Антипригарные покрытия для пищевых технологий на основе фторопластовых композиций, страница 4

Намикрофотографиях хорошо заметно, что граница раздела алюминий-покрытиеменее дефектна у образцов с модифицированными покрытиями, чем у образца спокрытием из исходного полимера. У последнего наблюдаются зазоры (≈0,5-2мкм) между фторопластом и подложкой, в то время как у образцов с модифицированными покрытиями таких дефектов не обнаружено. Вероятно, это связано стем, что при электростатическом нанесении порошка частицы фторопласта-4МБ,имеющие низкую поляризуемость, медленнее перемещаются в электростатическом поле, чем частицы модифицированного полимера. Действительно, поляризуемость исходного порошка фторопласта – 4МБ составляет 0,31÷2,29×10-4 кл/кг, амодифицированных фторопластовых композиций 3,1÷8,91×10-4 кл/кг.

Можно предположить, что заряженные дисперсные частицы модификаторов со сформированным вокруг каждой из них слоем частиц фторопласта (которые связаны с частицамимодификатора силами межмолекулярого взаимодействия), притягиваются к противоположно заряженной поверхности алюминиевой подложки, обеспечивают повышение адгезионного взаимодействия на границе раздела. В результате модифицированные композиции обладают гораздо более высокой адгезией к металлическойподложке, чем покрытие из исходного фторопласта.Методом ИК-спектроскопии исследовали образцы покрытий на основе исходного фторопласта, и на основе модифицированных композиций.

В спектрах образцов «на просвет» наблюдаются полосы поглощения, которые относят к колебаниямв аморфной фазе, дефектам, обертонам и комбинационным полосам.Зависимости изменения соотношения кристаллической и аморфной фазы вкомпозициях от содержания модификатора представлены на рисунке 8. Соотношение интенсивностей полос поглощения, соответствующие волновым числамD780/D2365 характеризует аморфизацию композиций при модификации.

Как видно изграфиков, введение большего количества добавок приводит к увеличению содержания аморфной фазы, т.е. уменьшению степени кристалличности покрытия.15абРисунок 6. Электронная микрофотография поперечного среза и спектры излучения элементов по траектории сканирования: а – модифицированного покрытия снятого с подложки; б - подложки (левая светлая часть) с модифицированным покрытием.абвРисунок 7.

Электронные микрофотографии поперечных срезов алюминиевойподложки (левая сторона микрофотографий) с покрытиями: а - из исходногофторопласта, б - фторопласта-4МБ (100 масс.ч.) + Cr2O3(1 масс.ч.); в – фторопласта-4МБ (100 масс.ч) + BN(0,3 масс.ч.).Фт 4МБ+TiO2Фт 4МБ+BN0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Содержание модификатора вкомпозиции, масс.ч.Отношение интенсивностей полосccпоглощения D780/D2365Отношение интенсивностейполос поглощения D780/D2365162,521,510,5000,2 0,4 0,6 0,81Содержание модификаторав композиции, масс.ч.абРисунок 8. Зависимость отношения интенсивности полос поглощения D780/D2365от содержания модификатора: а - при содержании модификатора в композиции от 0до 10 масс.ч; б - при содержании модификатора в композиции от 0 до 1 масс.ч.Результаты ИК-спектроскопических исследований подтверждены даннымидифференциального термического анализа образцов исходного и модифицированного фторопласта, как в виде пленок, так и порошков, который показал, что вследствие модификации происходит изменение соотношения кристаллической иаморфной фаз с образованием аморфизованной структуры, вероятно вследствиетого, что образовавшиеся физические связи между частицами фторопласта и модификаторов в расплаве уменьшают подвижность молекул фторопласта и препятствуют его кристаллизации.

В результате аморфизации остаточные напряжения вмодифицированных покрытиях снижаются, что приводит к повышению адгезионного взаимодействия с алюминием.При этом спектры, полученные методом МНПВО, идентичны и для исходных,и для модифицированных образцов.Полученные данные можно интерпретировать следующим образом:- введение выбранных добавок приводит к некоторому снижению содержания кристаллической фазы в модифицированных покрытиях, что обеспечивает более высокую адгезионную прочность и физико-механические показатели по сравнению с исходным фторопластом из-за понижения уровня внутренних напряжений, возникающих при кристаллизации во время формирования покрытий;- структура очень тонких (менее 1 мкм) поверхностных слоев в модифицированныхпокрытиях остается аналогичной немодифицированным образцам, что обеспечиваетантиадгезионные характеристики покрытия к продукту на уровне исходного фторопласта.

Отсутствие модификаторов в поверхностном слое можно объяснить болеемедленным перемещением немодифицированного полимера в электростатическомполе при формировании покрытия на подложке.17Вероятность такого механизмаформирования свойств покрытийподтверждается еще и тем, что наружная поверхность покрытий, как из исходных,так и из модифицированных фторопластов, имеет практически одинаковый коэффициент трения. Незначительная разница в показателях может быть отнесена за счетразличной шероховатости поверхности (таблица 1).Одним из важнейших факторов оценки качества полимерных покрытий является износостойкость.

Исследовано влияние модифицирующих добавок на износостойкость покрытий при температурах от 200С до 150оС. Как следует из графиков,представленных на рисунках 9 и 10, износостойкость покрытий сильно различается,наименьшей стойкостью из всех исследованных образцов обладает исходный фторопласт. Вероятно, такая специфика поведения связана с тем, что по твердости фторопласты относятся к группе мягких пластмасс (по Бринеллю - 30÷40 МПа), а в результате равномерного распределения введенных модифицирующих добавок (рис.6, 11), обладающих значительно более высокой твердостью, происходит повышениеизносостойкости.Модификация существенно повышает стойкость композиций к износу.

Наибольшей износостойкостью при 200С обладают покрытия на основе композиций 1, 2и 4, наименьшей –покрытие на основе композиции 5 и исходныйфторопласт-4 МБ. В интервале температур 20÷150оС исходная композиция характеризуется наибольшим износом, а наилучшие результаты демонстрировали композиции 1 и 2. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:а) Покрытия, модифицированные предложенными добавками, в любом случае –как при различном числе циклов воздействия, так и при разных температурах, превосходят исходное фторопластовое покрытие.б) Оптимальным вариантом модификации по результатам испытаний следуетпризнать композиции 1 и 2.Для получения дополнительной информации о характере распределениямодификаторов с помощью рентгеновского микроанализатора проведены электронно-микроскопические исследования модифицированных покрытий, обладающих наилучшими физико-механическими характеристиками.

На рисунке 11представлена микрофотография поперечного среза модифицированного покрытия, снятого с подложки, а также микрофотографии, отражающие распределение элементов, присутствующих в композиции, на данном участке образца.Число светлых точек на единице поверхности в поле микрофотографии пропорционально содержанию элемента на этом участке образца.Анализ характеристического вторичного излучения при сканировании позволяет убедиться в наличии добавок в объеме покрытия в ожидаемых концентрациях и равномерном характере их распределения, что согласуется с даннымизависимости средней интенсивности излучения от координаты точки сканирования (рис. 6).Чтобы оценить работоспособность покрытий в условиях воздействия нагрузкиприповышенныхтемпературахпровелиисследованиятемпературнодеформационных характеристик фторопластовых покрытий, снятых с подложки.Характерные результаты представлены на рисунке 12.

Из графиков следует, что модифицированные фторопластовые покрытия благодаря меньшей степени кристалличности отличаются большей эластичностью, чем исходный полимер. Однако, приизнос, мкм .18этом модифицированные образцывыдерживали большую нагрузку приповышенных температурах, чем немодифицированные, которые разрушались принагрузке 200 гс уже при температуре 70-80 оС.70исх. комп.605040302010051015202530№1 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.MoS2№2 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.Cr2O3№3 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.TiO2№4 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.BN№5 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.ДФСДчисло цикловизнос, мкм .Рисунок 9. Зависимость износостойкости покрытий при 200С от числа цикловвоздействия индентора.исх.