Материалы нового поколения: белорусские инженеры улучшили эпоксидные покрытия полимерными добавками

Научно-технический прогресс требует от защитных материалов все большей практической пользы. Они должны быть долговечными, прочными, экологичными и устойчивыми к износу. Однако классические методы нанесения эпоксидных покрытий имеют ряд серьезных ограничений:

длительное формирование защитной пленки; ограниченная адгезия; трудности с окрашиванием сложных крупногабаритных изделий; использование жидких, токсичных составов.

Плазменное напыление исключает эти ограничения. Мощная низкотемпературная плазменная струя не только расплавляет частицы полимера, но и запускает интенсивные химические процессы структурирования материала прямо в момент осаждения. Это дает уникальную возможность создавать прочные, однородные покрытия на изделиях любых размеров и форм.

Зависимость содержания гель-фракции в эпоксидном слое от состава и концентрации полимерной добавки: 1 — ПУ; 2 — ПЭТФ; 3 — ПБ  / © UST Inc. Как работает новая эпоксидная композиция

В своем исследовании белорусские инженеры сосредоточились на эпоксидной порошковой смоле Э-49П с добавлением модифицирующих полимеров — полиэтилентерефталата (ПЭТФ), полибутена (ПБ) и полиуретана (ПУ). Они хотели выяснить, какие полимеры улучшают процесс отверждения покрытия, а какие, наоборот, препятствуют ему.

Результаты оказались впечатляющими:

ПУ резко ускоряет структурирование эпоксидной смолы. Выход гель-фракции — показателя степени отверждения — достигает 93 % за 25-30 секунд напыления. Без ПУ эта величина не превышает 80 %. При концентрациях ПУ свыше 15 % степень отверждения композиции значительно уменьшается. ПЭТФ практически не влияет на кинетику отверждения. ПБ, наоборот, ингибирует процесс.

Результаты дифференциально-термического анализа (ДТА) подтвердили высокую реакционную способность композиции ЭС-ПУ (эпоксидная смола — полиуретан). Наблюдается увеличение площади пика экзотермического эффекта, повышение конечной температуры отверждения, а также снижение температуры стеклования. Энергия активации реакции отверждения связующего материала понижается с 106 до 81 кДж/моль. О несовместимости и низкой реакционной способности свидетельствуют данные ДТА для композиций ЭС-ПЭТФ и ЭС-ПБ.

Кривые ДТА эпоксидной композиции: 1 — без модификатора; 2 — с 15 % ПУ / © UST Inc. Что это дает промышленности

Фактически исследователям удалось создать состав, который:

может наноситься плазменным способом на крупногабаритные изделия; быстро достигает высокой степени отверждения; формирует прочное и равномерное покрытие; заменяет длительные процессы классического порошкового окрашивания.

В результате то, что достигается в печах при 423-453 К за 30-60 минут, теперь возможно получить за полминуты плазменного напыления.

Сферы применения

Одна из ключевых областей применения новых покрытий — обработка крупногабаритных объектов сложной формы, при которой традиционные методы порошкового напыления физически невозможны. Это могут быть:

конструкции длиной десятки метров; изделия с высокой кривизной и сложной геометрией; элементы транспортных систем, работающих в условиях повышенной нагрузки.

Среди таких объектов — элементы рельсо-струнного транспорта uST. Эстакада этих комплексов, включая части путевой структуры, а также транспортные средства, требует легких, прочных, химически стойких покрытий. Плазменная обработка эпоксидно-полиуретановых композиций обеспечивает высокую защиту при минимальном времени цикла, что делает технологию особенно привлекательной для транспортной отрасли.

В итоге работа белорусских инженеров фактически открывает новое направление в области защитных полимерных покрытий. Так, плазменное напыление эпоксидных композиций, модифицированных ПУ:

ускоряет отверждение в 50–100 раз; обеспечивает рекордное содержание гель-фракции — до 93 %; делает возможной окраску крупных и сложных конструкций; расширяет возможности технологической модернизации транспорта.

Это открытие — очередной шаг к созданию нового поколения материалов и технологий, которые будут востребованы в самых разных областях: от промышленного машиностроения до создания новых транспортных решений.