Антипригарные покрытия для пищевых технологий на основе фторопластовых композиций, страница 5

комп.8070№1 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1 масс.ч.MoS2№2 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1 масс.ч.Cr2O3№3 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.TiO2№4 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.BN№5 - 100масс.ч.Фт4МБ + 1масс.ч.ДФСД605040302010020255075100 125 150температура, oCРисунок 10. Температурная зависимость износостойкости фторопластовых покрытий после 5 циклов воздействия индентора.Преимущества модифицированных образцов очевидны, однако представлялоинтерес выяснить температурные изменения физико-механических характеристикпокрытий, нанесенных на металлическую форму. Такие измерения позволяют охарактеризовать поведение покрытий в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы форм для выпечки.

Использовали три типа нагружения:трехточечный изгиб, сжатие, растягивающее усилие. При всех типах нагрузки в интервале частот нагружения от 1 кГц до 33 кГц были получены аналогичные результаты. Характерные кривые представлены на рисунке 13.19абвгдеРисунок 11. а – электронная микрофотография поперечного среза образца свободной пленки модифицированной композиции; б – е - снимки вторичного рентгеновского излучения элементов композиции: б – углерода, в – бора, г – фтора; д – титана, е – хромаПо результатам исследований в широком интервале частот нагружения установлено, что значение модуля упругости исходной композиции при низких температурах выше, чем у модифицированных. Однако при нагреве значение модуля упругости у исходной композиции уменьшается быстрее, чем у модифицированных композиций.

При температурах выше 100оС модифицированные покрытия уже имеютпреимущество, при дальнейшем повышении температуры значение модуля стабилизируется и падает незначительно вплоть до 300 оС, что соответствует максимальнойтемпературе эксплуатации форм с антиадгезионным термостойким покрытием исвидетельствует о возможности успешного использования их в процессах термической обработки (в частности, выпечки хлебобулочных и кондитерских продуктов).В фундаментальных исследованиях Басина В.Е., Берлина А.А., Зимона А.Д.,Гуля В.Е., Кулезнева В.Н., доказано, что прочность адгезионных соединений в значительной степени зависит от режимов их формирования. В данной работе изученазависимость величины адгезионной прочности формируемых покрытий от температуры оплавления и времени термообработки покрытий.В соответствии с предварительными данными, термообработку покрытий проводили при температурах от 290 до 3700С в течение 2÷6 часов.Относительная деформация, %.20Рисунок 12.

Термомеханические кривые фторопластовых композиций.Исходная композиция, m=100 г3,5Исходная композиция, m=200 г3100 м.ч. Фт 4МБ + 1 м.ч. Cr2O3,m=100 г100 м.ч. Фт 4МБ + 1 м.ч. Cr2O3,m=200 г2,521,510,5020406080100120140оТемпература, С .разрыв образцовРисунок 13. Зависимостьмодуля упругости при трехточечном изгибе от температуры при частоте нагружения 10 кГц для покрытий наоснове исходного фторопласта и модифицированныхкомпозиций: №1-100масс.ч.Фт4МБ + 1 масс.ч. Сr2O3;№2- 100масс.ч.Фт4МБ + 0,5масс.ч.BNРезультаты испытаний адгезионной прочности представлены на рисунке 14.

Повертикальной оси отложены значения адгезии, по горизонтальным осям отложенызначения температуры (от 290 до 3700С) и времени ее воздействия (от 2 до 6 часов).Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы: при увеличениивремени контакта расплава модифицированной полимерной композиции с поверхностью металла от двух до четырех часов адгезионная прочность соединения возрастает, при контакте в течение шести часов - снижается; величина адгезионнойпрочности возрастает с ростом температуры оплавления полимера от 290 до 350 0С,скорее всего, за счет увеличения истинной площади контакта покрытия с подложкой, а после 350 0С значение ее падает, возможно, вследствие деструкции полимера;максимальная величина адгезионной прочности (около 20 МПа) модифицированныхпокрытий на основе фторопласта - 4МБ достигается при температуре 350 0С и времени оплавления 4 часа.21Рисунок 14.

Зависимостьадгезионнойпрочностимодифицированного фторопластового покрытия оттемпературы и временитермообработкипокрытий. Композиция -100 м.ч.Фт 4МБ + 1 м.ч. Cr2O3.В результате математического моделирования были определены наиболее перспективные композиции с содержанием от 2 до 4 вышеуказанных модифицирующихдобавок в пределах от 0,05 до 2 масс. ч. ( Составы композиций защищены патентомRU №2256681) Свойства данных композиций приведены в таблице 2.Таблица 2 .Свойства наиболее перспективных композиций, определенных в результате математического моделирования.Композицияσr, МПаε r, %123451413,813,212,512,531,532,714910,4Адг.

прочн.,МПа23,622,521,822,422,5ВЫВОДЫ1. Показано, что введение небольших количеств некоторых модифицирующих добавок - от 0,05 до 1-2 масс. частей на 100 масс. частей фторопласта-4МБ позволяетзначительно повысить прочностные и адгезионные характеристики покрытий. Высказано предположение, что этот эффект в порошковых покрытиях аналогичен известному действию «легирующих добавок» на расплавы термопластов.2. Выбраны наиболее перспективные модифицирующие добавки: нитрид бора, двуокись титана, дисульфид молибдена, окись хрома, дифенилсиландиол.

Установленыоптимальные количества модифицирующих добавок в составе композиции с использованием методов математического анализа.3. Выполнен комплекс исследований по изучению структурных характеристик фторопластовых покрытий с использованием сканирующей электронной микроскопии.Исследованы как поперечные срезы, так и поверхность покрытий, что позволило установить, что причиной улучшенных механических характеристик модифицированных покрытия является равномерное распределение их по объему, приводящее к22гомогенизацииструктуры,формированию гладкой поверхностипокрытий и бездефектной границы раздела «металл-покрытие».4.

Показано, что максимальная адгезионная прочность фторопластовых покрытийдостигается в достаточно узком интервале значений параметров температуры и времени термообработки. При этом оптимальные области как для исходного фторопласта, так и для модифицированных композиций совпадают. Различия наблюдалитолько в величинах адгезионной прочности.

Рекомендуемые значения - от 3,5 до 4,5часов при температуре от 340 до 360°С.5. Показаны преимущества модифицированных покрытий по сравнению с исходнымфторопластовым покрытием при температурно-деформационных испытаниях и испытаниях на износостойкость в широком интервале температур.

Модификация покрытий повышает износостойкость в 1,5-2 раза.6. Методом ИК-спектроскопии установлено, что введение выбранных добавок приводит к снижению содержания кристаллической фазы в модифицированных покрытиях, что подтверждено методом дифференциального термического анализа. Приэтом химическая структура очень тонких поверхностных слоев (менее 1 мкм) модифицированных покрытий аналогична покрытию из исходного полимера. Это обеспечивает антиадгезионные свойства покрытия к продукту, аналогичные исходномуфторопласту.7. Предложен механизм формирования покрытий, заключающийся в образованиикомплексов «модификатор-фторопласт», образующихся на стадии сухого смешенияпорошковых композиций.

Компоненты комплекса связаны силами межмолекулярного взаимодействия, что затем, на стадии оплавления порошка снижает подвижность молекул фторопласта и препятствует его кристаллизации. Гомогенная аморфизированная структура покрытий является причиной снижения остаточных напряжений и улучшения комплекса физико-механических характеристик покрытий.8. В условиях промышленного производства проведены испытания разработанныхпокрытий, нанесенных на внутреннюю поверхность форм для выпекания хлеба.Эксплуатационные характеристики покрытий сохраняются не менее 4-х месяцевдаже в условиях применения на хлебопекарных агрегатах непрерывного действия свынужденными ежесуточными горячими пробегами более 1,5 часов, что значительно превышает показатели немодифицированных покрытий.

Полученные результатыподтверждены соответствующими актами.Список работ, опубликованных по материалам диссертации1. Пятигорская, Л.В. Термостойкие антиадгезионные покрытия для формующей технологической тары / Л.В. Пятигорская, Т.Е. Сергиенко, Л.А. Сухарева, Л.А.Сачкова, М.И. Губанова // Мясная индустрия.

– 1996. – №2. – С. 20-21.2. Пятигорская, Л.В. Антиадгезионные и антипригарные покрытия для пищевых производств / Л.В. Пятигорская, Т.Е. Сергиенко, Л.А. Сачкова, М.И. Губанова,Г.В. Семенов // Пищевая промышленность. – 1998. – №12. – С. 46-47.3. Пятигорская, Л.В. Антипригарные покрытия для хлебопекарной промышленности / Л.В. Пятигорская, Т.Е.

Сергиенко, Л.А. Сачкова, М.И. Губанова, Г.В. Семенов // Хлебопечение России. – 1998. – №6. – С. 10-11.4. Семенов, Г.В. Фторлоновые покрытия для повышения безопасности продуктов питания / Г.В. Семенов, Т.Е. Сергиенко, М.И. Губанова, Л.В. Пятигорская //23Пища. Экология. Человек : материалы3-йМеждународнойнаучнотехнической конференции.

– М. : МГУПБ, 1999. – С. 192.5. Пятигорская, Л.В. Анализ возникновения, становления и перспектив развития технологии нанесения антипригарных покрытий / Л.В. Пятигорская, Т.Е. Сергиенко, Г.В. Семенов, М.И. Губанова // Химическое образование и развитие общества:материалы Международной конференции. – М.