ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ РОБОТИ ЗАСОБІВ НАВІГАЦІЇ В УМОВАХ ВПЛИВУ ЗМІН-НИХ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ЕФЕКТИВНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ РУХОМ ВОДНОГО ТРАНС-ПОРТУ
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.63.19761Ключові слова:
навігація, покриття, деструкція, енергія активації, ІЧ-спектрАнотація
Водний транспорт завдяки розвинутої логістиці здійснює перевезення не обмеженого обсягу різнорідних вантажів. Тому, водний транспорт є одним із найбільших світових перевізників. У першу чергу це обумовлено розгалуженою мережею портів і морських шляхів, що дозволяє транспортувати вантажі на великі відстані, в тому числі міжконтинентальні. Тому, забезпечення глобального зв’язку має вирішальне значення для постачання вантажів у чітко встановлені терміни.
У роботі наведено технологічні аспекти поліпшення теплофізичних характеристик епоксикомпозитних захисних покриттів для захисту засобів навігації водного транспорту, які працюють в умовах впливу змінних зовнішніх факторів. Для формування епоксикомпозитних захисних покриттів використано епоксидний зв’язувач ЕД-20, який полімеризували твердником поліетиленполіаміном ПЕПА у співвідношенні: епоксидний олігомер ЕД-20 – 100 мас.ч. твердник ПЕПА – 10 мас.ч. Для підвищення теплофізичних властивостей полімерних матеріалів використовували біоцидний наповнювач триметоприм C14H18N4O3 (CAS: 738-70-5), за вмісту 5,0…30,0 мас.ч. На основі термогравіметричного (ТГА) та диференційно-термічного (ДТА) аналізу встановлено значення ключових параметрів, необхідних для визначення діапазону температур, при яких можливо експлуатувати розроблені епоксикомпозитні покриття призначені для захистку засобів навігації без зміни їх властивостей, зокрема: максимальна температура початку втрати маси становить – Т0 = 609 К; відносна втрата маси – εm = 69 %; початкова температура екзоефекту – Тn = 488 К; максимальне значення температури піку екзоефекту – Тmax = 550 К. Виконано математичний розрахунок значень енергії активації термічної деструкції для визначення стійкості до руйнування хімічних зв’язків при впливі температури. Доведено, максимальним значенням енергії активації, що становить Eа = 167 кДж/моль, характеризуються епоксикомпозитні покриття, наповнені триметопримом за вмісту 15,0 мас.ч., що свідчить про термічну стійкість наповнених епоксикомпозитних покриттів. Методом ІЧ-спектрального аналізу встановлено перебіг фізико-хімічних процесів термічної деструкції епоксикомпозитних покриттів, наповнених триметоприм.
На основі комплексних досліджень, з використанням ДТА-, ТГА-, ІЧ-спектрального аналізу і виконаного математичного розрахунку енергії активації доведено, що температурний діапазон експлуатації розроблених епоксидних покриттів не повинен перевищувати 488 К.
Посилання
ISO 9223. Corrosion of metals and alloys. Cor-rosivity of atmospheres. Classi®cation. ISO.Geneva. (1992). https://cdn.standards.iteh.ai/samples/16855/c18be4081cfc44aba101e3448e3539b6/ISO-9223-1992.pdf (access data 01.11.2024)
International maritime organization IMO. RESOLUTION A.744(18) https://wwwcdn.imo.org/localresources/en/KnowledgeCen-tre/IndexofIMOResolutions/AssemblyDocuments/A.744(18).pdf (access data 01.11.2024)
SOLAS (Safety of Life at Sea) Consolidated Edition, 2020. https://www.samgongustofa.is/media/english/SOLAS-2020-Consolidated-Edition.pdf (access data 01.11.2024)
RESOLUTION MSC.215(82). https://wwwcdn.imo.org/localresources/en/KnowledgeCen-tre/IndexofIMOResolutions/MSCResolutions/MSC.215(82).pdf (access data 01.11.2024)
Rules and Regulations for the Classification of Ships. https://www.imorules.com/LRSHIP.html (ac-cess data 01.11.2024)
Lanruo Han, Qianyi Pang, Xiang Yu. Applica-tion of Organic Coating in Marine Anticorro-sion. Highlights in Science, Engineering and Technology. 58, 131-141 (2023). https://doi.org/10.54097/hset.v58i.10051
Wang N., Yin X., Zhang J., Gao H., Diao X., Yao H. Preparation and Anti-Corrosive Proper-ties of Waterborne Epoxy Composite Coating Containing Graphene Oxide Grafted with So-dium Tripolyphosphate. Coatings. 10, 307 (2020). https://doi.org/10.3390/coatings10040307
Alcántara J. Marine atmospheric corrosion of carbon steel: a review. Materials. 10 (4), 406 (2017). https://doi.org/10.3390/ma10040406
DobrotvorI.G, Stukhlyak P.D., Mykytyshyn A.G., et al. Influence of Thickness and Dis-persed Impurities on Residual Stresses in Epoxy Composite Coatings. Strength Mater. 53, 283–290 (2021). DOI:10.1007/s11223-021-00287-x
Demchenko V.L., Kobylinskyi S.M., Riabov S.V., et al., Novel approach to the formation of silver-containing nanocomposites by thermo-chemical reduction of Ag+ ions in interpoly-electrolyte-metal complexes, Appl. Nanosci-ence. 10 (12), 5409–5419 (2020). DOI:10.1007/s13204-020-01368-0
Stukhlyak P.D., Moroz K.M. Influence of po-rosity in the epoxy matrix-polyvinyl alcohol-disperse filler system on the impact toughness. Mater. Sci. 46(4), 455-463 (2011). https://doi.org/10.1007/s11003-011-9312-x
Lazarenko M.M., Alekseev O.M., Kondratenko S.V., et al. Papadopoulos, Physical-chemical properties of nanocellulose synthesized from Miscanthus x Giganteus. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 768 (1), 42–56 (2024). DOI:10.1080/15421406.2023.2231263
Buketov A.V., Dolgov N.A., Sapronov A.A., Nigalatii V.D., Babich N.V. Mechanical Char-acteristics of Epoxy Nanocomposite Coatings with Ultradisperse Diamond Particles. Strength of Materials. 49 (3), 464-471 (2017). DOI 10.1007/s11223-017-9888-y
Louda P., Sharko A., StepanchikovD., Sharko A. Experimental and Theoretical Study of Plas-tic Deformation of Epoxy Coatings on Metal Substrates Using the Acoustic Emission Meth-od. Materials. 15 (11), 3791 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15113791
Totosko O.V., Stukhlyak P.D., Mykytyshyn A.H., Levytskyi V.V. Investigation of electro-spark hydraulic shock influence on adhesive-cohesion characteristics of epoxy coatings. Funct. Mater. 27 (4), 760-766 (2020). https://doi.org/10.15407/fm27.04.760.
Dolgov N., Stukhlyak P., Totosko O., et al. Analytical stress analysis of the furan epoxy composite coatings subjected to tensile test. Mech. of Adv. Mater. and Struct. 2023 (2023). https://doi.org/10.1080/15376494.2023.2239811
Qin Z., Su Y., Bai Y., Lu H., Peng T., Zhong H., Chen T., Du X. Improving the Corrosion Resistance of Zn-Rich Epoxy Coating with Three-Dimensional Porous Graphene. Poly-mers. 15(21):4302 (2023). https://doi.org/10.3390/polym15214302
Panda A., Dyadyura K., Valíček J., et al. Eco-toxicity Study of New Composite Materials Based on Epoxy Matrix DER-331 Filled with Biocides Used for Industrial Applications. Pol-ymers, 14(16):3275 (2022). https://doi.org/10.3390/polym14163275
Buketov A., Maruschak P., Sapronov O., Brailo M., Leshchenko O., Bencheikh L., Menou A. Investigation of thermophysical properties of epoxy Nanocomposites. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 628, 167–179 (2016). DOI:10.1080/15421406.2015.1137122
Sapronov O., Buketov A., Kim B., Vorobiov P., Sapronova L. Increasing the Service Life of Marine Transport Using Heat-Resistant Poly-mer Nanocomposites. Materials. 17, 1503 (2024) doi.org/ 10.3390/ma17071503
Sapronov O., Maruschak P., SotsenkoV., et al., Development and Use of New Polymer Adhe-sives for the Restoration of Marine Equipment Units, J. Mar. Sci. Eng. 8 (7) 527 (2020). DOI:https://doi.org/10.3390/jmse8070527
Broido, A.: A simple sensitive graphical meth-od of treating thermo gravimetric analyze data. J. Polym. Sci.- Part A. 7, 1761–1773 (1969). https://doi.org/10.1002/pol.1969.160071012
Arshad, M. A., Maaroufi, A., Benavente, R., Pereña, J. M., & Pinto, G. Thermal degradation kinetics of insulating/conducting epoxy/Zn composites under nonisothermal conditions. Polymer Composites. 34(12), 2049–2060 (2013). DOI:10.1002/pc.22613
M. Azeem Arshad1, A. Maaroufi, R. Benaven-te, G. Pinto. Kinetics of the Thermal Decom-position Mechanisms of Conducting and Non-conducting epoxy. J. Mater. Environ. Sci. 5 (5), 1342-1354 (2014). https://www.semanticscholar.org/paper/Kinetics-of-the-Thermal-Decomposition-Mechanisms-of-Arshad-Marou-fi/869e27f1cfaf8fb9da5f90093fe582df5b215164
Friedman H.L. Kinetics of Thermal Degrada-tion of Char-Forming Plastics from Thermo-gravimetry. Application to a Phenolic Plastic. Journal of Polymer Science. 6 (1), 183-185 (1964). DOI:10.1002/polc.5070060121
Sun, X.; Li, Z.; Das, O.; Hedenqvist, M.S. Su-perior flame retardancy and smoke suppression of epoxy resins with zinc fer-rite@polyphosphazene nanocomposites. Com-pos. Part A Appl. Sci. Manuf. 167, 107417 (2023). DOI:10.1016/j.compositesa.2022.107417
Yu B., Shi Y., Yuan B., Qiu S., Xing W., Hu W., Song L., Lo S., Hu Y. Enhanced thermal and flame retardant properties of flame-retardant-wrapped graphene/epoxy resin nano-composites. J. Mater. Chem. A. 5, 8034–8044 (2015). https://doi.org/10.1039/C4TA06613H
Brnardic, I.; Macan, J.; Ivankovic, H.; Ivankovic, M. Thermal degradation kinetics of epoxy/organically modified montmorillonite nanocomposites. J. Appl. Polym. Sci. 107, 1932–1938 (2008). DOI:10.1002/app.27230
Sapronov O.O., Buketov A.V., Zinchenko D.О., Yatsyuk V.M. Features of structural pro-cesses in epoxy composites filled with silver carbonate on increase in temperature. Compo-sites: Mechanics, Computations, Applications. An International Journal. 8(1), 47-65 (2017). DOI: 10.1615/CompMechComputApplIntJ.v8.i1.10.
