Технологии нанесения защитных покрытий переживают революцию, и ее драйвером становится плазма. Сегодня этот метод уже позволяет создавать такие структуры, которые невозможны при традиционном окрашивании или термообработке. Одним из перспективных направлений в этой области выступают плазменные покрытия из полимерных смесей на основе порошковой эпоксидной смолы, исследованные инженерами UST Inc.
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.
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.
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.
