 (шлифованный) 13 10 13 16 13

5. Алгаминиевож^езистая бронза Б)р АЖ 9-4 16 17 11 1в 10 12 8 13

6. Силумин АЛ4 (шушов 14 18 19 19 17

юр ем нистоал юм иниев ый)

7. Жасть белая (луженая 18 18 20 21 19

углеродистая сталь) 12 15

8. Полиэтилен (продукт полимеризации 16 17 5 9 12

непредельного углеводорода

этилена) ПЗВД 9. Полипропилен (полимер ¡пропилена)

10. Винипласт (поливинялхла'рнд до 1С°/с пластификатор а)

11. Фт10(рсюласт-4 (¡полимер тетрафтюр этилена)

12. [Полистирол (полимер стирола) -13. Аминспдаст-марки А (полимер на

основе аминоальдегидных смол) 14. Полиэтиленовая пленка марки А I 15. Органическое стеклю (полимер 5 меикшв'сипо эфира ¡мети юр иловой кислоты)

I 16. Гетй'накс листовой (слоистый /пластик)

17. Кремний органический жидкость ГКЖ94

18. Эмаль ЗЛ-51 (нитроэиоксидная эмаль)

19. Лак БФ-2 (на основе

ф ен ол оформал ьдегидно й смол ы)

20. Лак 3-30-59 (ФЛ-559 злоксифшолыный лак)

21. Лак ХС-76 (сополимерно-винилхлоридный химически стойкий)

21'. Лак-71 (на основе

бутилфенолоформальдегидной смолы) 23. Дерматин

Продолжение таблицы 1.

3 н 5 6 7 Я 9 10

15 11 19 16 15

17 14 20 15 16

12 10 Ы' М 7 7 10 10

12 15 21 17 16

16 16 20 23 19

16 16 20 23 19

16 15 17 20 9 10 14

14 16 17 22 17

11 8 13 10 10

16 13 18 4 13

16 13 17 19 16

17 13 19 18 17

17 12 18 15 15

15 13 Ш 24 18

10 19 9 13

Адгезионное напряжение((5йп кПа) кондитерских сред к конструкционным материалам

—Кондтерская среда Конфетные массы Яблочный ма рме-л а д Адгези-

Конструкционный материал —^___ Слайо- МОЛОЧ II. помада „Космические" „Русс кий узор" 11астнль- пач масса онная ГфчЧ-НОСТЬ, видПг

1. Углеродистая сталь ■обыкновенного качества СтЗ 5,34 2,0 1,9 2,25 1,77 2,7

2. Сталь хромированная г. Стапь не|>жлб«оч« Ц. Бронзы: Марганцевая АМц9-2 Алюмшшевожелези.стая БрАЖ 3-5 5,36 4,18 1,9 2,3 5,36 1,9 4,18 2,3

Деформируемый алюминиевый сплав (дуралюмин) Д1 Литейный сплав (силумин) АЛ-1 4,0 1,8 2,15 2,3 2,8 1,62 3,0 1,9

6. Фторопласт-4 1,62 1,3 1,5 1,92 1,45 1,6

7. Винипласт 1,6 1,8 2,09 1,5 1,7

Полиэтилен 2,14 1,81 2,0

Влияние термообработки фторопластовых покрытий на характеристики диффузного рассеяния рентгеновских лучей

№/п

Материал основы и покрытия, темлературно-временные режимы нагрева покрытий

Угол рас-ссяния2до' град.

Интенсивность диффузного рассеяния Змах, отн. ед.

1. Порошок фтороплас;та-4МБ дисперсностью 50-200 мкм 22 6500

2. Покрытие Ф-4МБ 22 5473

3. Покрытие Ф-4МБ ■1=250ЯС, Т=-1 ч 22 4248

4. Покрытие Ф-4МБ £=250°С, Т=40 ч 22,5 11728

5. Покрытие Ф-4МБ ¿ = 100°С, Ъ=Л ч 22 3730

Существенная разность значений тклр конструкционного материала и фторопласта-4МБ (примерно на порядок), приводит к необходимости введения наполнителей с малой величиной тклр в полимер. Для выбора химического состава и количества наполнителей следует проанализировать их влияние на тклр наполненной композиции на основе Ф-4Мо. Для уменьшения напряжений согласование свойств полимерного покрытия металлической детали сводится прежде всего к максимальному сближению значений тклр металла и полимера. При их равенстве температурные напряжения в покрытии и металле не возникают. Для исключения возможности появления температурных напряжений стремятся сохранить незначительную разность температурных коэффициентов линейного расширения металла и полимерного покрытия с наполнителем. Как видно из табл. 4, наибольшая разность ^-^н [соответствует нитриду бора, чем обуславливает выбор данного наполнителя, обеспечивающего наибольшее приближение тклр наполненной композиции к металлу основе.

Другим способом согласования физико-химических двойств фторопластового покрытия и металла основы является, создание промежуточных слоев. Разработаны основ- 12 —

ные принципы выбора химического состава материала промежуточного слоя, его строения, технологии формирования и термической обработки. Химический состав и структура промежуточных слоев оказывает существенное влияние на прочность сцепления полимерных покрытий с основой. Особенно важное значение имеет прочность сцепления фторопластовых покрытий, работающих в условиях контактного взаимодействия и адгезии пищевых масс при циклическом изменении температуры. Термические напряжения на границе «полимер-металл» возрастают с увеличением разности их тклр, поэтому необходимо обеспечить снижение разности тклр в результате формирования промежуточного слоя. Разработаны основные принципы выбора химических элементов промежуточного слоя между полимерным покрытием и металлом основы, позволяющие установить вид легирующих элементов промежуточного слоя, обеспечивающих наилучшее согласование свойств покрытии на основе фтюрошгаста-4МБ и сплавов па основе алюминия, используемых для изготовления хлебопекарных форм, форм для отливки восточных сладостен. Чтобы уменьшить количество анализируемых химических элементов используем тот факт, что в качество основных легирующих элемента алюминиевых сплавов применяют Сн, М°'. Ми и 2п . Среди перечисленных выше логппующих элементов только М§' и Zn повышают тклр, а средн. оставшихся элементов, уменьшающих тклр, Си менее значительно понижает тклр. Изучение раствори-

Таблина 4.

Влияние наполнителей на тклр фторопласта-4МБ

^■^Наполнитель Бронза, 1 Нитрид •«масгчгжязимкмеаььг Карбид Карбид

Разность*»«^^ БрОЦС- бора. бора, кремния,

тклр 4-4-4 I ЬМ 1 В4С Б1С

10-«

град"' 81,9 98,9 95,5 97,5

мости химических элементов Си, Б!, Мп, 7м в А1

позволило установить, что Мп и 1п имеют растворимость на порядок превышающую пределы растворимости остальных легирующих элементов в А1. Исследование диффузион-

ных характеристик Си, Мр, Мп, Б1, 7.п в А1 показало, что меньшой энергией активации в процессе диффузии обладают и 1п. Эти данные соответствуют экспериментальным закономерностям взаимосвязи энергии активации диффузии и температуры плавления и, соответственно, наиболее низкой энергии активации диффузии. Сопоставление данных об одновременном влиянии легирующих элементов на температурный коэффициент линейного расширения, растворимость и диффузионные характеристики позволяет сделать вывод о том, что в химический состав промежуточного слоя обязательно должен входить Zп. Работоспособность защитной композиции «алюминиевый сплав — промежуточный слой — покрытие на основе фторопласта-4МБ» при циклическом изменении температуры, имеющим ¡место в технологическом процессе изготовления хлебобулочных и кондитерских изделий, тесно связана с термическими напряжениями в ней. При прочих равных условиях должно быть обращено внимание на критерий Био. Термические напряжения уменьшаются при снижении критерия Био, что достигается, при определенных заданных конфигураций* и геометрических размерах и материале для изготовления детален и рабочих органов, увеличением теплопроводности промежуточного слоя. Среди конструкционных материалов, которые могут использоваться как компоненты промежуточного слоя Си имеет наивысшее значение теплопроводности, а Ъп обладает коэффициентом теплопроводности примерно в три раза меньший,чем У меди, и в два раза большим,чем у кремния и марганца. Следовательно, по химическому составу промежуточный слой между алюминиевым сплавом и покрытием из фторопласта-4МБ должен представлять сплав2п и Си, т.е. — латунь. Для деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов, нанесение промежуточного слоя осуществляется путем плазменного напыления латуни, термическая обработка приводит к образованию диффузионной зоны со структурой твердых растворов цинка и меди в алюминии, увеличивающей адгезию промежуточного слоя к основе. При напылении фторопласта-4МБ в электростатическом поле происходит заполнение микронеровностей ППН, обеспечивающее повышение прочности сцепления полимерных покрытий и надежную антиадгезионную защиту деталей оборудования хлебопекарного и кондитерского производства.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА. Объекты анииадгезионной защиты оборудования хлебопекарного производства, к которым относятся нагнетательные лоршни тестоделнтельных машин, формы и противни для вьшечкн хлеба и .мелкоштучных хлебобулочных изделий, эксплуатируются в условиях циклического изменения температуры и механических нагрузок. Нагнетательные поршни тестоделительных машин работают при циклическом изменении внешних механических нагрузок без термоциклаз. Для этих усло;вий целесообразно попользовать полимерное покрытие на основе фтороталаста-ФМБ. Одним из основных факторов, определяющих ¡процесс формирования покрытия, ;в частности пленкообразозанпя, и его физико-химические свойства является температура »п^а-влення. Зависимость адгезионной прочности покрытия от температуры пленкообразования представлена на риг. 4. Максимальная адгезия покрытия обеспечивается при температуре 350-360°С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к резкому снижению прочности адгезионной связи. Изменение температуры приводит к изменению соотношения количества аморфной и кристаллической фаз полимера. Так как три контакте тестовых заготовок с нагнетательными поршнями наблюдается их трение о поверхность, то полимерное покрытие, обеспечивающее аптнадгезнонпую защиту, должно также обладать повышенной твердостью, которая оценивается числами мпкротзерлостн. На рис. 5 ¡представлена зависимость микропвсрдостн трехслойного покрытия фторолласта-4МБ от темп е р а тур ы ил е нкоо бр а зов ания.

Формы и противнп для выпечки 'хлебобулочных изделий работают :в условиях термомеханоциклированпя, поэтому на поверхности деталей необходимо формировать аптаадгезион-ное (покрытие на основе фтэрстаста^МБ с промежуточны-мп слоями на основе латуни, повышающими термическую стабильность при термоциклирозашш. Латунь должна обеспечивать снижение -уровня термических напряжений. Для оценки влияния промежуточного слоя из латуни Л63 на термические на пряжения, возникающие на фазовых границах в защитной композиции при термоцпклировании, проведены расчеты, результаты которых представлены в табл. 5. Из табл. 5 видно, что при формировании фторопластового покрытия на AI (безскслдноп пленки) термические напряжения в .алюминии в 150 раз больше, чем во фторО|Лласте-4МБ. Наличие оксидной пленки АЬОз, всегда [присутствующей на

Тепловые и упругие свойства материалов, составляющих защитные композиции на алюминиевых сплавах, и отношение термических напряжений на фазовых границах

Тепловые и упругие свойства Тем-ный коэф-т линейного расширения, 1 1/ГС Модуль упругости, Е ГПа Защитная композиция Отношение термических напряжений на фазовых границах

материал

Алюминиевый АД1-М- «АД 1-М-Ф-4МБ» сплав АД 1-М 23,8 71 -Ф-4МБ (оТ /рг =150

Оксид

алюминия

А-ЬОз

«;АД1-М-АЬ03 «АЬО*-Ф-4МБ»

АД1 М-334 АЬ03-

-Ф-4МБ ^ г-'

б;

<Лр_

1нс

Латунь Л63

Фторопласт Ф-4МБ

20,6

100 АД1 М-

-Л63--Ф-4МБ

«АДЬМ- «Л6Й--Л63» -Ф-4МБ»

145,0

0,6

ЛбЬ

£

■р-чнб

0

<о0э,МПа

НО

т

№

9070 ■

. о

' -520 330 340 350 360 370

¿¿и темперотура. ± ,°С

-'Влияние те?шературы пленкообразования на адгезию фторопласта-4МБ к металлу

V 3,93,? ■ 3?..

320 330 3^0 350 360 3?0 330

температура,

Рис. 5. ■ Влияние температуры пленкообразования н?. . шкротвердосгь покрытия

1 - охлаждение со скоростью 0,03°С/с;

2 - охлаждение со скоростью 0,£°С/с.

алюминии и увеличивающейся -при оплавлении фторопластового порошка, приводит к отличию термических на,пряжений о полимерном покрытии и & АЬОз примерно в 6С0 раз. Одновременно с этим термические напряжения в АЬОз больше ш 9 раз по сравнению с напряжениями в алюминии. Формирование промежуточного слоя латуни Л63 между фторопластовым покрытием и алюминием позволяет снизить в 3 раза уровень термических напряжений во фторопластовом покрытии и промежуточном слое, а также уменьшить приблизительно в 2 раза термические -напряжения [вблизи границы алюминий-промежуточный слой.

Для -сделки влияния промежуточных -слоев из латуни Л-63 на термические напряжения, возникающие на фазовых границах -в защитной композиция «сталь-латунь-фторопласт-4МБ» при терм-оциклированин, проведены расчеты, результаты которых представлены в табл. 6. В качестве материала промежуточного слоя между углеродистой сталью и фторопластовым покрытием представляет целесообразным использовать ферросилиций ( Pe-Si ), тепловые и упругие свойства которого представлены в табл. 6. Формирование промежуточного слоя на основе ферросилиция приводит .к увели lejmio термических напряжений на границе «Сталь-20- Fe-bi » по сравнению с фазовой границей «Сталь-20-Л63», но при этом более чем в 21 раза уменьшаются термические напряжения на границе « Pe-Si -Ф-4МБ» по сравнению с латунью и более чем в 4 раза уменьшаются .напряжения по сравнению с фазовой границей «Сталь 20-Ф-4МБ» без 'промежуточного слоя. Выбор ферросилиция в качестве материала промежуточного слоя обусловлен достаточно пысокой растворимостью кремния в железе, широким диапазоном твердости ,в зависимости от содержания кремния, высокой диффузионной подвижностью кремния в железе, доступностью и технологичностью.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА. Для антп-адгезиошгой защиты форм для отливки мармелада, решет для сушки пастилы и форм для заливки восточных сладостей использовалась разработанная ранее технология нанесения .порошка фторопласта-4МБ с последующим сплавлением при температуре 350°С в течение 3-5 часов. Так как мармелад, пастила и восточные сладости обладают более высокой адгезией к алюминиевым формам, по сравнению с тестом, то в порошкообразный фторопласт добавили наполнитель на основе нитрида бора,

Производственные испытания форм для отливки мармелада «Яблочный», /позволили установить, что за счет применения антиадгезионных покрытий на основе фтор они аста-4Л1Б значительно уменьшается адгезия мармелада к формам, снижаются возвратные отходы на 20%, улучшается товарный вид продукции, ¡повышаются саиптарно-гипиеняческие условия работ технологического оборудования. Результаты производственных испытаний решет для сушки .пастилы показали значительное уменьшение адгезии пастилы, за счет применения покрытий из фторопласта-4М)Б. Производственные испытания партии форм для заливки щербета «Нежный» с ант.и-адгезионным покрытием из фторопласта-4М,Б позволили осуществить экономию растительного масла, улучшить эстетический вид изделий и снизить производственный ,брак вследствие беспрепятственного выхода кондитерских изделий из форм. Технология на несения адгезионных покрытий может быть рекомендована для широкого промышленного внедрения, применительно к технологическому оборудованию для производства мармелада, пастилы и восточных сладостей.

Для производства конфет и других шоколадных изделий составной частью технологического оборудования являются охлаждающие камеры непрерывного действия, в которых происходит рост кристаллов какао-масла: морозильные камеры или холодильные шкафы для охлаждения мармеладных изделий ¡в условиях конвейерного производства: в камерах для конфет пралине кристаллизуется какао-масло или другой твердый жир. Образование снежного покрова на стенках морозильных камер приводит к нарушению теплообмена и дополнительным расходам водоресуроав и электроэнергии. Поэтому представляется целесообразным использование фторо1пласта-4МБ с солевым наполнителем для формирования противооблсденителыных комбинированных покрытий. Использование в качестве наполнителя хлорида натрия обусловлено тем, что присутствие растворенного вещества понижает температуру замерзания растворителя и тем сильнее, чем концентрированнее раствор. Меньше всего нарост снеговой шубы на образцах с покрытием из фторо-1П.ласта-4МБ с наполнителем 15мае.0/« !\таС1 , рис. 6. Анализ результатов испытаний показал, что алюминиевые образцы покрываются инеем в 2 раза интенсивнее, чем с ¡покрытием из Ф-4МБ с N301 . Наиболее интенсивное образование

600 ---

500

400 -

« а>

§ 200

100

300 -

100 150 2001 250 300

Время испытаний t , ч. -¡

350 400

Рис.• б. Зависимость обледенения образцов от времени выдержки в морозильной камесе. ;

в - ЛД1-М ; ,

С - ЛД1-М + (Ф-4МБ + 5 toac. $A/afj ) О - АД-М + Ф-4МБ •«! . Е - АДХ-М + (Ф-4МБ + 10 мас.^А/aCf ) G - АД1-М + ('ТХ-4МБ + I5! №c.%»fac( !; р - АД1-М + (Ф-4МБ + 20 мап.% fací)'.

Тепловые и упругие свойства материалов, составляющих защитные композиции на углеродистых сталях, и отношение термических напряжений на фазовых границах

Тепловые и упругие

материал

Температурный коэффициент линейного расширения,

«Ь

10-6 1/ос

Л о ЧОП

SaU

Защитная композиция

Отношение термических напряжений на фазовых границах

Угшародистая сталь 11,7

Сталь 20

210

Сталь 20-Ф-4МБ

Сталь 20-Ф-4МБ

Латунь 20,6 Л 63

100

Сталь 20

Л63-

-Ф-4МБ

Сталь 20-

Л63( Л63-Ф-4МБ %

Ферроси- 12,6 лиций

Fe-Si

50 Сталь 20- Сталь 20-

Fe-Si- Fe-Si, Fe-Si -Ф-4МБ -Ф-4МБ

Üo

Gn 1 %

снежного покрова у всех исследованных материалов и покрытий происходит при времени иопытаний^от 200 до 250 ч. Математическая обработка результатов эксперимента проведенная по методу наименьших ¡квадратов позволила установить, что ¡между изменением массы Дю образцов и временам испытаний существует зависимость вида: Лт = А0 + А, + А,Та , где Ао, А1 и Аг — коэффициенты уравнения регрессии.

Так как соль обладает способностью растворяться в воде, были проведены -испытания на растворимость соли, содержащейся в качестве наполнителя фторопластового покрытия, в воде. В интервале концентрации 1\аС1

от 0 до 20 мае. % поваренная соль нз фторопластового покрытия вымывается незначительно (сотая доля процента).

Общие выводы и рекомендации

1. Анализ литературных данных и обобщение производственного опыта эксплуатации технологического оборудования хлебопекарного и кондитерского производств позволили определить перечень деталей, наиболее подверженных адгезии тестовых н кондитерских масс.

2. Систематизированы данные по адгезии тестовых и кондитерских масс относительно конструкционных материалов используемых для изготовления деталей оборудования хлебопекарного и .кондитерского производств и рекомендован фторопласт-4 (Ф-4МБ) в качестве основы антиадгезлонных покрытий.

3. Выявлены закономерности изменения соотношения аморфной и кристаллической фаз фторопласта-4МБ и покрытии на его основе в зависимости от температуры н продолжительности пагрев а.

4. Обоснован выбор нитрида бора в качестве наполнителя, обеспечивающего наибольшее приближение температурного коэффициента линейного расширения наполненной композиции на основе фторопласта-4МБ к алюминиевому сплаву АД1-М.

5. На основе анализа температурных коэффициентов линейного расширения, теплопроводности, растворимости и диффузионных характеристик легирующих элементов разработаны принципы выбор а химического состава промежуточного слоя между антиадгезионным покрытием на основе фторо-пласта-4МБ и алюминиевым сплавам.

6. Разработана технология нанесения фторопластовых ■покрытий на основе Ф-4МБ, антиадгезионных композиций с промежуточными слоями для защиты от адгезии детален технологического оборудования хлебопекарного и кондитерского производств: нагнетательных поршней тестоделитель-иых машин, форм и ,противней для выпечки хлеба и мелкоштучных хлебобулочных изделий, форм для отливки мармелада и восточных сладостей, решет для сушки пастилы и гильотинных ножей для резки конфетных жгутов.

7. Разработана технология формирования лротпвообледе-ннтелышх композиционных покрытий на основе фтороплае-тл-4МБ с солевым наполнителем оптимальной концентрации 15 мас.% МаС1 для уменьшения интенсивности ипесобра-зования и защиты от обледенения теплообменников охлаждающих камер холодильного оборудования кондитерского производства.

8. Разработанные технологии формирования защитных покрытии и композиций на основе фторопласта-4МБ для деталей из углеродистых сталей и алюмлшюяых сплавов, апробированы на предприятиях хлебопекарной и кондитерской про::ыппс1!иосш и рекомендованы для широкого внедрения на предприятия:: отрасли.

Технология шлиалгсзпсч-сй зашиты позволяет повысить ка<"Стзо икщсвэГ: "родукц.. уменьшить возвратные отходы п лозысить санлгарно-ги71г;::лчсскле условия работы оборудования.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Балакир Э. А., Виноградова Г. Л., Серебренникова В. С., Зверав С. (В., Сесикашвили О. Ш., Макарова В. С. Анниадгезиопное покрытие для технологического оборудования пищевых производств.—'В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции «Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания».—М.:1984, с. 184.

2. Балакир Э. А., Кошкина Р. Д., Виноградова Г. Л., Серебренникова В. С., Сесикашвили О. Ш., Макарова В. С. Исследование процесса нанесения антиадгезионных покрытии.—В кн.: Тсзнсы докладов Всесоюзной научной конференции «Путл совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания».—М.: 1984, с. 199.

3. Балакир Э. А., Виноградова Г. Л., Макарова В. С. Повышение адгезионной прочности полимерных покрытий к основе.—В кн.: Тезисы Всесоюзного семинара «Технология и опыт применения порошковых полимерных покрытий», Пенза, дом научно-технической пропаганды, 1986.

4. Опыт использования порошковых полимерных покрытий в оборудовании, контактирующем с пищевыми продуктами Г. Л. Виноградова, О.. Ш. Сесикашвили, В. С. Макаров а.—В Н И И 3 КIIТ О Р ГМ А Ш, Сборник научных трудов «Прогрессивная технология изготовления торгово-технологичеоко-го оборудования».—М.: 1988, с. 38-44.

5. Чавчанидзе А. Щ., Макарова В. С. Применение полимерных покрытий для защиты от налипания пищевых масс. —В. кн.: Тезисы научной конференции «Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности», М.: МТИПП, 1991, с. 56.

6. Чавчанидзе А. Ш., Макарова В. С. Антиадгезионная защита деталей и рабочих органов хлебопекарного и кондитерского оборудования полимерными материалами.—В кн.: Тезисы научной конференции «Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности», М.: МТИПП, 1991, с. 58.

7. Зверев С. В., Макарова В. С., Чавчанидзе А. Ш. Сокращение интенсивности роста снежного покрова па деталях холодильного оборудования.—В кн.: Тезисы Всесоюзной научно-технической конференции «Холод — народному хозяйству», Л.: ЛТИХП, 1991, с. 114.

8. Чавчанидзе А. Ш., Макарова В. С. Антиадгезионная защита деталей технологического оборудования пищевых производств/Научно-технический прогресс в иефорабатываю-щих отраслях АПК: Тез. докл. Международ. конф./МГАПП. —М., 1995.—с. 23.

9. Исследование термостабпльности локрытпй на основе фторопласта-4МБ рентгендифр акционным методом/Сило-нсв .В. М., Чавчанидзе А. Ш., Макарова В. С., Моск. Гос. Ун-т. Пищ. Произв-в.—Москва, 1897.—с. 15.—Рус.—Деп. в ВИНИТИ 29.04.97, 1438-В97.

V. 5. Makarova

Dissertation: „Protection of equipment parts in bread baking and confectionery by antiadhesive coats on iluoroplnstic base 1 VilS"

Speciality: 05.02. 13 Machines and apparatus (Food Industry)

The present paper is concerned v/iih the research of adhesion ot processing scui'-ilriislied products to the machines working organs sui face. '! !-e aniiarilu-sivc propet lies <>" S"i,:c polymeric cover lorniins; on the basis of politetiofiuorot ibyk-ti on the surface of 11: v- working organs and parts oi bakini; equipment have been studied; new data o.i structure and properties of poiyietrailuoroethylen have been obtained.

Hesearch on influence of salt filler on anti-icing properties of fiuoroplastic coating of refrigerator's heat changers \\0JTi-

ABSTRACT