Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых покрытий с увеличенным коэффициентом теплопроводности для защиты поверхности бытовых радиаторов и промышленных конвекторов.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
энергосбережение, приборы отопление, радиаторы электроосаждение, электролиз, электрофорез, металлополимеры

Цель проекта:
1. Проблема, на решение которой направлен проект, состоит в увеличении эффективности использование тепла при отоплении жилых помещений и промышленных зданий. Известно, что на отопление тратится около 30% общего расхода энергии. Традиционно нагрев осуществляется с помощью отопительных приборов, которые для защиты от коррозии и придания хорошего внешнего вида покрываются лакокрасочными покрытиями, обладающими низкой теплопроводностью. Известно, что теплопередача зависит, прежде всего, от теплопроводности поверхности. Поэтому создание покрытий с увеличенной теплопроводностью актуально, т.к. это приводит к снижению затрат на отопление. 2. Целью проекта является создание металлополимерных покрытий и технологии их получения для защиты поверхности бытовых радиаторов и промышленных конвекторов с целью увеличения теплоотдачи.

Основные планируемые результаты проекта:
1.
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной литературы и нормативно-технической документации, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, на базе чего выбрано направление исследований. Процесс получения металлополимерных покрытий сочетанием в едином технологическом процессе электроосаждения на катоде олигомерных электролитов с электролитическим осаждением металлов является новой физико-химической методикой формирования металлополимерных покрытий, позволяющий получать металлополимерные покрытия непосредственным введением металлических частиц в полимерную матрицу in situ.
Произведен выбор объектов, направления исследований и способов решения поставленных задач. В качестве полимерного компонента для исследования нами был выбран пленкообразователь. В качестве металлической фазы были выбраны никель и медь в виде ацетатов. Также были выбраны и обоснованы направления исследований, способы решения поставленных задач и методы исследования, которые базируются на базе современных физико-химических методах исследования и стандартных методиках ГОСТ, принятых в лакокрасочной и гальванической технологиях.
Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы, на основе рассмотрения процессов, протекающих при формировании металлополимерного покрытия методом электроосаждения. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.
На основании разработанной программы и методик проведения исследований было проведено экспериментальное изучение механизма формирования медь –полимерных, никель- полимерных и совмещенных медь-никель-полимерных покрытий совместным электроосаждением на катоде из водных композиций на основе полиэлектролитного плёнкообразователя и солей металлов. Установлено, что в этих условиях формируются металлополимерные покрытия с наноразмерной структурой, обеспечивающей сочетание высокой твёрдости и прочности с эластичностью за счёт образования фрактальных кластеров наноразмерных металлических частиц при их электрохимическом восстановлении на катоде. При этом была установлена взаимосвязь между составом смешанного электролита с параметрами электроосаждения и свойствами получаемых покрытий, произведен выбор оптимального состава смешанного электролита и условия электроосаждения, обеспечивающие повышенную теплопроводность, увеличенную твёрдость и антикоррозионную защиту. Предложенное совместное электроосаждение металлов и полиэлектролитов на катоде может рассматриваться как новая физико-химическая методика получения композиционных металлополимерных покрытий.
В результате разработаны новые никель-полимерные покрытия, обладающие уникальными защитными свойствами и износостойкостью, медь-полимерные покрытия, имеющие более, чем в три раза высокую теплопроводность, а также медь-никель-полимерные покрытия, сочетающие высокую теплопроводность с повышенной антикоррозионной защитой.
Были получены экспериментальные образцы полученных металло-полимерных покрытий, которые были подвергнуты широким испытаниям на основании разработанной программы. Свойства новых полученных покрытий сравнивали с полимерными покрытиями, полученными в аналогичных условиях. Полученные металлополимерные покрытия по сравнению с чисто полимерными являются более теплопроводными, износостойкими, на три порядка более твердыми и коррозионноустойчивыми.
Разработан лабораторный технологический регламент на процесс получения теплопроводящих медь-никель-полимерных покрытий.
Проведена технико-экономическая оценка полученных результатов.
Разработаны рекомендации и предложении по коммерциализации результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
Разработан проект технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка технологического процесса получения теплопроводящих медь-никель-полимерных покрытий».
2. Полученные никель-полимерные покрытия по сравнению с полимерными, полученными методом катодного электроосаждения являются износостойкими, обладают повышенной антикоррозионной защитой, повышенной твёрдостью при сохранении высокой эластичности, но увеличивают теплопроводность всего на 20 % Полученные медь-полимерные покрытия обладают по сравнению с полимерными более, чем в 3 раза повышенной теплопроводностью, но по своим защитным свойствам могут быть рекомендованы для применения в условиях УХЛ-4 (внутри помещений). Хотя они лучше, чем у полимерных покрытий.
Созданные медь-никель-полимерные покрытия сочетают высокую теплопроводность (более, чем в 2 раза выше, чем у полимерных покрытий) с хорошими защитными свойствами. Они могут быть рекомендованы к эксплуатации в условиях У1 (открытая атмосфера).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В рамках проекта созданы теплопроводные металлополимерные покрытия и технология их применения для окраски промышленных нагревательных приборов (радиатор и конвектор) готовые к внедрению на существующих линия окраски электроосаждением без дополнительных капиталовложениях. Подтвержденный суммарный эффект увеличения теплоотдачи для 8-и секционного радиатора и двухтрубного 0,8 м конвектора составляет 25%.
2. На основании проведенных патентных исследований установлено, что способ сочетания гальванического процесса электролитического осаждения металлов с катодным электроосаждением полиэлектролитов не имеет аналогов. Также не обнаружено и композиций для получения металлополимерных покрытий методом катодного электроосаждения.
3. Способ и методика получения теплопроводной медь- полимерной композиции ранее нигде в мире не была описана. Аналогов работ по получению покрытий при совмещении (insitu) электроосаждения на катоде олигомерных электролитов с электролитическим осаждением металлов не обнаружено.
4. Ограничений и рисков использования разработанных покрытий нет, т.к. оборудование для окраски остается существующее, изменяется только технологические параметры нанесения

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. При внедрении разработанного покрытия промышленность будет выпускать приборы с улучшенными на 15-20% тепловыми характеристиками, которые получаются за счет изменения коэффициента теплопроводности. Это обеспечивается как уменьшением толщины покрытия, так и образованием покрытия с другими теплопроводящими характеристиками. При этом защитные и антикоррозионные свойства покрытий не только не уменьшаться. В результате производства бытовых радиаторах и промышленных конвекторах с новым покрытием может произойти уменьшение металлоемкости изделия (уменьшение площади теплоотдающей поверхности) на 10-15% , что в свою очередь уменьшит стоимость производимой продукции.
2. Для коммерциализации полученных результатов в рамках Соглашения о субсидии заключен договор с индустриальным партнером ЗАО «ОИФ-компания». Разработанные покрытия и технология их получения будут готовы для внедрения на существующих линия окраски электроосаждением на предприятиях производящих бытовые радиаторы и конвекторы. С учетом того, что в Центральном федеральном округе РФ существую шесть заводов, производящих указанную продукции, в объеме 6,5 млн. штук/год , то рынок для внедрения разработанных покрытий наличествует.В настоящий момент с разработанной медь-полимерной композицией проводятся экспериментальные окраски новых конвекторов на опытной линии в ОАО «САНТЕХПРОМ» г.Москва.
3. Результаты ПНИ, а именно фундаментальные закономерности и экспериментальные методики получения металлополимерных покрытий получаемых электроосаждением на катоде, являются абсолютно новым направлением получения композиционных покрытий, не имеющим мировых аналогов.
Полученные данные дают направление в разработке металлополимерных покрытий с использованием другого набора металлов и классов полиэлектролитов. Полученные результаты также интересны с точки зрения образовательного процесса в области технологии полимерных и гальванических покрытий.
4. В рамках выполнения проекта проведено участие в 5 международных конференциях. Полученные результаты при выполнении проекта интересны для международного сотрудничества в области создания и разработки новых технологий окраски.

Текущие результаты проекта:
Выполнены все работы указные в ТЗ и КП Соглашения о субсидиях.
Удалось найти и определить оптимальные условия совместного электроосаждения на электроде полимерного электролита и солей меди и никеля из их смешанного электролита и оптимальный состав последнего. Изучены свойства, структура и морфология покрытий. На основании изучения механизма формирования медь-никель-полимерных покрытий при электроосаждении смешанного электролита предложены научные основы управления составом, структурой покрытий, теплопроводящими, физико-механическими и другими эксплуатационными свойствами покрытий.
Получены экспериментальные образцы покрытий и проведены широкие испытания их свойств. Разработан технологический регламент получения теплопроводных медь-полимерных покрытий.
Поданы две заявки на патенты РФ. Опубликованы и приняты к публикации четыре статьи в изданиях, реферируемых в базах SKOPUS и WEB of Science. Разработанное покрытие готово к внедрению на предприятиях, производящих окраску бытовых отопительных приборов, и на одном из них (ОАО «Сантехпром» г.Москва) с разработанной медь-полимерной композицией проводятся экспериментальные окраски новых конвекторов на опытной линии.