Полімерна композиція з комплексним наповнювачем для віброзахисту пневматичного ручного інструменту

Abstract

UK: Мета. Аналізом встановлено, що негативний вплив виробничої локальної вібрації пневматичного ручного інструменту ударної дії (ПРІУД) викликає вібраційну хворобу, яка у структурі професійних захворювань в Україні займає третє місце. Дотепер не розроблено ефективних віброзахисних засобів для руків’я ПРІУД. Метою даного дослідження є створення полімерної композиції для використання у якості віброзахисного покриття або мастики для руків’я пневматичного ручного інструменту ударної дії. Окрім високих вібропоглинальних властивостей покриття повинно мати низку технологічних та експлуатаційних властивостей: високі адгезійні властивості, зносостійкість, міцність, довговічність, стійкість до агресивних рідких середовищ та гігієнічні показники. Методика. Для досліджень використовувались вібропоглинальні полімерні композиції на основі епоксидіанового олігомери (ЕД) марки ЕД-20 та олігоефіртрициклокарбонатного олігомеру (ОЦК) марки Лапролат-803 у співвідношенні ЕД : ОЦК = 20 : 80. Для твердіння композицій використовувався аліфатичний амінний твердник диетилентриамін марки ДЕТА. Для надання необхідних технологічних, фізико-механічних та демпфіруючих властивостей в епоксигідроксиуретанові композиції додавались дисперсні мінеральні наповнювачі з різною поверхневою активністю – гідрофільного кремнезему білої сажі марки БС-50 та гідрофобного технічного вуглецю марки ПМ-234. Фізико-механічні показники полімерних матеріалів визначались за стандартними методами. Дослідження в’язкопружних властивостей полімерів проводились методом динамічної механічної спектроскопії, який був реалізований на крутильному маятнику – динамічному релаксометрі. Динамічна в’язкість композицій визначалась за допомогою реовіскозіметра Хеплера при температурі 20 0С та напрузі зсуву 200 – 1300 Па. Результати. Показано, що вплив наповнювачів на комплекс структурно-реологічних властивостей у великій мірі залежить від хімічної природи наповнювача та гідрофільності поверхні його частинок. Встановлено, що більш інтенсивні взаємодії між поверхнею наповнювача та полімером на міжфазній границі обмежують молекулярну рухливість полімерних ланцюгів поблизу поверхні наповнювача в порівнянні з об’ємом матриці і це призводить до зменшення вібропоглинаючої здатності. З’ясовано, що найбільший вплив на в’язкопружні властивості полімерної матриці має додавання білої сажі – наповнювача з гідрофільною поверхнею внаслідок утворення більш міцної структури за рахунок фізико-хімічних зв’язків на міжфазній границі в композиції. Встановлено, що найкращим поєднанням фізико-механічних властивостей характеризується композиція з комплексним наповнювачем ЕД-20:ОЦК:БС-50:ПМ-234 = 20:80:20:8, яка одночасно має високі вібропоглинальні та міцностні властивості, адгезійну міцність, показник стирання та стійкість до рідких агресивних середовищ. Наукова новизна. Встановлені закономірності впливу структурно-реологічних характеристик епоксигідроксиуретанових полімерних композицій, наповнених дисперсними мінеральними наповнювачами різної хімічної природи на вібропоглинальні, фізико-механічні та інші експлуатаційні характеристики. Практична значимість. Встановлені закономірності дозволяють цілеспрямовано регулювати властивості та створювати вібропоглинальні епоксигідроксиуретанові полімерні композиційні матеріали з певними експлуатаційними характеристиками. На основі досліджуваних композицій розроблено склад, який містить комплексний наповнювач та може використовуватись для віброзахисту ПРІУД.

RU: Цель. Анализом установлено, вредное воздействие производственной локальной вибрации пневматического ручного инструмента ударного действия (ПРИУД) вызывает вибрационную болезнь, которая в структуре профессиональных заболеваний в Украине занимает третье место. До сих пор не разработаны эффективные виброзащитные средства для рукояток ПРИУД. Целью данного исследования является создание полимерной композиции для использования в качестве виброзащитного покрытия или мастики для рукояток пневматического ручного инструмента ударного действия. Кроме высоких вибропоглощающих свойств покрытие должно обладать комплексом технологических и эксплуатационных свойств: высокие адгезионные свойства, износостойкость, прочность, долговечность, стойкость к агрессивным жидким средам и гигиенические показатели. Методика. Для исследований использовались вибропоглощающие полимерные композиции на основе эпоксидианового олигомера (ЭД) марки ЭД-20 и олигоэфиртрициклокарбонатного олигомера (ОЦК) марки Лапролат-803 в соотношении ЭД:ОЦК= 20:80. Для отверждения композиций использовался алифатический аминный отвердитель диэтилентриамин марки ДЭТА. Для получения необходимых технологических, физико-механических и демпфирующих свойств в эпоксигидроксиуретановые композиции добавлялись дисперсные минеральные наполнители с различной поверхностной активностью – гидрофильного кремнезема белой сажи марки БС-50 и гидрофобного технического углерода марки ПМ-234. Физико-механические показатели полимерных материалов определялись по стандартным методам. Исследования вязкоупругих свойств полимеров проводились методом динамической механической спектроскопии, который был реализован на крутильном маятнике – динамическом релаксометре. Динамическая вязкость композиций определялась с помощью реовискозиметра Хепплера при температуре 20 0С и напряжении сдвига 200 – 1300 Па. Результаты. Показано, что влияние наполнителей на комплекс структурно-реологических свойств в большой степени зависит от химической природы наполнителя и гидрофильности поверхности его частиц. Установлено, что более интенсивное взаимодействие между поверхностью наполнителя и полимером на межфазной границе ограничивает молекулярную подвижность полимерных цепей вблизи поверхности наполнителя по сравнению с объемом матрицы и это приводит к уменьшению вибропоглощающей способности. Выявлено, что наибольшее влияние на вязкоупругие свойства полимерной матрицы имеет введение белой сажи – наполнителя с гидрофильной поверхностью вследствие образования более прочной структуры за счет физико-химических связей на межфазной границе в композиции. Установлено, что наилучшим сочетанием физико-механических свойств характеризуется композиция с комплексным наполнителем ЭД-20:ОЦК:БС-50:ПМ-234 = 20:80:20:8, которая одновременно обладает высокими вибропоглощающими, прочностными свойствами, адгезионной прочностью,показателем истирания и устойчивостью к жидким агрессивным средам. Научная новизна. Установлены закономерности влияния структурно-реологических характеристик эпоксигидроксиуретановых полимерных композиций, наполненных дисперсными минеральными наполнителями различной химической природы на вибропоглощающие, физико-механические и другие эксплуатационные характеристики. Практическая значимость. Установленные закономерности позволяют целенаправленно регулировать свойства и создавать вибропоглощающие эпоксигидроксиуретановые полимерные композиционные материалы с необходимыми эксплуатационными характеристиками. На основе исследуемых композиций разработан состав, содержащий комплексный наполнитель и могут использоваться для виброзащиты ПРИУД.

EN: Purpose. The analysis revealed that the harmful influence of industrial local vibration of pneumatic hand tools impact (PHTI) causes vibration disease. This illness takes the third place in the structure of occupational diseases in Ukraine. Effective antivibration means for PHTI handles are still not developed. The purpose of this investigation is to provide a vibration-absorbing polymer composition for use as a coating or as the mastic for PHTI handles. In addition to high vibration-absorbing properties the coating should have a set of technological and operational properties: high adhesion, abrasion resistance, strength, durability, resistance to aggressive liquid media and health indicators. Methodology. For the studies vibration-absorbing polymer compositions based on epoxydian oligomers (ED) brand ED-20 and oligester cyclo-cab oligomers (OCC) brand Laprolat-803 in a ratio ED: OCC = 20:80 were used. For the compositions curing aliphatic amine mark DETA was used. To obtain the necessary technological, mechanical and damping properties of the composition dispersed mineral fillers with different surface activity - hydrophilic silica soot white brand BS-50 and a hydrophobic carbon black mark PM-234 were added. Physical and mechanical properties of polymeric materials were determined by standard methods. Researches of polymers viscoelastic properties were carried out by dynamic mechanical spectroscopy, which was implemented on a torsion pendulum - a dynamic relaxometer. The dynamic viscosity of the compositions was determined by viscometer Höppler at 20 °C and a shear stress of 200 - 1300 Pa. Results. It is shown that the effect of fillers on complex structural and rheological properties increasingly depend on the chemical nature of the filler and hydrophilicity of its parts surface. It is detected that a more intensive interaction between the filler surface and the polymer at the interface limits the molecular mobility of the polymer chains near the filler’s surface in comparison with the volume of matrix. It reduces the ability of the grommet. It was revealed that the introduction of white soot - filler with a hydrophilic surface due to formation of a solid structure of physical and chemical bonds at the interface of the composition has the greatest influence on the viscoelastic properties of the polymer matrix. It is found that the best combination of physical and mechanical properties with a complex composition characterized by filling ED-20: OCC: BS-50: PM-234 = 20:80:20:8, which simultaneously has a high vibration absorbing, tensile properties, adhesion strength, abrasivity and resistance to corrosive liquids. Originality. The regularities of the influence of the structural and rheological characteristics of epoxygidroksourethane polymeric compositions filled with disperse mineral fillers of different chemical nature on the vibration-absorbing, physical, mechanical and other performance characteristics were detected. Practical value. The detected regularities allow to control the properties purposefully and to create vibration-absorbing epoxygidroksourethane polymer composite materials with the required operational characteristics. On the basis of the researching compositions the compound comprising a complex filler was developed. It may be used for PHTI vibration isolation.