Разработка методов оценки адгезии и работоспособности антиадгезионных полимерных покрытий хлебопекарных форм тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

^ п к я ?

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

Т К Ш А Е 3 Михаил Владимирович

да 664.653.12

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ АДГЕЗИИ И РАГОТОСПОСОШОСТИ АНТИАДГЕЗИОШШХ. ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ФОРМ

Специальность 02.СО.II - Коллоидная и мембранная химия

Авгорефера.!

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

работа выполнена в Научно-производственном объединении хлебопекарной промышленности.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор А.Д.Зимон

Официальные оппоненты -доктрр химических наук, профессор -. .Д.С.Лычников...... ,

кандидат химических наук: профессор Ю.М.Евдокимов

Ведущая организация - Институт повышения квалификации

руководящих работников' и специалистов Комитета хлебопродуктов России

Защита состоится " 1992 г. в часов

на заседании спецаализировашюго Совета К 0о3.45.05 по специальности 02.00.11 - Коллоидная и мембранная химия - во Всероссийском заочном институте пищевой промышленности /109803, Москва, ул. Земляной вал, д. 73/ в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в .библиотеке института /Ульяновская ул., д. 32/. д.

Автореферат разослан " ¡Л(\ " 1992 г.

Учений секретарь Спецсоввта, кандидат химических наук, Д°Цент Васина А.Ф.

ТА-! I ОЩАЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РАКШ

!ссср1 -ций|

Актуальность работа. Одной из основных: задач современного хлебопекарного производства является экономия пищевых ресурсов. В процессе выпечкя хлеба происходит контакт теста с поверхностью технологического оборудования, который приводит к адгезионному взаимодействию. Повышенная адгезия теста во многих случаях вызывает безвозвратные потери пищевого сырья д требует специальных мер по предотвращений ее отрицательных последствий, предопределяет технологические реяаш и конструктивное оформление оборудования, а также выбор материалов для его изготовления.

Снижение или предотвращение адгезии обусловливает экономив продовольственных, трудовых и энергетических ресурсов. В хлебопекарной промышленности для покрытия форм используются термостойкие низкоэнергатическяе полимеры. Ангиадгезионные свойства полимерных покрытий реализуются в том случае, когда адгезия самлх покрытий к поверхностям технологического оборудования способна обеспечить существование и работоспособность этих покрытий. Поэтому возникает необходимость определения адгезии самих полимерных покрытий я ее сопоставление с когезией. Наряду с природой контактирующих тел, адгезия зависит и от площади контакта медду адгезивом и субстратом.

Сущее: .увздяе методы определения адгезии покрытий путем отрыва образца граниченного размера позволяют оценить адгезию лишь косвенно п< родством адгезионной прочност и не могут характеризовать фактам окуп величину адгезионного взаимодействия и практическую пригодность антиадгезионных полимерных покрытий.

Для оценки истинной адгезии необходимо изучить влияние на адгезию шероховатой поверхности и тем самым определить площадь фактического контакта между адгезивом и субстратом. Цель работы. Целью данной работы являются:

- выбор полимерных покрытий хлебопекарных фор»!, обладающих понл-

. женной адгезионной способностью к тесту в процессе выпечки хлеба; определение их термостойкзота;

- обеспечение работоспособности этих покрытий путем: оценки соотношения мевду адгезией и когезией; формирования площади контакта на шероховатой поверхности форм, оптимальное эначэ:ше которой определяли с помощью впервые разработанного неразрушакдего метода на основе ультразвуковой интерференционной спектроскопии.

Научная новизна. Получена аналитическая зависимость межу вр-змз-

нем обработки поверхности дробью ^ и параметром шероховатости

.'которая позволяет прогнозировать адгезию и работоспособность полимерных покрытий.

Установлена связь между адгезионной прочностью кремнвйорга-нических полимерных покрытий и параметром шероховатости .

При оптимальном значеши параметра шероховатости "г /значение , Еьше которого не- изменяется срок службы покрытий/., а значит и площади фшиического контакта между адгезивом и оубстра-том, срок службы покрытий зависит только от термостойкоота материала самих покрытий.'

Впервые для оценки площади фактического контакта ¿><рк мевду адгезивом и субстратом был использован неразрушаювдй м§тод контроля, основанный на ультразвуковой интерференционной спектроскопии.

Получена зависимость ультразвукового параметра ^пип, от параметра шероховатости , которую можно применять для оцгн-ки и контроля площади фактического контакта Зрк . Параметр характеризует истинную адгезию полимерных покрытий, от которой зависит срок их службы.

Практическое значение работы. Предложены и апробированы полимерные покрытия хлебопекарных форм, обладающие высокой термостойкостью и пониженной адгезионной способностью.к тесту в процессе выпечки хлеба.

Разработан ультразвуковой метод оценки и контроля площади фактического контакта Ярк между адгезивом и субстратом На основе интерференционной спектроскопии. В дальнейшем метод УЗИС может быть использован для оценка адгезии полимерных покрытий к шероховатой поверхности.

Оптимальное значение времени дробеструйной обработки хлебопекарных форм /время обработки, которое обеспечивает оптимальное значение / было внесено в технологические инструкции по нанесению полимерных покрытий на формы. Кремнийоргакические полимерные покрытая форм внедрены в £0 городах России. Автор выносит на защиту:

- метод оценки параметра шероховатости поверхности форм по времени дробеструйной обработки;

- подбор и определение термостойкости кремнийорганических полимерных покрытий для футеровки хлебопекарных форм;

- результата определения работоспособности полимерных покрытий путем оценки соотношения их адгезии и когезии;

- метод ультразвуковой интерференционной спектроскопии, позволяющий оценивать по величине параметра У^гЛг- площадь фактического контактаЗгрк между адгезавом и субстратом.

Апробация работа. Основные результаты работы докладывались:

- на международной научно-технической конференции "Стандартизация, метрология и физико-химические измерения в химической практике" /НРБ, Пловдаз, 1990/;

- на межреспубликанском семинаре по коллоидной химии и физико-химической механике пищевых и биоактивных дисперсных систем /Москва, 1991/;

- на ХХХУ научной конференция "Интенсификация научно-исследовательской работы ВЗИШа и пути ее перестройки при переходе к рыночной экономике" /Москва, 1991/;

- на У Всесоюзной научной конференции "Механика сыпучих материалов" /Одесса, 1991/.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в пяти публикациях, в том числе в двух авторских свидетельствах. Одна статья находится в печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из шести глав, выводов, списка литературы, включающего ЮЗ наименования работ отечественных и зарубежных авторов, 6 приложений и актов внедрения. Работа изложена на /'03 страницах машинописного текста, содержит 2.5 рисунков и /5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАВ0Ш

Во введе -ли обоснованы актуальность темы и направление исследований.

В обзоре литературы приведены основные представления об адгезии полимерных покрытий, принципы использования неразрушающих методов контроля, а также антиадгезионных полимерных материалов для покрытий хлебопекарных форм. Представлены особенности и классификация адгезии покрытий, анализ современных теорий, объясняющих прпчз.ны адгезии, роль площади контакта в формировании адгезионного взаимодействия.Показано, что наряду о природой контактирующих тел адгезия зависит от площади фактического контакта между адгезивом л субстратам, значение которой нельзя определить при помощи традиционных методов отрыва. При нарушении адгезии в процессе отрыьа покрытий невольно изменяется структура зоны контакта, а следовательно искажается и величина площади, контакта. Методы

неразрушакщэго контроля лишены этого недостатка. Они позволяют еыявйть несплошности в зоне контакта и тем самым определить площадь фактического контакта в.процессе адгезии. Дана классифика-' щя неразрушающих методов контроля. Показаны преимущества ультразвуковых методов перед остальными методами неразрушающего контроля. Проведено обоснование использования ультразвукового метода контроля; на основе интерференционной спектроскопии для .оценки площади фактического контакта S<p<между адгезивом и субстратом.

Возможность использования полимерных покрытий зависит не только от адгезии этих покрытий к хлебопекарным формам, но и от их термостойкости. В результате проведения анализа отечественных и зарубежных патентных и литературных источников показано, что в настоящее время синтезированы фторорганические и кремнийоргаша-ческие полимеры, которые по термостойкости достигают ü даже превосходят 400°С.

ОЕЬЕКШ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ввиду экономических а организационных трудностей по серийному выпуску по.лимерной основы покрытий, в настоящее время в хлебопекарной промышленности используются, разработанные нами совместно с ВНИИ синтетического каучука, три кремнинорганические рецептуры для футеровки форм. Это обстоятельство побудило нас выбрать в качестве объекта исследований указанные полимерные покрытия /табл.1/.

Таблица I Рецептура антиадгезионных покрытий

В Содержание компонентов, вес.части

покры--

Полкди- Полиме- Лесто- Метил- Бензин Ацетон Этил- Олиго-г метилси-тплфзнил- сил триаце- БР-I ацетат купро-

локсан железоси- токсиси- фосфор-

СКТН-А локсан лан силок-

МФ-IOOS K-I0C сан

СдКО

I 100 - - 7 100 - - • 0,6

2 100 - 8 - 80 - -

3 - - 100 12 - • - 300 ' -

Структурные формулы полимерной основы ка.адого из указанных покрытий приведены в табл.2.

Таблица 2

Структурные формулы полимерной основы

№

покрытия

Название

Юрмула

1 Полидаме тилсилоксан

с/стн-А

2 ПолиметилФенилжелезо-силоксан Мф-1до$С

СЪ - с^

Н-О-Зс—о-Я- -О-М

I.

Я* гснл

Н-О-И-О-Ре

Кремлийорганический блоксополимер-лес тосил

сИ3

г <2/4" . .1-

к-о-

■Ц-О-

п.

а.

■и

В качестве субстрата в работе был использован алюминиевый сплав марки АД1М.

Исследования термостойких овойств полимерных покрытий проводили методом термограниметрии на приборе дзриватограф системы Ф.Паулик, й.Пауллк, Л.Эрдеи. По потерям веса образца полимерного покрытая оценивали его термостойкость. Для определения ресурса ходимости полимерных покрытий испытания на дериватографе проводили при постоянной температуре 250°С, то есть при температуре выпечки хлеба. На основании получешшх данных расчитывался прогнозируемый срок службы покрытий.

Испытания ю определению когезионной прочности полимерных покрытий прово;,лли методом нормального отрыва на разрывной машине с силоизмерите. .м. Когезионная прочность характеризуется условным и истинны:,1 зна- >нннмл. Условную догезионную прочность /о в Па вычисляют по формуле

где гр - сила, вызывающая разрыв образца н; П - среднее значение первоначальной толщины образца, и; о -на образца, м.

Истинную когезионную прочность Рког в Па вычисляют по формуле

первоначальная шири-

где

С^о- относительное удлинение,

3

ё - -/00, /3/

Со

где вр _ длина рабочего участка образца в момент разрыва, м; первоначальная длина рабочего участка образца, м. Условная когезионная прочность ¿-р представляет собой функцию трех приближенно измеряемых аргументов ^ , п. и О .

Относительная погрешность

где Ь^р - абсолютная погрешность.

Истинная когезионная прочность гко г. вычисляется согласно уравнения

Относительная погрешность

где д1~ко£- абсолютная погрешность.

Используя теорему, согласно которой относительная погрешнос произведения равна суше относительных погрешностей сомножителе! а относительная погрешность частного равна суше относи тельных погрешностей делимого и делителя получаем следующую формулу

таг-^^^Л^,^ . /8/

Для расчета оценки абсолютных погрешностей воспользовались методикой, именуемой стьюдентовским подходом.

В результате проведенных расчетов относительная погрешност: данных определения когезиошшй прочности 8Рхег исследуемых покр) тий не превышает 755.

Исследование шероховатости поверхности субстрата проводили на про&илографе-профилометре мод.201, изготовленном заводом "Пади бр". Основным параметром, характеризующим шероховатость повер;

ности является показатель - высота неровностей профиля по десяти точкам:

О = Х,1Нтак1!+ ЦУ™;! лг г , /9/

где Итах1 - высота I -го наибольшего выступа профиля;/^/?*'- глу-бзпа :1 -й наибольшей впадины профиля.

" Поверхность субстрата обрабатывали в дробеструйном агрегате стальной дробью размером 0,0002 м при давлении сжатого воздуха 0,4-10®Па. Время обработки составляло от 5 до 20 секунд.

Абсолютная погрешность шероховатости определялась по формуле

л& Ыс /Г^т /10/

где ^ - количество опытов; - статистическое среднее

В результате проведенных расчетов по определена погрешности шероховатости при различной длительности дробеструйной обработки субстрата оказалось, что относительная погрешность не превышала 5%.

Определение адгезионной прочности полимерных покрытий проводили методом нормального отрыва на разрывной машине с силоизмери-телем. Адгезионная прочностьрот1) рассчитывается на единицу площади номинального контакта:

где сила отрыва, н; площадь номинального контакта,

м2.

Полимерные покрытия наносили на подготовленную поверхность субстрата в виде растворов в органических растворителях методом полива и с помощью распылителя, работающего на сжатом воздехе. Давление сжатого воздуха составляло 0,15-10%а и 0,20*106Па. Покрытия получали толщиной: 60; 100; 300 и 500 мкм.

Абсолютная погрешность при измерении адгезионной прочности полимерных покрытий рассчитывается по формуле:

/гз/

Относительная погрешность (Г/^у адгезионной прочности рассчи-

тывается на основе теоремы об относительной погрешности частного и произведения

д Ротр ~ : ^ /14/

или 8 Рот/'

Относительная погрешность адгезионной прочности покрытий составила 1,48$.

Оценка площади фактического контакта мевду адгезивом и субстратом проводилась на оригинальной установке методом ультразвуковой интерференционной спектроскопии /УЗЖ/. На рис.1 приведена блок-схема устройства для реализации контроля по методу УЗЖ.

Рис.1. Блок-схема устройства по методу УЗИС; 1-генератор коротких импульсов; 2-широкополосный усилитель; 3-временной селектор; 4-анализатор спектра; 5-генератор задержанных синхроимпульсов; 6-генератор радиоимпульсов; 7-широкополосный преобразоваталь 8-контролируемое изделие /С-субстрат, А-адгезяв/.

Сущность метода контроля на основе использования УЗИС состоит в следующем. Устанавливают широкополосный преобразователь 7, работающий в полосе частот от ,2МЕц до 7МГц, на контролируемое изделие 8 и возбуждают его генератором I коротких импульсов. Преобразователь 7 излучает в изделие 8 ультразвуковые колебания с определенной максимальной частотной составляющей^^ спектра, например, 4,6МГц, распространяясь в изделие 8, отражаются от поверхности контакта адгезива и субстрата и возвращаются к преобразователю 7, который их принимает и. преобразует в электрический рабочий эхо-сигнал. Затем рабочий ахо-сигнал усиливается широкополосным усили-

телем 2 и через временной селектор 3, который его селектирует от других мешающих сигналов, поступает на входы генератора 5 и анализатора 4 спектра.

Генератор 5 формирует синхроимпульсы с задержкой во времени относительно рабочего эхо-импульса, которая выбирается из соотношения и составляет 4,6МГц - 0,2 мкс. Этот синхроимпульс запускает генератор 6, который формирует опорные импульсы, амплитуда которых равна амплитуде рабочего эхо-импульса, а спектр шире, чем спектр рабочего эхо-импульса.

Анализатор 4 спектра определяет суммарный спектр рабочего эхо-сигнала я опорного импульса, в суммарном спектре наблюдаются максимумы и минимумы. Для характеристики поверхности контакта ад-гезава и субстрата была выбрана величина -^рип, первого частотного минимума суммарного спектра.

*Шкям образом, метод контроля с использованием УЗИС основан на анализе суммарного спектра двух интерферирующих импульсов -опорного импульса д. рабочего эхо-сигнала, нзсудаго информацию о площади контакта адгезива и субстрата.

Для определения срока службы полимерных покрытий ресурсные испытания проводили на расстойно-печном агрегата ХПА-40 Ногииско-го хлебокомбината. На подготовленную рабочую поверхность хлебопекарных форд с различной шероховатостью были нанесены поливом и с помощью распылителя, работающего на сжатом воздухе /давление О Дб-Ю^Па/, полимерные покрытия на основе СК'Ш-А, М£-М02, лесто-сял. В течение всего срока испытаний за опытной партией форм на-.а велся Еизуальный контроль.

изучение термостойких свойств полимерных покрыщй

При температуре 250°С происходит термоокислительная десгрук-вдя полимера, -которая характеризуется потерей его веса,снижается молекуляркнй вэс, прочность, эластичность, антиадгезионные свойства и т.д. Для полимерных покрытий хлебопекарных форм критической потерей веса является величина 30$, выше которой хлеб начинает залипать к фордам.

Зависимость потери веса^/тг- покрытий от температуры /'представляет собой -2 -образную возрастающую кривую. Подобной кривой может соответствовать функция

Л т = ДехрЕ- Т7/200°С /16/

где А и </у - искомые параметры. , , .

В результате определения параметров * и <*- уравнения /16/ с помощью метода наименьшие квадратов, получили следующие зависимости:

- для полимерного покрытия на основе СК'Ш-А.

4 пи = 27фГехрС'&<>/(г~

Среднее квадратическое отклонение

- для полимерного покрытия на основе МФ-100Н

Среднее квадратическое отклонение 5,0% '

- для полимерного покрытия на основе лестосил

лпь -- mexpC-4£o/(Т-2м)]

Среднее квадратическое отклонение Z-= 6,5$

/17/

/18/

/19/

/20/

/21/

/22/

Получешше зависимости -¡111 /19/, /21/ ьместе с экспериментальными данными изображены на рис.2. . й/п-//.

70

го£> г£ъ

Зео

<U>o 4SI) svo ям баз Т. С

Рис.2. Зависимость потери веса полимерных покрытий от температуры. Основа покрытий: I - СК'М-А, 2 - М'МООЕ, 3 - лестосил; х, • , а - экспериментальные данные.

30%-я потеря веса образцов полимерных покрытий на основе СКШ-А наблюдается при 440°С, на основе МФ-1С0Е при 480 С и на основе лестосил при 540°С. По термостойкости исследуемые полимерные покрытая располагаются в следующей последовательности:

на основе лестосил

>

на основе МФ-ЮОЯ

>

на основе СК'Ш-А

Прогнозируемый срок службы полимерных покрытий Са определяется из соотношения . _

Са = -ТгЛтГ /23/

N•30 ,

где - время 30%-й потери веса полимера при 250°С, час.; /V - количество циклов выпечки в сутки.

Работоспособность полимерных покрытий, при 250°С характеризуют следующие данные:

Время ЗОЙ-й потеси веса Прогнозируемый срок полимера при 250еС, службы покрытия,

Ю'о /мес/

Параметры

СКШ-А

МФ-ЮОЯ

лестосил

с./час/

5,40 /1500/ .

6,48 /1600/

7,56 /2100/

1,089 /4,2/ 1,296 /5,0/ 1,и04 /5,8/

Полученные данные позволили обосновать оптимальное значение адгезионной прочности покрытий, по достижению которого срок слу:*-бы зависит только от термостойких свойств материала самих покрытий. Адгезия настолько значительна, что не определяет срок службы покрытий.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ К0ГЕЗИ0НН0Й ПРОЧНОСТИ ПОКРЬШЙ

Перед определением технологических параметров, обеспечивающих оптимальную адгезионную прочность полимерных покрытий , необходимо измерить их когезионную прочность .

Результаты испытаний по определению когезпонной прочности полимерных покрытий приведены в табл.3.

Таблица 3

Когезионная прочность полимерных покрытий

основа Условная когези- Относительное Истинная когезионная покрытий он^ая пряность удлинение , прочноеть , 1041 а

СКШ-А 0,417

20

0,5004

Продолжение таблиц» 3

I 2 3 4

МФ-ЮОК 2,133 40 2,5300

лестосил 2,200 60 3,5310

Сопоставление когезии и адгезии возможно только после оценки влияния шероховатости поверхности субстрата на величину адгезионного взаимодействия.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ СУБСТРАТА

В зависимости от времени дробеструйной обработки шероховатость субстрата имеет следующие значения

Время обработки поверхности дробью ТУ > ^ 0 8 10 .. 15 .20

Значения параметра ,

мкм 1,60 18,0 24,00 35,00 48,17

Обнаружена линейная зависимость между временем обработки и параметром шероховатости /(¿^

/Рг =зззч-г.2гтг

Среднее квадратическое отклонение оказалось равнш 2,2 мкм, что позволяет с достаточно высокой точностью использовать уравнение /24/ как интерполирующую формулу для прогнозирования значений параметра шероховатости субстрата ^¿г при различной длительности обработки поверхности в диапазоне от 5 до 20 секунд.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ

Для полимерного покрытия на основе СКТН-А адгезионная прочность, ¡-олу при параметре шероховатости равным 1,6 шил в зависимости- о.т толщины покрытия составляет

Толщина покрытия, мкм 60 100 300 500

О^А О^Еб 0^17 0^20 0.14 0,15 0,17 0,20 Примечание: числитель - при формировании покрытия поливом; знаменатель - распылителем. Наблюдался' адгезионный тип отрыва. Способ формирования покрытий

не оказывает влияние на адгезионную прочность. При увеличении площади фактического контакта между адгезавом и субстратом /шероховатости субстрата/ наблюдался когезионный тип отрыва и поэтому определить зависимость адгезионной прочности покрытая на основе СК1Н-А от шероховатости поверхности не представлялось возможным.

В ходе проведенных исследований была получена зависимость адгезионной прочности полимерных покрытий на основе МФ-ЮОЖ и

Рис.3. Зависимость адгезионной прочности полимерных покрытий от шероховатости субстрата при формировании покрытия с использованием распылителя; основа покрытия: а - МФ-ЮОН, б -леогосил; толщина покрытия в мкм: I - 60, 2 - 100, 3 - 300, 4 - 500.

Адгезионная прочность полимерных покрытий нелинейно зависит от параметра Яг /характеризующего плоцадь контакта адгезива и субстрата. При увеличении шероховатости ^г- наблюдается рост адгезионней прочности F0j>, причем, начиная с некоторого значения

/Сг , изменение незначительно, что можно объяснить асим-

птотической стабилизацией площади контакта при больших значениях

/ег . .

С ростом толщины покрытий d адгезионная прочность незначительно растет в выбранном для измерения диапазоне /от до с//пах /.

Полученной зависимости Fetvp от и с/ может соответствовать функция

Рс^а^^с/^^^-^-^^^уё, /25/ - некоторые искомые коэффициенты.

Среднее квадратическое отклонение для покрытия на основе Мф-ЮОЯ - 0,0Г-10%а, для покрытия на основе лестосил -0,015-Ю6 Па, что составляет 0,4$ от медианной адгезионной прочности покрытий.

Адгезионная прочность покрытий, сформированных с использованием распылителя, работающего на сжатом воздухе /давление О,Iö-IO^Ia/,незначительно превышает . адгезионную прочность покрытий, нанесенных поливом. Дальнейший рост давления контакта /давление сжатого воздуха 0,20-10%а/ не приводит к росту адгезионной прочности полимерных покрытий.

Истинная адгезия определяется свойствами покрытия и поверхности и не зависит ог толщины адгезива. Часть внешнего усилия, определяющего величину адгезионной прочности, приходится на деформацию образца. Чем толще образец, тем больше это усилие, что подтверждается сведениями, приведенными на рис.3. При увеличении толщины полимерного покрытия растет, деформационная составляющая адгезионной прочности, в результате чего последняя также увеличивается.

Максимальный срок службы полимерных покрытий будет наблюдаться, когда реализуется адгезионный тип отрыва адгезива, а также при оптимальной адгезионной прочности в случае адгезионного типа отрыва. В том и другом случае срок службы полимерных покрытий не зависит от их адгезии, а определяется термостойкостью материала покрытий.

Для определения типа отрыва полимерных покрытий ог субстрата необходимо прозести нормирование адгезионной прочности.

Нормированная адгезионная прочность h-ц составляет

где Fomf - оптимальная адгезионная прочность покрытий, Па; когезионная прочность покрытий, Па.

Перед проведением нормирования адгезионной прочности необходимо определить оптимальное значение параметра , обеспечиваю-цае оптимальную адгезионную прочность. .

ОЦЕНКА СЕАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ КОНТАКТА. АДГЕЗИВА И СУБСТРАТА.

МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

В результате проведенных испытаний была установлена зависимость ультразвукового параметра f/nia, от шероховатости субстрата /рис.4/.

та ; покрытия формировались распылителем.

С увеличением шероховатости субстрата rfg растет параметр fmin, и адгезионная прочность /рис.3/, что свидетельствует о возможности при помощи параметра J-rn4n~- оценивать влияние шероховатости поверхности на величину адгезионного взаимодействия.

Увеличение давления контакта /формирование покрытий с использованием распылителя при давлении сжатого воздуха 0,15«10%а/ повышает параметртакже, как и адгезионную прочность покрытий.

Полученные значения параметраjr/^V для трех исследуемых кремнийорташческих покрытий идентичны, тшс как эти покрытия яз-ляются полимерами одного класса, при их нанесении на поверхность субстрата используются составы одинаковой вязкости и они формируют^ равновеликую площадь контакта.

С ростом толщины адгезива наблюдается увеличение адгезионной прочности,а параметр^/лг/г-остается неизменным. же как и истинная адгезия, параметр^/ъ/я- зависит только от природы адгезава и субстрата и площади фактического контакта между ними а не' зависит от толщины покрытия.

Параметрхарактеризует истинную адгезию, от которой зависит срок службы полимерных покрытий.

Полученная зависимость параметра¿/W/z-ot шероховатости субстрата ^ /рис.4/ является по существу калибровочной кривой. Любому, в том числе и оптимальному значению шероховатости, соответст-. вует определенная величина параметра -frrun. . по параметру -frvin-можно контролировать величины шероховатости субстрата /fe , а значат и оценивать -оптимальную адгезию.

Таким образом, метод УЖС позволяет, используя калибровочную

кривую, по параметру оценивать, а также контролировать пло-

щадь фактического контакта между адгезивом и субстратом. При этом площадь контакта характеризуется шероховатостью субстрата ^ .

ПРОВЕДЕНИЕ РЕСУРСНЫХ ИСПЫШИЙ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТОЙ В ОПЫтО-ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

В результате проведенных опытно-промышленных испытаний была определена зависимость срока службы полимерных покрытий от шероховатости субстрата /рис.5/.

ховатоста субстрата; основа покрытий: I -СКШ-А, 2 -№4>-100Н, 3 - лестосил.

Шероховатость субстрата мо:шо принять за оптимальное значение, выше которого прекращается рост срока службы покрытий. Оптимальное значение шероховатости субстрата для крекнийорга-нических полимерных покрытий составляет 30 мкм /рис.&/..При оптимальном значении шероховатости наблюдается оптимальная адгезия полимерных покрытий. При шероховатости ^ выше 30 мкм срок службы покрытий обусловлен свойствами материалов самих покрытий.

Таким образом, оптимальная шероховатость позволяет погасить отрицательные свойства антиадгезионных полимерных материалов к поверхностям, выполняющим роль субстрата, и обеспечить работоспособность покрытий.

Ресурсные испытания позволили сопоставить фактический срок службы покрытий с прогнозируемым сроком. Результаты этого сопоставления следующие:

Основа покрытия Прогнозируемый Фактический срок срок,службы,мео. службы,кес.

СКШ-А 4,20 4,18

МФ-ЮОН 5,00 4,90

лестосил 5,80 5,70

Практическое совпадение прогнозируемого и фактического срока службы является еще одним подтверждением возможности выбора работоспособности покрытия по оптимальному параметру шероховатое-То .

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Провэденные исследования позволяла по оптимальному значению паршетра ^определить оптимальную адгезионную прочность, виде которой работоспособность обусловлена свойствами материала покрытий. Оптимальная адгезионная прочность в зависимости ОГ толщины покрытий приведена в табл.4.

Т&блица 4

Оптимальная адгезионная прочность полимерных покрытий в зависимости от толщины покрытия

Основа- Оптимальная адгезионная прочность з 10ьПа при гол-покрытия щине покрытий в шел

60 100 300 500

МФ-ЮОН 2,30 2,35 2,40 2,50

лестосил 2,65 2,75 2,85 2,95

На рис.6 приведена зависимость нормированной адгезионной прочности полимерных покрытий от толщина покрыгия.

V'

0,9..

ОЛ.. 0.7-

О--1-1-Н-А-А ,

/со лоо зоо ш ¿ее

Рис.6. Зависимость нормированной адгезионной проч..ости Ьн полимергпас покрышЛ от толщины покрытия Ы ; основа покрыгия: I - Мй>-1001£, 2 - лестосил.

Во всех случаях Л-н < I, что свидетельствует об адгезионном типе отрыва,.то есть в процессе эксплуатации сохранится целостность покрытия и его работоспособность.

Увеличение толщины полимерных покрытий незначительно увеличивает нормированную адгезионную прочность. В исследуемом диапазоне толщины покрытия /от 60 до 500 мкм/ нормированная адгезионная прочность кн значительно ниже I. Поэтому повысить 4уД° значений выше I /чтобы получить когезионный тип отрыва/ за Ьчет увеличения толщины покрытий не представляется возможным.

На основе зависимости параметра^пип- от шероховатости субстрата /рис.4/ определяем значение параметра 7¿min-, соответствующее оптимальному значению шероховатости , которое для крем' ни¿органических полимерных покрытий хлебопекарных форы составляет 3600 кГц. .

Таким образом, показана принципиальная возможность считать метод У SIC универсальным для контроля адгезии покрытий на шероховатой поверхности, а параметр ^/гип^ использовать для определения

оптимальной и истинной адгезии.

Используя полученную нами аналитическую зависимость /24/, определили оптимальное время дробеструйной обработки хлебопекарных корм, которое составляет 12 секунд. Указанное значение времени обработки форм было внесено в действующие технологические инструкции по нанесению полимерных составов на основе СКШ-А, Ш>-1002 и лестосил на хлебопекарные формы.

Экономический аффект от использования оптимального значения времени дробеструйной обработки хлебопекарных форм на Ногинском хлебокомбинате сосгзенл III60 рублей в год. Учитывая наличие в стране около 50 специализированных участков по нанесешш на хлебопекарные формы полимерных покрытий, ожидаемый-экономический эффект от оптимальной шероховатости форм составит свыше 500 тыс. рублей в год/ в ценах 1990 года/.

Таким образом, ультразвуковой параметр -fm^u, равный 3600 кГц, позволяет контролировать оптимальную шероховатость поверхности форм, а значит и адгезионную прочность полимерных покрытий.

При соблюдении идентичных условий формирования покрытий' /вязкость исходного полимера, способ нанесения и" т.д./ метод контроля оптимальной адгезионной прочности по пасаме тру-//щ'а. и его конкретному значению может быть универсальным.

ВЫВОДЫ

1. Определены термостойкие свойства трех крешшйорганичес-ких полимерных покрытий, доступных для футеровки хлебопекарных форм, что позволило рассчитать срок их службы при выпечке хлеба и подтвердить этот срок ресурсными испытаниями.

2. Получена зависимость между временем обработки ТГ.поверхности дробью и параметром шероховатости ¿г- субстрата, которая определяет требуемое' значение длительности обработки хлебопекарных форм, равное 12 секунд.

3. Определены условия дсстйжения оптимальной адгезионной прочности за счет параметра ^ , когда работоспособность покрытия обусловлена его термостойкостью и не зависит от адгезии.

4. Впервые разработан, апробирован и внедрен оригинальный метод неразрушающего контроля адгезионного взаимодействия полимерных покрытий в зависимости от шероховатости поверхности на основе ультразвуковой интерференционной спектроскопии.

5. Установлена связь мевду параметром ультразвукового метода £пиги\\ шероховатостью поверхности что позволило оценить площадь ф1ктаческого контакта мевду адгезивом и субстратом, а по величине параметра.^»//!-, разного 3600 кГц, прогнозировать адгезию и срок службы полимерных покрытий.

6. Опытно-промышленные испытания подтвердили, что ультразвуковой параметр^Лл/'/г- , которому соответствует оптимальный параметр равный 30 мкм, и оптимальная адгезионная прочность, может служить объективным параметром оценки работоспособности полимерных покрытий.

7. Результаты проведенной работы были апробированы на Ногинском хлебокомбинате и внедрены в 50 городах России. Экономический эффект на Ногинска.! хлебокомбинате составил 11160 рублей в год в ценах 1990 года.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. "Бшаев м.В., Шапкина И.Ф. и др. Авторское свидетельство №805970. Антяадгезионный состав для предотвращения прилипания пищевых продуктов к рабочим органам технологического оборудования. Бюллетень Госкомитета по делам изобретений и открытий $7,1981.

2. Ишаев М.В., Шапкина И.ф.и др. Авторское свидетельство ШЭ3144. Антиадгезионный состав для предотвращения прилипания' хлебных и мучнисто-кондптерских изделий к рабочим органам технологического оборудования. Бюллетень Госкомя твта по делам изобре-

тений и открытий №5, 1981.

3. ИшаевМ.В., Шапкяна И.Ф. Новый антиадгезионный материал для выпечки хлебобулочных и мучнистых кондитерских изделий. Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1987, №11 , с.49.

4. Зимон А.Д., Лярский Н.В., "йшаев М.В. Определение адгезш и аутогезии неразрушающимн методами //Таз.докл. Международной научн.техн.конф. Стандартизация, метрология и физико-химические измерения в химической практике, Пловдив, 1990, с.38.

5. Замон А.Д., Тйшаев М.В., Иоффе С.М., Лярский Н.В. Нераз-рушающие методы адгезномвтрин //Твз.докл. У Все союзы, научн.коиф. Механика сыпучих материалов, Одесса, 1991, с.42.