Реновация распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей с использованием полимерных композиционных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Славкина Виктория Эдуардовна

• Славкина Виктория Эдуардовна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Славкина Виктория Эдуардовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Обзор способов опрыскивания

1.2 Анализ типов распылителей

1.3 Анализ особенностей работы распылителей

1.4 Обоснование выбора материалов для изготовления распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей

1.4.1 Полимеры, применяемые для изготовления распылителей

1.4.2 Обзор дисперсных наполнителей

1.4.3 Модификация наполнителей

1.5 Основные этапы исследований

Выводы по главе

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРООБРАЗИВНОГО ИЗНОСА РАСПЫЛИТЕЛЯ

Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика изготовления исследуемых образцов

3.2 Методика исследования вязкости

3.3 Методика измерения показателя твердости

3.4 Методика измерения показателя механической прочности

3.5 Методика исследования показателя химической стойкости

3.6 Модифицирующая обработка компонентов ПКМ с применением компатибилизатора

3.7 Модифицирующая обработка компонентов ПКМ низкочастотным магнитным полем

3.8 Методика исследования влияния компатибилизатора на качественный состав полимерных композиционных материалов при помощи ИК-спектроскопии

3.9 Метод электронно-растровой микроскопии

3.10 Метод моделирования атомно-силовой микроскопии

3.11 Методика исследования распределения частиц наполнителя на поверхности образцов методом люминесцентной микроскопии

Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Результаты экспериментальных исследований образцов без модификации наполнителя в зависимости от его типа и содержания

4.1.1 Результаты определения показателя вязкости полимерных композиционных материалов

4.1.2 Результаты определения твердости полимерных

композиционных материалов

4.1.3 Результаты определения физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов

4.1.4 Результаты исследования химической стойкости полимерных композиционных материалов

4.1.5 Стендовые испытания распылителя

4.2 Результаты экспериментальных исследований образцов с различными типами модификации наполнителя для полимерных композиционных смесей, наполненных карбидом кремния

4.2.1 Результаты определения динамики мощности наведенного магнитного поля

4.2.2 Результаты инфракрасной спектроскопии

4.2.3 Результаты исследования распределения частиц дисперсного наполнителя на поверхности образцов полимерных композиционных материалов в зависимости от типа модификации и способа изготовления образцов

4.2.4 Результаты определения сопротивления абразивному износу полимерных композиционных материалов

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЯ РЕНОВАЦИИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОПРЫСКИВАТЕЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Вывод по главе

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Патент на изобретение

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт опытно-промышленного внедрения

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акт о внедрении результатов работы

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Диплом «Золотая осень»

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Маршрутная карта

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В современных условиях получение высокой рентабельности в растениеводстве невозможно без применения эффективных систем комплексной защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорной растительности. Одним из наиболее широко применяемых способов обработки является опрыскивание. По сравнению с другими методами, такими как фумигация или опыливание, данный способ обеспечивает более экономичный расход препаратов, их равномерное распределение по обрабатываемой поверхности и эффективное проникновение действующего вещества через листовой аппарат растений. Дополнительным преимуществом опрыскивания является значительно меньший снос рабочего раствора по сравнению с опыливанием.

Оценка эффективности работы опрыскивателей достигается по ряду критериев, превалирующими из которых являются качественные показатели. Дополнительными факторами оценки эффективности являются увеличение расхода рабочей жидкости и уменьшение потери пестицидов, а также увеличение скорости обработки растений. Достижение этих целей в первую очередь зависит от множества состояний основных рабочих органов.

Из-за того, что пополнение запасов воды для процесса опрыскивания часто осуществляется путем извлечения из природных водоемов, содержащих абразивные частицы в виде песка, то ускоряется износ распылителей. При подаче воды через распылители постепенно увеличивается износ их сопла, что в свою очередь приводит к увеличению расхода рабочей жидкости.

При рассмотрении вопроса об эффективности использования опрыскивателей необходимо уделить особое внимание материалу для изготовления распылителей сельскохозяйственного опрыскивателя. В ходе исследований было установлено, что срок службы распылителей зависит от множества факторов, например, таких как их систематическое обслуживание путем промывания после работы, рабочего давления и других. В применяемых

в настоящее время форсунках используют, как правило, металлические сопла с каналами круглого сечения, которые имеют ограниченный ресурс и в процессе эксплуатации утрачивают характеристики, первоначально заложенные в их конструкцию. Также существует множество различных типов пластмасс, используемых для изготовления распылителей, с износостойкостью не ниже, чем у стали.

На сегодняшний день одним из перспективных направлений является применение полимерных композиционных материалов (ПКМ). Первый этап развития полимерных композитов характеризовался использованием термореактивных связующих, образующих трехмерную сшитую структуру и переходящих в неплавкое, нерастворимое состояние при отверждении. Однако, такие материалы имеют некоторые технологические и эксплуатационные недостатки, одними из которых являются длительность процесса отверждения и ограниченный срок хранения препрегов на их основе.

Термопластичные связующие не уступают термореактивным по термостойким и прочностным характеристикам, а по ударной вязкости превосходят последние до десяти раз. Кроме того, введение в состав термопластичного материала различных модифицирующих добавок позволяет варьировать его характеристики, в частности, жесткость и сопротивление усадке при литье.

Использование термопластичных связующих позволяет устранить некоторые недостатки, характерные при использовании термореактивных, а также позволяет упростить технологию изготовления изделий из ПКМ. Еще одним несомненным преимуществом применения термопластичных связующих является возможность их вторичной переработки. Данные материалы являются нетоксичными и обладают химической стойкостью к агрессивным средам.

В составе полимерного композитного материала могут использоваться различные термопласты, обладающие определенными свойствами,

необходимыми для проведения технологических операций. Данные свойства включают:

1. Высокую температуру стеклования, обеспечивающую стабильность материала при повышенных температурах.

2. Низкое водопоглощение, что способствует сохранению прочности материала при воздействии влаги.

3. Высокую ударную вязкость, повышающую сопротивляемость материала ударным нагрузкам.

4. Огнестойкость и пониженное дымовыделение в случае пожара, обеспечивающие безопасность при возгорании.

5. Стойкость к воздействию ультрафиолетового и радиационного излучений, предотвращающая деградацию материала под воздействием солнечного света и радиации.

6. Высокую адгезию к наполнителю, обеспечивающую прочное сцепление между термопластом и наполнителем.

7. Оптимальную прочность, гарантирующую удовлетворительные механические свойства и долговечность материала.

Таким образом, выбор подходящих термопластов, удовлетворяющих указанным требованиям, является важным аспектом при создании состава полимерного композитного материала. Поэтому применение полимерных композиционных материалов в оросительных системах сельскохозяйственной техники актуально на сегодняшний день.

Степень проработанности темы. Вопросами повышения эффективности и долговечности деталей сельскохозяйственных машин, в том числе техники обработки растений, в разное время занимались ученые: Черноиванов В.И., Федоренко В.Ф., Денисов В.А., Лялякин В.П., Сидоров С.А., Загоруйко М.Г., Аристов Э.Г., Скороходов Д.М., Гордиенко О.В., Михальченков А.М., Сафонов В.В., Гапич Д.С., Сидоренко И.Д., Маслов Г.Г., Борисова С.М., Гончаренко В.В. и др.

Основными критериями оценки эффективности работы опрыскивателей являются: сокращение расхода рабочей жидкости и потерь пестицидов, повышение равномерности обработки растений, что достигается, прежде всего, совершенствованием основных рабочих органов. При выборе материала для распылителя необходимо учитывать его стоимость, долговечность, прочность и стойкость, а также технологичность. Распылительные форсунки обычно изготавливаются из таких материалов, как латунь, нержавеющая сталь или пластик. Существующие пластиковые распылители изнашиваются не быстрее стали, а наиболее износостойкими в настоящее время являются распылители из керамики, которые могут использоваться в 10 раз дольше стали, и в 5 раз дольше пластика, но при этом процесс изготовления керамических деталей является технологически наиболее сложным процессом. В связи с этим существует необходимость создания более износостойкого полимерного материала для изготовления распылителей.

Объект исследования - реновация распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей.

Предмет исследования - зависимость изменения физико-механических свойств полимерного композиционного материала от состава, применяющегося для распылителя сельскохозяйственного опрыскивателя.

Цель исследования - повышение износостойкости распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей за счет применения дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести анализ способов опрыскивания, условий работы опрыскивателей и различных типов распылителей в оросительной системе сельскохозяйственной техники.

2. Разработать математическую модель износа распылителя сельскохозяйственного опрыскивателя.

3. Провести экспериментальные исследования технологических и эксплуатационных свойств полимерного композиционного материала в зависимости от состава и способа изготовления.

4. Разработать технологию реновации изготовления распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей из полимерного композиционного материала.

5. Определить экономическую эффективность от внедрения технологии изготовления распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей из дисперсно-упрочненного полимерного композиционного материала.

Научную новизну работы составляют:

- закономерности изменения физико-механических свойств от состава полимерного композиционного материала, предназначенного для изготовления распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей;

- композиционный полимерный материал с повышенной износостойкостью;

- применение низкочастотных электромагнитных импульсов для повышения когезии дисперсных наполнителей полимерных композиционных материалов;

- математическая модель, описывающая изменение гидроабразивного износа в зависимости от свойств и показателей рабочей жидкости применительно к степени наполнения ПКМ.

Научная новизна подтверждается патентом РФ № 2784232 «Композиционный износостойкий материал», опубликованный 24.05.2022г (приложение А).

Теоретическая значимость работы заключается в новом подходе, реализованном в разработанной математической модели прогнозирования гидроабразивного износа распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей, изготовленных из полимерных композиционных материалов.

Впервые проведена модификация уравнения Аббота-Файерстоуна для учета влияния наполнителя, давления и скорости потока на износ.

Разработанная модель позволяет оптимизировать состав полимерных композитов с учетом их эксплуатационной стойкости.

Полученные теоретические результаты дополняют научные представления о механизмах гидроабразивного износа полимерных материалов и могут быть использованы при проектировании новых износостойких распылителей.

Практическая значимость. Разработка состава полимерного композиционного материала для применения в изготовлении распылителей сельскохозяйственной техники позволит повысить износостойкость в 1,5 раза за счет снижения гидроабразивного износа используемого материала.

Результаты диссертационной работы внедрены в научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую деятельность, что подтверждено актами внедрения, и могут быть использованы при разработке и изготовлении распылителей для сельскохозяйственных опрыскивателей, а также при создании износостойких полимерных композиционных материалов для деталей машин агропромышленного комплекса (Приложение Б, Приложение В). По результатам проведенного исследования авторами был получен патент РФ на изобретение № 2784232 «Композиционный износостойкий материал», опубликованный 24.05.2022г.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием современных методов исследования с применением регрессионного анализа с проверкой адекватности модели по критерию Фишера, статистической обработки экспериментальных данных и необходимой повторяемостью экспериментов. Исследования выполнены с использованием аттестованных приборов и установок с применением общепринятых и проверенных аналитических методов. Результаты исследования прошли широкую апробацию в печати, на научно -исследовательских конференциях и выставках.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались (тезисы опубликованы) и обсуждались на:

1. XXXIII Международной инновационной конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения «МИКМУС-2021», Москва, 2021;

2. V Международном форуме: «Ключевые тренды в композитах: Наука и технологии», Москва, 2022;

3. Форуме «Композиты без границ» Сколково в качестве доклада на питч-сессии;

4. XXXIII международной научно-практической конференции «Science in the modem information society XXXIII»;

5. Международной научно-технической конференции «Цифровые технологии в обеспечении надежности сельскохозяйственной техники», Москва, 2023;

6. 76-ой Всероссийской студенческой научно-практическая конференции, посвященной 155-летию со дня рождения В.П. Горячкина, Москва,

Проект «Разработка композиционного материала для повышения долговечности распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей» был удостоен бронзовой медали по итогам XXIV Всероссийской агропромышленной выставки «Золотая осень 2022» (приложение Г).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 14 работах, в том числе 8 публикаций в рецензируемых научных изданиях, из которых 5 -в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК, 2 - в изданиях, которые входят в международную реферативную базу данных Scopus, 1 - в изданиях, которые входят в международную реферативную базу данных Web of Science; 1 - патент на изобретение РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и 5 приложений. Диссертация изложена на 145 страницах машинописного текста, включает 62 рисунка, 20 таблиц и 110 источников списка литературы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

Высокопроизводительное функционирование сельского хозяйства невозможно без использования современных технических средств, освоения ресурсо- и технологий энергосберегающих, совмещения технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур. Известно, что концептуальной основой современных методов защиты растений является управление популяциями вредящих объектов с учетом интегрирующего влияния и на полезные виды [1]-[3]. Полностью избежать заболеваний садовых растений и поражений вредителями практически невозможно, поскольку источники инфекции и возбудителей болезней многочисленны. Они могут быть перенесены с посадочным материалом, распространяться с соседних участков, где не проводятся соответствующие профилактические меры и защитные мероприятия для сада. Кроме того, в каждом отдельном саду возбудители грибковых, бактериальных, вирусных и других заболеваний накапливаются со временем [4]-[6].

Для достижения данной цели применяется комплексный подход, включающий в себя разнообразные мероприятия по защите растений. К таким мерам относятся агротехнические, физические, механические, биологические и химические методы.

Агротехнические методы включают правильное планирование посева, ротацию культур, подготовку почвы и удобрение, а также оптимальный полив и подкормку растений. Эти меры способствуют укреплению иммунитета растений и создают неблагоприятные условия для развития вредителей и болезней.

К физическим способам защиты растений относят применение различных защитных конструкций — барьеров, сетчатых ограждений, укрывных материалов и иных препятствий, ограничивающих доступ вредителей или формирующих неблагоприятные условия для их существования.

Механические методы предполагают непосредственное удаление вредных организмов и повреждённых частей растений вручную, а также использование ловушек и специальных преград, препятствующих их перемещению и дальнейшему распространению.

Биологические способы основаны на привлечении и использовании природных регуляторов численности вредителей — хищных насекомых, паразитов и микроорганизмов, что обеспечивает естественное сдерживание их популяции.

Химические методы защиты включают применение химических препаратов, таких как инсектициды, фунгициды и гербициды, для уничтожения вредителей и болезнетворных организмов. Однако их применение должно быть осуществлено с осторожностью, чтобы минимизировать негативное воздействие на окружающую среду [7].

Таким образом, комбинация всех этих методов защиты позволяет эффективно справляться с вредителями и заболеваниями растений, обеспечивая их здоровый рост и развитие [8],[9].

1.1 Обзор способов опрыскивания

Агротехнические методы представляют собой набор приемов, которые осуществляются в течение вегетационного периода растений с целью повышения их устойчивости к воздействию вредных организмов. Однако, применение только агротехнических методов имеет некоторые ограничения, такие как низкая эффективность и высокая трудоемкость.

Хотя агротехнические приемы, такие как правильное планирование посева, удобрение, полив и другие, способствуют созданию благоприятных условий для растений и укреплению их иммунитета, они не всегда достаточно эффективны в предотвращении или контроле вредителей и заболеваний. В некоторых случаях, особенно при высокой популяции вредителей или агрессивных возбудителей болезней, применение только агротехнических методов может оказаться недостаточным для эффективной защиты растений.

Поэтому рекомендуется использовать комплексный подход, комбинируя агротехнические методы с другими видами защиты, такими как физические, механические, биологические и химические методы. Такой интегрированный подход позволяет повысить эффективность борьбы с вредными организмами и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, обеспечивая более устойчивое и здоровое состояние растений [10].

Физические методы защиты растений включают воздействие на семена и растения с помощью высоких и низких температур, ультразвука, токов высокой частоты, радиоактивного излучения и других физических факторов.

Механические методы направлены на уничтожение насекомых с помощью ловушек, световых приманок, колец и других механических устройств. Они выполняют важную задачу в контроле популяции вредителей путем их ловли и уничтожения.

Биологические методы защиты основаны на использовании естественных врагов вредителей, таких как хищные насекомые, паразиты и патогенные организмы, а также биологических препаратов, содержащих грибы и бактерии, которые способны эффективно контролировать популяцию вредных насекомых и болезней. Биологический метод борьбы с вредителями предусматривает поддержание популяции вредителей под контролем, позволяя хищникам и паразитам контролировать их численность путем уничтожения и питания ими [11]-[14].

Химические, базирующиеся на использовании различных органических и неорганических соединений, токсичных для вредных организмов -пестицидов. Достоинствами химических методов защиты растений являются высокая эффективность при малых затратах труда, к недостаткам можно отнести загрязнение пестицидами окружающей среды, что приводит к негативному воздействию на растения и живые организмы [15].

Химическая защита растений включает несколько направлений и основана на применении специальных препаратов, обладающих токсическим действием на вредителей, возбудителей болезней и сорную растительность.

Суть данного метода заключается в целенаправленном использовании химических средств различными способами для подавления или уничтожения вредных организмов [16].

Одним из эффективных способов внесения таких препаратов является аэрозольная обработка. Она обеспечивает равномерное распределение действующего вещества по обрабатываемой поверхности, способствует снижению расхода химических средств и повышает производительность технологического процесса. Туман и дым, благодаря своим размерам, легко проникают в крону растений и равномерно распределяются по всей обрабатываемой поверхности. Это усиливает токсическое воздействие пестицида на вредные организмы. По сравнению с классическим опрыскиванием, аэрозольная обработка сокращает расход ядохимикатов в десятки раз, увеличивает производительность и повышает качество обработки [17], [18]. Аэрозольные формы пестицидов могут включать как твёрдые, так и жидкие дисперсные частицы. Твёрдые аэрозоли получают при беспламенном сгорании дымовых шашек, таблетированных составов и горючих материалов, пропитанных растворами ядохимикатов, либо путём возгонки действующих веществ при нагревании с использованием различных нагревательных устройств, например керосиновых горелок, электрических плит или специализированных ламп. Образование тумана возможно механическим, термическим и термомеханическим способами, при этом на практике наиболее широко применяется именно термомеханический метод [19].

Протравливание семян рассматривается как одна из наиболее экономически эффективных и экологически щадящих мер защиты растений от фитопатогенных организмов. Данный приём заключается в нанесении пестицидных препаратов на семенной материал с целью уничтожения как поверхностной, так и внутренней инфекции, что обеспечивает защиту семян и проростков в начальный период развития от почвенных патогенов и вредителей. В зависимости от природно-климатических условий применение

протравливания способно сохранить до 12 % урожая, при этом экономический эффект может превышать затраты в 15-20 раз [20]-[22].

Опыливание представляет собой нанесение пестицида в виде пыли на зеленые растения или семена сельскохозяйственных и лесных культур с помощью специальных опыливателей. Этот метод имеет свои преимущества и недостатки. Опыливатели отличаются простотой конструкции и не требуют машин и воды для приготовления рабочей жидкости, что уменьшает затраты труда и ресурсов. Однако расход препаратов при опыливании увеличивается в 3-5 раз, так как сухой порошок недостаточно прилипает к листьям и может сдуваться ветром. Основным преимуществом этого метода является его простота и высокая производительность [23], [24].

Фумигация, или газовая дезинфекция, заключается во введении пестицидных веществ в среду обитания вредных организмов в газообразной или парообразной форме. Данный способ применяется для уничтожения карантинных вредителей, защиты запасов при хранении и транспортировке, обработки культур в условиях защищённого грунта, а также обеззараживания семенного и посадочного материала, цитрусовых культур и чая. Кроме того, фумигацию используют для борьбы с почвенными вредителями, включая грызунов, нематод и насекомых [25], [26].

Классическое опрыскивание является одним из основных методов химической защиты растений и широко применяется в сельскохозяйственной практике. Его преимуществами являются высокая эффективность обработки и возможность полной механизации технологического процесса защиты растений.

1.2 Анализ типов распылителей

Распылители являются одним из ключевых элементов при опрыскивании, и многочисленные исследования и опыты подтверждают их важность. В разных источниках они могут называться по-разному, например, распыливающие наконечники, форсунки, распылители и другие. Основными

характеристиками распыления являются размеры капель и равномерность их распределения [27], [28].

Существует широкий спектр типов распылителей, применяемых на различных моделях сельскохозяйственных опрыскивателей [29], [30].

Наибольшее распространение получили инжекторные распылители, поскольку они обладают сбалансированными рабочими характеристиками и отличаются универсальностью применения. Конструктивно такие распылители включают корпус и инжекторный узел, через который рабочая жидкость проходит через калиброванное отверстие различного диаметра. Определяющим элементом конструкции является именно это отверстие, поскольку его размер напрямую влияет на производительность распылителя и параметры формирования струи. В процессе работы жидкость подается через подводящее отверстие (с диаметром 1,6, 2,0 или 4,0 мм), образуя струю, которая ударяется о отражательную поверхность и сходит с нее в виде тонкой пленки. Объемная смесительная камера позволяет получать равномерный спектр крупных капель (150-250 мкм) с достаточно высокой скоростью испарения, что в свою очередь, уменьшает вероятность сноса [31]-[34].

Так же отличительной особенностью инжекторных распылителей является то, что они не создают слишком мелких капель, которые подвержены сносу, что повышает эффективность обработки [35].

Еще одним видом распылителей является дефлекторный (рисунок 1.1). Это самый эффективным вид распылителей для садов и виноградников Особенностью данного распылителя является дефлектор [36]-[38].

Рисунок 1.1 - Дефлекторный распылитель

Данный тип распылителя позволяет регулировать направление потока за счёт формирования плоской струи на выходе из сопла. При рабочем давлении до 2 бар форсунка формирует сравнительно крупные капли, что снижает вероятность их уноса воздушными потоками. Для обеспечения равномерного распределения рабочей жидкости ориентация сопла должна обеспечивать полное перекрытие факелов распыла. Наличие дефлектора способствует формированию капель оптимального размера, что уменьшает риск повреждения листового аппарата растений. Кроме того, снижение сноса капель ветром позволяет уменьшить потери препарата и повысить эффективность его использования [39], [40].

Щелевые распылители получили широкое распространение и могут применяться на большинстве типов сельскохозяйственных опрыскивателей (рисунок 1.2). Они пригодны как для внесения пестицидов, так и для подачи воды, например при орошении растений в засушливых условиях. Формируемые ими капли имеют средний размер, а струя обладает достаточной плотностью, что снижает её снос воздушными потоками. Кроме того, в процессе движения капель от распылителя к обрабатываемой поверхности происходит их интенсивное взаимодействие с воздухом, что способствует более равномерному распределению действующего вещества, уменьшает риск повреждения растений и повышает экономичность расхода рабочей жидкости. [41].

Щелевые распылители широко применяются и могут использоваться практически на любых опрыскивателях (рисунок 1.2). Они позволяют распылять как ядохимикаты, так и обычную воду, например, для полива растений в условиях засухи. Капли, образуемые этим типом распылителей, имеют средний размер, а поток достаточно плотный, что предотвращает его разнос ветром. Кроме того, при использовании щелевых распылителей, ядохимикаты в процессе полета от распылителя до поверхности успевают смешаться с воздухом, что сокращает количество химических веществ,

попадающих на растения. Это уменьшает риск ожога и экономит расход жидкости [42], [43].

Рисунок 1.2 - Щелевой распылитель

Рассматриваемый тип распылителей отличается повышенной механической прочностью. Подобно дефлекторным конструкциям, он обеспечивает возможность управления направлением распыла за счёт формирования плоского факела струи на выходе из сопла [44], [45].

Щелевые распылители характеризуются компактностью конструкции и эксплуатацией при повышенных давлениях, поэтому перед началом работы необходимо контролировать надёжность их крепления и герметичность соединений. Нарушение герметичности может привести к утечкам рабочей жидкости и выходу распылителя из строя.

Двухфакельные распылители оснащаются двумя выходными отверстиями, формирующими два факела распыла (рисунок 1.3). Такая конструкция позволяет направлять поток рабочей жидкости одновременно в разные стороны, например на ствол растения и его листовой аппарат. Однако применение данных распылителей ограничено определёнными агротехническими задачами и видами культур, а также может использоваться при обработке семенного материала. Поэтому перед их использованием необходимо учитывать биологические особенности выращиваемых растений и условия обработки. При наличии на участке различных культур может потребоваться применение разных типов распылителей либо использование более универсальных конструкций [46], [47].

Рисунок 1.3 - Двухфакельный распылитель

При правильном выборе области применения двухфакельные распылители обеспечивают эффективную обработку растений одновременно с верхней и нижней стороны, что позволяет охватывать различные ярусы кроны без дополнительной регулировки угла установки сопла.

Одноструйные распылители формируют один направленный поток жидкости. Они преимущественно используются для полива, поскольку создают струю с небольшим углом раскрытия и повышенным давлением, что может оказывать механическое воздействие на растения. При орошении поток направляется главным образом на поверхность почвы, минуя надземную часть растений. В случае применения одноструйных распылителей для внесения пестицидов работа осуществляется при минимальных давлениях, чтобы снизить риск повреждения растений.

Что касается России, то наиболее часто применяемыми для опрыскивателей относятся распылители инжекторного типа. Они занимают порядка 60-65% отечественного рынка и являются наиболее универсальными [48]. Следующим по значимости можно отнести простые щелевые распылители и составляют 30-35%. Остальные 10% делят между собой дефлекторные, двухфакельные, турбо и другие типы распылителей (рисунок 1.4).

■ Инжекторные

■ Щелевые

■ Другие

Рисунок 1.4 - Статистика применения типов сельскохозяйственных распылителей, применяемых в РФ

1.3 Анализ особенностей работы распылителей

Распылители являются одной из наиболее важных частей опрыскивателя. Они в значительной мере определяют эффективность использования препарата. Анализируя отечественный и зарубежный рынки, можно заметить, что лидерами по производству распылителей являются такие компании как Lechler GmbH, TeeJet Technologies, Agroplast Marcin. Номенклатура производимых распылителей достаточно широкая. Изготовление распылителей различных типов обусловлено разнообразием требований к форме факела распыла и размеру капель [49], [50].

С целью обеспечения длительного срока службы всех типов распылителей необходимо обеспечить их бережное обращение и регулярный уход. Один из основных видов износа, которому подвержены распылители в процессе работы, — это гидроабразивный износ. Поскольку вода для опрыскивания часто берется из естественных водоемов, которые содержат абразивные частицы, происходит износ распылителей [51].

Для минимизации гидроабразивного износа и продления срока службы распылителей рекомендуется использовать фильтры или другие системы очистки воды перед ее подачей в распылитель. Такие системы помогут

задерживать и удалять абразивные частицы, предотвращая их попадание в распылитель и снижая их воздействие на его детали. Также следует регулярно очищать и промывать распылители от накопившихся отложений и загрязнений после каждого использования. Это поможет поддерживать оптимальную производительность и эффективность распылителей [52].

Применение таких жидкостей приводит к изменению формы наконечника распыла (рисунок 1.5), и в конечном итоге ведет к увеличению диаметра сопла, а соответственно, и к увеличению расхода рабочей жидкости. При сильном износе распылителей опрыскиватель может вносить на 30-60% больше или меньше раствора, чем требуется. Это приводит к неравномерному распределению средств защиты растений и возникают проблемы на поле [53], [54]. Некоторые участки остаются незащищенными из-за недостаточного распределения химических веществ, в то время как другие участки получают избыточное количество химикатов, что может привести к повреждению растений или загрязнению окружающей среды.

Этот неравномерный процесс опрыскивания создает так называемые "полосатые" участки на поле, где сорняки и вредители могут продолжать размножаться и наносить ущерб посевам. В то же время, части поля, получающие избыточное количество химических веществ, могут стать "чистыми" и лишены растительности.

Метод опрыскивания является результатом сложного технологического процесса, который основывается на достижениях фундаментальных наук, таких как механика и физика образования и осаждения жидкостных полидисперсных систем. Эти науки исследуют процессы формирования и распределения капель и частиц различных размеров и степеней диспергирования.

В основе метода опрыскивания лежит создание жидкостных полидисперсных систем, которые состоят из капель жидкости различного размера, аэрозолей с размером капель в десятки микрометров и высокодисперсных аэрозолей с размером частиц в 1 мкм и менее.

Использование таких систем позволяет достичь необходимой эффективности опрыскивания и обеспечить требуемое покрытие поверхности растений или почвы.

а)

б)

в)

г)

а - новый распылитель; б -после 40 часов работы; в - после 70 часов работы; г ■

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реновация распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей с использованием полимерных композиционных материалов»

после 180 часов работы

А - исходная форма; В - частично изношенный наконечник; С -катастрофический износ

Рисунок 1.5 - Процесс износа сопла распылителя

Исследования в области механики и физики образования и осаждения жидкостных систем позволили определить оптимальные параметры опрыскивания, такие как размер капель, их распределение, скорость и направление потока, а также влияние факторов окружающей среды, например, температуры, влажности и скорости ветра [55].

В результате применения этих научных знаний удалось совершенствовать методы опрыскивания, повысить его эффективность и точность. Современные технологии опрыскивания позволяют достичь равномерного покрытия растений или почвы необходимыми веществами, что способствует эффективной защите растений от вредителей и болезней, а также повышению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции.

Основным элементом, отвечающим за успех процесса опрыскивания, является распылитель. Главной проблемой при его эксплуатации является быстрый износ. Причинами быстрого изнашивания распылителей являются: 1) абразивность раствора; 2) высокое давление рабочей жидкости; 3) образование налета из-за кристаллизации компонентов раствора [56].

Основным видом износа, которому подвержены распылители опрыскивателя, является гидроабразивный износ (рисунок 1.6). Гидроабразивное изнашивание представляет собой процесс износа поверхностей деталей под воздействием потоков жидкости, содержащих абразивные частицы [57]. Эти абразивные частицы попадают в поток распыляемой форсунками жидкости из-за различных причин, таких как неправильная заправка, плохая фильтрация и очистка жидкости.

Загрязнение жидкости абразивными частицами может произойти при неосторожной заправке опрыскивателя, когда вода берется из источника с содержанием твердых частиц. Также это может произойти из-за использования некачественных или изношенных фильтров, которые не улавливают все абразивные частицы, попадающие в систему опрыскивания. Изнашивание в потоке жидкости зависит от таких параметров как скорость потока и угол атаки твердых частиц [58]-[60].

Рисунок 1.6 - Механизм гидроабразивного изнашивания

Зависимость интенсивности гидроабразивного изнашивания от скорости потока можно определить по следующей формуле:

1=КУт, (1.1)

где К - коэффициент, зависящий от свойств абразива и параметров потока жидкости или газа;

V - скорость потока, м/с;

т - показатель степени, зависящий от материала детали (для сталей т ~

2...3).

Таким образом, скорость потока жидкости при гидроабразивном изнашивании имеет значительное влияние на интенсивность износа. Однако интенсивность гидроабразивного износа определяется не только величиной, но и направлением скорости абразивных частиц, выраженным углом атаки а о (рисунок 1.7). Угол атаки а0 определяется как угол между профилем поверхности детали и вектором скорости потока жидкости, в котором переносятся абразивные частицы.

В зависимости от значения угла а0 различают два типа взаимодействия абразивных частиц с материалом: прямой удар (ао = 90°) и косой удар (0° < ао < 90°). При прямом ударе абразивные частицы попадают на поверхность детали под прямым углом, что обычно приводит к более интенсивному изнашиванию. В случае косого удара абразивные частицы попадают на поверхность детали под углом, не равным 90°, что может привести к менее интенсивному износу.

Рисунок 1.7 - Схема воздействия абразивной частицы на поверхность

При прямом ударном воздействии, когда поток направлен строго перпендикулярно поверхности детали, устойчивость материала к износу

определяется его способностью противостоять усталостным, пластическим и хрупким механизмам разрушения на микроуровне. Существенную роль также играет способность материала частично поглощать энергию ударяющихся частиц за счёт упругой деформации.

При небольших углах атаки абразивных частиц величина ударного импульса уменьшается, и разрушение поверхности происходит преимущественно за счёт среза и вырывания микрочастиц материала, что проявляется в виде неглубоких коротких царапин (рисунок 1.8). Так, при углах атаки ао порядка 5...15° поток жидкости свободно огибает микронеровности поверхности, а динамическое воздействие на неё становится слабовыраженным. Поэтому интенсивность изнашивания в таких условиях, как правило, остаётся низкой.

1 - для пластичных материалов; 2 - для хрупких материалов

Рисунок 1.8 - Зависимость интенсивности гидроабразивного изнашивания от угла атаки а0 абразивных частиц

Установлено, что интенсивность износа в условиях абразивного изнашивания зависит от твердости поверхности изнашиваемого материала [61]-[63]. Относительная износостойкость (величина, обратная интенсивности изнашивания) е технически чистых металлов и отожженных сталей при трении о закрепленные абразивные частицы может быть вычислена по следующей формуле:

е = Ь • НВ, (1.2)

где Ь - коэффициент пропорциональности, зависящий от химического состава, стали;

НВ - твердость поверхности стали.

Аналогичная зависимость характерна и применима и для полимерных материалов.

Кроме гидроабразивного изнашивания, для условий работы распылителей характерно явление кавитационного износа. Кавитация — это явление образования полостей в виде пузырей, наполненных парами, воздухом или газами, в движущемся потоке жидкости, проходящем по поверхности твердого тела. Понятие "кавитация" буквально означает "полость" или "пустота". Это явление возникает, когда в движущемся потоке жидкости со значительной скоростью происходит сужение или препятствие, приводящее к падению давления до значения, при котором жидкость начинает испаряться при данной температуре [64].

При наличии сопротивления в виде препятствий или сжатия потока могут произойти разрывы или нарушения сплошности потока. Образующиеся полости заполняются парами и газами, выделившимися из жидкости. Присутствие воздуха в потоке способствует образованию кавитации [65], [66]. Образовавшиеся пузыри пара и газа, размером порядка десятых долей миллиметра, перемещаются вместе с потоком и попадают в зоны с высоким давлением. Пар конденсируется, газы растворяются, и в результате происходит быстрое сжатие и восстановление сплошности потока с сопровождающим его ударом. В некоторых случаях на площади 1 см2 в течение 1 секунды могут образовываться и разрушаться более 30 миллионов кавитационных пузырьков. Под действием ударов схлопывающихся пузырьков поверхность полимера начинает деформироваться и разрушаться [67].

Интенсивность кавитационного изнашивания зависит от температуры, свойств жидкости и материала деталей. Многочисленные экспериментальные данные позволяют считать, что кавитационный процесс изнашивания в своей

основе является механическим. Как и в случае с гидроабразивным износом, установлено, что интенсивность кавитационного износа зависит от твердости поверхности [68], [69]. На рисунке 1.9 представлена зависимость износа сталей различной твёрдости от времени испытания в условиях кавитационного износа. У сталей с большей твердостью интенсивность изнашивания при одинаковом времени испытания оказывается ниже.

1 - сталь 20, твердость 120 кГ/мм2; 2 - сталь 35, 155 кГ/ мм2; 3 - сталь 40, 153 кГ/ мм2; 4 - сталь 50, 162 кГ/ мм2; 5 - сталь 48, 156 кГ/ мм2; 6 - сталь У7, 193 кГ/ мм2

Рисунок 1.9 - Кавитационный износ углеродистых сталей

Таким образом, интенсивность износа при кавитационном изнашивании может быть выражена следующей формулой:

,

нв

(1.3)

где к - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала детали;

НВ - твердость поверхности детали.

По результатам проведённого анализа условий работы распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей можно сделать вывод, что для снижения их износа следует повышать твердость поверхности, что позволит повысить сопротивляемость как абразивному, так и кавитационному износу. Повысить твердость полимера, из которого изготавливают распылители,

можно путем введения в него твердых частиц различной природы, формируя тем самым дисперсно-упрочненный композиционный материал.

Другим важным свойством, которым должны обладать материалы для изготовления распылителей, является химическая стойкость. Средства химической защиты растений являются агрессивными средами, способными влиять на физико-механические свойства материала распылителя, и, как следствие, изменять его геометрию, что может сказаться на качестве опрыскивания. Среди разновидностей средств химической защиты растений выделяют следующие [70], [71]:

1. Фунгициды — это класс пестицидов, разработанных для предотвращения, уничтожения, ослабления или подавления роста грибов на растениях и их спор. Функциональное использование фунгицидов зависит от их защитных, профилактических, антиспорулянтных или лечебных свойств. Основной механизм действия фунгицидов заключается в повреждении мембран грибковых клеток и подавлении производства энергии в этих клетках [72], [73].

2. Гербициды — это группа пестицидов, которые селективно или неселективно борются с сорняками на посевах. Сорняки могут замедлить рост выращиваемых растений. Активные ингредиенты гербицидов включают глифосат и другие производные фосфора высокой чистоты, такие как оксихлорид фосфора и треххлористый фосфор. Монохлоруксусная кислота также используется в процессе производства гербицидов. Она является пром ежуточным продуктом для синтеза других пестицидов, таких как 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота или хлорацетилхлорид [74], [75].

3. Инсектициды — это химические вещества, используемые для борьбы с насекомыми. Они классифицируются по своей структуре и механизму воздействия. Многие инсектициды воздействуют на нервную систему насекомых или выполняют роль регуляторов роста или эндотоксинов [76]. Парадихлорбензол является одним из применяемых средств как против

насекомых, так и грибов. Его использование связано с созданием сильного запаха при контакте с воздухом, что отпугивает ночных бабочек и моль [77].

4. Адъюванты — это вспомогательные вещества, которые используются в пестицидах для улучшения их свойств. Растения, также как и грибы, имеют восковую поверхность, что затрудняет проникновение пестицидов к целевому месту. Адъюванты добавляются для облегчения преодоления воскового барьера. Эта группа включает поверхностно-активные вещества, буферные средства, растительные масла и противопенные вещества. Правильный выбор адъюванта является важным фактором, поскольку неправильный выбор может нанести вред растениям [78]. Адъюванты с увлажняющими свойствами снижают поверхностное натяжение применяемой жидкости, что способствует распределению препарата на поверхности растений и его быстрому впитыванию, предотвращая смывание дождем или росой.

5. Регуляторы роста — это препараты, которые стимулируют естественные физиологические процессы растений, такие как покой и прорастание семян, старение листьев, деление клеток, увеличение и дифференциация клеток. Они также могут обладать защитным эффектом от биотических и абиотических стрессов [79], [80].

1.4 Обоснование выбора материалов для изготовления распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей

1.4.1 Полимеры, применяемые для изготовления распылителей

При выборе материала для распылителя необходимо учитывать его стоимость, долговечность, прочность и стойкость, а также технологичность. Распылительные форсунки обычно изготавливаются из таких материалов, как латунь, нержавеющая сталь или пластик. Чаще всего форсунки изготавливают из термопластичных полимеров, таких как полиацеталь, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, поливинилиденфторид. Пластиковые

форсунки полезны для распыления химических веществ, которые слишком быстро разъедают металлические форсунки. Пластмассы обеспечивают превосходную коррозионную стойкость при относительно низкой стоимости.

Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ, рисунок 1.10) представляет собой полимер с очень простым химическим составом и классифицируется как линейный гомополимер [81], [82]. СВМПЭ имеет очень длинную молекулярную цепочку с двумя типами областей -кристаллическими (также называемыми кристаллическими пластинками) и аморфными. Молекулярные формы в кристалле представляют собой упорядоченные и пластинчатые области, тогда как в аморфном они неупорядочены.

Рисунок 1.10 - Структурная формула полиэтилена

СВМПЭ обладает хорошими механическими, физическими и трибологическими свойствами, такими как исключительная твердость и долговечность, хорошая химическая стойкость, стойкость к истиранию, ударопрочность, простота изготовления, очень низкий коэффициент трения и неполярность полимера. Кроме того, СВМПЭ имеет очень низкую плотность (0,93-0,95 г/см3), что делает его лучшим материалом по соотношению прочности к весу [83].

Поливинилиденфторид (ПВДФ) представляет собой

полукристаллический термопластичный фторполимер (рисунок 1.11). ПВДФ обладает превосходной механической прочностью и ударной вязкостью, жесткостью, сопротивлением истиранию и ползучести, химической инертностью, низкой воспламеняемостью и влагопоглощением [84], [85].

Рисунок 1.11 - Структурная формула ПВДФ

Полиацеталь (ПОМ) представляет собой кристаллический полимер с высокой степенью кристалличности до 70-75% (рисунок 1.12). Высокая степень кристалличности определяет высокие механические свойства полимера: повышенную жесткость, устойчивость к усталостным напряжениям, к ползучести, высокую твердость, механическую прочность, устойчивость к истиранию и значительную устойчивость к повышенным температурам [86]-[88].

Рисунок 1.12 - Структурная формула ПОМ

Кроме высоких механических свойств, ПОМ обладает превосходной устойчивостью к большинству химических веществ, органических растворителей и топливу при комнатной температуре, а также хорошо поддается обработке и обладает высокой стабильностью размеров [89]. Последнее делает его особенно перспективным при производстве мелких деталей с высокой точностью размеров, таких как распылители сельскохозяйственных опрыскивателей.

Физико-механические свойства рассмотренных термопластичных материалов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Физико-механические свойства полимеров для изготовления распылителей

Показатель ПОМ СВМПЭ ПВДФ

Плотность, г/см3 1,41 0,93 1,78

Прочность при растяжении, МПа 70 38-48 56

Модуль упругости, МПа 2700 894-963 1700

Твердость по Шору, D 85 61 47-82

Удлинение при разрыве, % 65 350 10-300

Коэффициент трения по стали 0,25 0,10 0,20-0,40

Сравнительный анализ характеристик термопластичных полимеров, представленных в таблице, позволяет заключить, что наиболее высокой стойкостью к абразивному и кавитационному изнашиванию должен обладать ПОМ, поскольку он характеризуется наибольшими значениями твёрдости. Кроме того, его прочностные показатели превосходят аналогичные параметры двух других рассматриваемых материалов. При этом относительное удлинение при разрыве, а следовательно, и способность воспринимать ударные нагрузки у него ниже, однако для распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей, работающих преимущественно при статических нагрузках, это не является существенным ограничением. С учётом хорошей технологичности обработки и высокой стабильности размеров использование ПОМ в качестве матричного материала для создания дисперсно-упрочнённого композита для распылителей представляется наиболее целесообразным решением.

Поскольку распылители производятся методом литья под давлением, для их изготовления требуется материал с низкой вязкостью, т.е. высоким значением показателя предела текучести расплава (ПТР). Кроме того, поскольку в ПОМ будут добавляться различные наполнители, вязкость полученной композиции будет возрастать, в связи с чем выбор марки ПОМ с низкой вязкостью становится еще более важной задачей. В таблице 1.2 представлены свойства некоторых марок ПОМ с высоким значением ПТР.

Таблица 1.2 - Свойства различных марок ПОМ

Марка ПТР, г/10 мин Напряжение при растяжении, МПа Модуль упругости при растяжении, МПа Ударная вязкость по Шарпи, с надрезом, кДж/м2 Температура плавления,°С

ПОМ 27 27 65 2700 5,0 166

Б30-03 27 65 2850 5,5 165

Ш27-ЬБ 27 61 2550 6,0 -

Ш45-ЬБ 45 63 2648 5,5 -

Поскольку различия в свойствах представленных марок ПОМ не существенны, для дальней работы была выбрана одна из наиболее распространенных на рынке марок ПОМ 27.

Износостойкость распылителей напрямую зависит от материала, применяемого для их изготовления. Для снижения значения абразивного износа твердость изнашиваемого материала должна превышать твердость абразива. Возможным способом повышения абразивной стойкости распылителей является применение композиционных материалов для их изготовления, содержащих в своем составе твердые частицы.

1.4.2 Обзор дисперсных наполнителей

Для повышения стойкости распылителей к гидроабразивному износу следует повышать твердость материала, из которого они изготовлены, что можно достичь путем введения в полимер наполнителей, твердость которых выше, чем твердость данного полимера. Такими наполнителями могут быть стеклянные микросферы, керамические частицы, твердые волокна [90].

Стеклянные микросферы используются для наполнения большого числа полимеров. Они обладают высокой твердостью 5,5 по шкале Мооса, цена варьируется в интервале 60-90 руб./кг. Их применение позволяет повысить прочностные свойства полимера (таблица 1.3), однако негативно сказывается на показателях пластичности и ударной вязкости, что характерно для введения практически любых дисперсных наполнителей [91], [92].

Таблица 1.3 - Свойства полиамида, ненаполненного и наполненного стеклосферами

Полиамид

Свойства ненаполненный наполненный 30% стеклосфер

Разрушающее напряжение при растяжении, МН/м 72-79 86-90

Относительное удлинение при растяжении, % 30-50 5-10

Ударная вязкость, Дж 7 1

Разрушающее напряжение при сжатии, МН/м2 83 138

Модуль упругости при изгибе, ГН/м2 2,5 2-4,5

Керамические частицы, такие как оксиды, бориды и карбиды различных веществ, обладают весьма высокой твердостью. В таблице 1.4 представлена информация о твердости и стоимости некоторых минеральных частиц. В работе [93] показано, что их введение в полимеры позволяет повысить износостойкость композиции (рисунок 1.13).

Таблица 1.4 - Характеристики некоторых минеральных частиц

Наименование Твердость по шкале Мооса Стоимость, руб./кг

Карбид кремния SiC 9,5 690

Карбид титана ТЮ 9,0 3800

Карбид молибдена МоС - 9900

Ц км

1 - исходный полиэтилен; 2 - МоС, 3 об. %; 3 - ТЮ, 3 об. %; 4 - SiC, 3 об. %; 5 -SiC наноразмерный, 3 об. %; 6 - МоС, 7 об. %; 7 - ТЮ, 7 об. %; 8 - SiC, 7 об. %;

9 - SiC наноразмерный, 7 об. %

Рисунок 1.13 - Интенсивность изнашивания полиэтилена высокой плотности в зависимости от пути трения при наполнении различными

карбидами

Самое заметное влияние на повышение износостойкости продемонстрировал наноразмерный карбид кремния. Чуть ниже эффект при введении карбида кремния фракции 3-10 мкм. Эффект повышения износостойкости при введении наноразмерного кремния по сравнению с обычным авторы работы объясняют повышением степени кристалличности полиэтилена, из-за чего возрастет твердость материала, а соответственно, и износостойкость. Стоит отметить, что разница в износостойкости между вариантами использования карбида кремния обычного и наноразмера не столь высока [94]. Таким образом, учитывая низкую стоимость и доступность, наиболее оптимальной для повышения износостойкости полимеров керамической добавкой из рассмотренных является карбид кремния.

Волокна различной природы являются самым распространенным видом армирующих наполнителей для изготовления композиционных материалов. Волокна обладают рядом характеристик, которые делают их особенно ценными. Они отличаются высокой твердостью, устойчивостью к

воздействию грибков, химических веществ и высоким температурам. Кроме того, волокна обладают исключительной прочностью при растяжении, их упругость сохраняется даже при значительных нагрузках до момента разрушения материала [95]. Высокая удельная поверхность волокон и присутствие гидроксильных групп на поверхности играют важную роль в обеспечении полного смачивания полимерного связующего вещества и высокой прочности сцепления между матрицей и волокном на границе раздела фаз [96]. Свойства различных видов волокон представлены в таблице 1.5. Содержание волокнистых наполнителей в термопластах составляет обычно 15-40%.

Таблица 1.5 - Свойства волокнистых наполнителей, применяемых для полимерных композиционных материалов

Свойства Волокно

стеклянное углеродное борное базальтовое

Плотность, кг/м3 2100 1520 1850 1710

Разрушающее напряжение, МПа: при растяжении / при сдвиге 1600 57 1500 35 2200 45 740 26

Модуль упругости при растяжении •103, МПа 100 145 240 45

Относительное удлинение при разрыве, % 1,5 - 2,2 1 - 1,5 1 - 1,5 3,1

Коэффициент Пуассона 0,33 0,25 0,22 0,25

Твердость по шкале Мооса 7 10 9,5 7

Стоимость, руб. за кг 1200 4800 5000 3200

Наибольшим показателем твердости обладают углеродные и борные волокна, однако они являются весьма дорогими материалами. В дальнейшей работе планируется использовать стекловолокна благодаря их низкой стоимости, среднем показателе твердости и высоком показателе разрушающего напряжения при растяжении и сдвиге.

Для создания деталей, которые работают в условиях трения, широко применяют полимерные композиционные материалы, содержащие специальные наполнители, способные снизить коэффициент трения. Обычно

эти наполнители имеют слоистую структуру. Наиболее распространенными из них являются графит и дисульфид молибдена. Доля антифрикционных наполнителей в полимерном композите составляет 2-10% по массе и практически не оказывает значительного влияния на другие свойства материала.

Графит представляет собой минерал из класса самородных элементов и является одной из разновидностей углерода. Его уникальные свойства самосмазывания обусловлены высокой адгезией к различным поверхностям и способностью легко скользить по плоскостям спайности. Высокие антифрикционные свойства графита определяются образованием на скользящих поверхностях защитного слоя из гексагональных сеток атомов углерода [97]. Коэффициент трения при скольжении полированного алюминия по графиту равен 0,18, полированной стали по реакторному графиту 0,2, графита по графиту 0,22. В таблице 1.6 представлены некоторые свойства композиций на основе СВМПЭ, наполненного графитом, на рисунке 1.14 -интенсивность изнашивания и шероховатость поверхности дорожки трения данных композиций [98].

Таблица 1.6 - Механические свойства композиций СВМПЭ + коллоидный графит

Содержание наполнителя, масс. % Плотность, г/см3 Твердость по Шору D Предел текучести 00,2, МПа Предел прочности ов, МПа Удлинение до разруш., %

0 0,936 56,7 19,2 34,3 470

3 0,953 57,5 19,5 30,3 471

5 0,967 57,5 19,6 29,7 513

10 0,989 57,6 20,1 28,5 538

Ра, мкм

0,24

0,02

0,03

0,01

0

О

0,12

0,06

0,18

1

2

3

4

1 - чистый СВМПЭ; 2 - 3 масс. %; 3 - 5 масс. %; 4 - 10 масс.

Рисунок 1.14 - Интенсивность изнашивания и шероховатость поверхности дорожек трения композитов на основе СВМПЭ, наполненных коллоидным графитом с разным содержанием

Минимальная интенсивность изнашивания наблюдалась при введении в СВМПЭ 3 масс. % графита. Значение показателя износа по сравнению с чистым СВМПЭ снизилось почти в два раза.

Дисульфид молибдена представляет собой неорганическое соединение с химической формулой MoS2. По внешнему виду и ощущениям он похож на графит, это серебристо-черное твердое вещество с плотностью 5 г/см3. Дисульфид молибдена отлично проявляет себя в качестве антифрикционной добавки благодаря своей слоистой структуре и низкому коэффициенту трения. Межслойное скольжение рассеивает энергию при приложении к материалу напряжения сдвига, а прочность на сдвиг увеличивается по мере увеличения коэффициента трения. При добавлении к пластмассам MoS2 образует композит с повышенной прочностью, а также пониженным коэффициентом трения. На рисунке 1.15 показана зависимость интенсивности изнашивания композитов на основе СВМПЭ и полипропилена (1111) от количества введенного в состав дисульфида молибдена [99], [100].

I, Г

км

1 - чистый СВМПЭ; 2 - СВМПЭ + 0,3 % об. % MoS2; 3 - СВМПЭ + 3 % об. % МоБ2; 4 - СВМПЭ + 10 % об. % MoS2; 5 - чистый ПП; 6 - ПП + 0,3 % об. % MoS2; 7 -ПП + 3 % об. % MoS2; 8 - ПП + 10 % об. % MoS2

Рисунок 1.15 - Интенсивность изнашивания СВМПЭ и ПП в зависимости от пути трения при различном содержании МоБ2

Как видно по графикам, даже небольшая добавка дисульфида молибдена в количестве 0,3 об. % значительно сказывается на износостойкости: для СВМПЭ износ падает в три раза, для ПП - в два раза.

Стоимость дисульфида молибдена колеблется от 3500-5000 руб./кг, тогда как графит намного дешевле - от 150 до 450 руб./кг. Таким образом, при сравнении эффекта от введения этих двух добавок с учетом их стоимости, более оптимальным вариантом оказывается графит.

1.4.3 Модификация наполнителей

Для обеспечения комплекса технологических и физико-механических характеристик конечного полимерного композиционного материала требуется целенаправленное регулирование взаимодействия полимера и наполнителя на межфазной границе. При этом редко рассматриваются вопросы целенаправленной обработки поверхности наполнителя. Такая обработка может осуществляться следующими способами:

Применение компатибилизатора

Комплекс физико-механических свойств полимерных смесей определяется прежде всего тем, насколько совместимы или несовместимы смешиваемые компоненты. Взаимная растворимость п резко уменьшается с увеличением молекулярной массы и для полимеров составляет доли процента. Причины преобладающей взаимной нерастворимости заключаются в том, что при смешении большинства пар изменение энтальпии весьма незначительно и положительно; изменение энтропии также невелико, а иногда и отрицательно. Поэтому взаимное растворение подавляющего большинства компонентов полимерных смесей невозможно из-за термодинамической несовместимости. Для решения этой проблемы в последние годы исследователи прибегают к использованию различных олигомерных и полимерных добавок, способствующих улучшению взаимной растворимости компонентов смеси. В результате улучшения совместимости компонентов представляется возможным получать полимерные композиции, обладающие наборомуникальных свойств, отсутствующих у исходных полимеров [101]. Такие добавки называются совместителями (компатибилизаторами) и дают возможность улучшения взаимодействия неполярной полимерной матрицы с полярными наполнителями [102]. В настоящее время продолжают вестись активные исследования, направленные на регулирование фазовой морфологии и межфазной адгезии с применением компатибилизаторов [103].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Славкина Виктория Эдуардовна, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Денискина Н.Ф. Агротехнический метод защиты растений при оптимизации питания сельскохозяйственных культур / Н. Ф. Денискина, И. Н. Гаспарян, А. Г. Левшин [и др.]. - Москва: Редакция журнала "Механизация и электрификация сельского хозяйства". - 2021. - 138 с. - ISBN 978-5-60441396-8.

2. Vasylenko L. Efficiency of application of crop protection chemicals in agriculture / L. Vasylenko // Modern Economics. - 2018. - vol.11. - P.38-42.

3. Митрофанов С.В. Современное состояние и перспективы развития химической защиты растений в Российской Федерации / С.В. Митрофанов, М.М. Варфоломеева, Н.Н. Грачев // Техническое обеспечение сельского хозяйства. - 2020. - № 1(2). - С. 151-158.

4. Каменева И.С. Анализ способов защиты растений в РФ / И.С. Каменева // Новости науки в АПК. - 2019. - № 3(12). - С. 363-368. - DOI 10.25930/2218-855X/092.3.12.2019.

5. Nazarov P.A. Infectious plant diseases: Etiology, current status, problems and prospects in plant protection / P.A. Nazarov, D.N. Baleev, M.I. Ivanova, L.M. Sokolova and M.V. Karakozova // Acta naturae. - 2020. - Т.12. -No. 3. - P. 46.

6. Rajput H. The use of antimicrobials in agriculture and socioeconomic considerations in global perspective / H. Rajput, S. Dhiman, R. Changotra // Emerging Modalities in Mitigation of Antimicrobial Resistance. - Cham: Springer International Publishing, 2022. - P. 101-117.

7. Zheng J. A review: development of plant protection methods and advances in pesticide application technology in agro-forestry production / J. Zheng, Y. Xu // Agriculture. - 2023. - Vol. 13. - No. 11. - P. 2165. - DOI: 10.3390/agriculture 13112165.

8. Сопин Р.С. Химическая защита сельскохозяйственных культур: методы и технические средства (обзор) / Р.С. Сопин, А.В. Палапин //

Актуальные вопросы биологии, селекции, технологии возделывания и переработки сельскохозяйственных культур: Сборник материалов 11-й Всероссийской конференции молодых учёных и специалистов, Краснодар, 2526 февраля 2021 года. - Краснодар: Федеральный научный центр "Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта", 2021. - С. 236-241. - DOI 10.25230/conf11-2021-236-241.

9. Gupta A. Management of seed-borne diseases: An integrated approach / A. Gupta, R. Kumar // Seed-Borne Diseases of Agricultural Crops: Detection, Diagnosis and Management. - 2020. - P. 717-745.

10. Дорохов А.С. Перспективы развития методов и технических средств защиты сельскохозяйственных растений / А.С. Дорохов, И.А. Старостин, А.В. Ещин //Агроинженерия. - 2021. - №. 1 (101). - С. 26-35.

11. Калиничев Е.А. Современные способы борьбы с вредителями хлебных запасов / Е.А. Калиничев, М.П. Семестяга // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: Сборник статей XVII Международной научно-практической конференции, Пенза, 24-25 октября 2022 года. - Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. - С. 518-522.

12. Amoabeng B.W. Scope for non-crop plants to promote conservation biological control of crop pests and serve as sources of botanical insecticides / B.W. Amoabeng, P.C. Stevenson, B. M. Mochiah [et al.] // Scientific reports. - 2020. - Т. 10. - №. 1. - Р. 6951.

13. Van Lenteren J.C. Biological control agents for control of pests in greenhouses / J.C. Van Lenteren, O. Alomar, W.J. Ravensberg and A. Urbaneja // Integrated pest and disease management in greenhouse crops. - 2020. - P. 409-439.

14. Verma P.P. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) and fungi (PGPF): potential biological control agents of diseases and pests / P.P. Verma, R.M. Shelake, S. Das [et al.] // Microbial Interventions in Agriculture and Environment: Volume 1: Research Trends, Priorities and Prospects. - 2019. - P. 281-311.

15. Lundin O. Integrated pest and pollinator management-expanding the concept / O. Lundin [et al.] // Frontiers in Ecology and the Environment. - 2021. -Т. 19. - №. 5. - P. 283-291.

16. Степановских А.С. Химическая защита растений: проблемы и перспективы / А.С. Степановских, С.Ю. Жернова, Г.О. Жернов // Актуальные проблемы медицины и биологии. - 2019. - № 1. - С. 28-34.

17. Тетерин В.С. Способ аэрозольной обработки пропашных культур / В.С. Тетерин, Н.Н. Гапеева, Н.С. Панферов // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. -2020. - №. 1 (45). - С. 100-107.

18. Горячкина И.Н. Анализ технических средств для внесения биологических удобрений и биопрепаратов / И.Н. Горячкина, М.Ю. Костенко, Г.К. Рембалович [и др.]. - Текст: непосредственный // Материалы 70-й Международной научно-практической конференции «Вклад университетской аграрной науки в инновационное развитие агропПОМышленного комплекса», 23 мая 2019 года. Рецензируемое научное издание. - Рязань: Издательство Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева, 2019. - С. 124- 128.- Библиогр.: с. 128.

19. Teterinaa О. А. The effect of humic aerosol treatment on grain seeds quality / O.A. Teterinaa [et al.] // Engineering. - 2020. - P. 255.

20. Ullah A. Impact of seed dressing and soil application of potassium humate on cotton plants productivity and fiber quality / A. Ullah [et al.] // Plants. -2020. - Т. 9. - №. 11. - P. 1444.

21. Халиуллин Д.Т. Анализ способов и технических средств протравливания семян и перспективы их развития / Д.Т. Халиуллин, А.И. Гафиуллин, Р.Т. Замалетдинов // Научное сопровождение технологий агропПОМышленного комплекса: теория, практика, инновации. - 2020. - С. 103-108.

22. Capo L. Role of the fungicide seed dressing in controlling seed-borne Fusarium spp. infection and in enhancing the early development and grain yield of

maize / L. Capo, A. Zappino, A. Reyneri and M. Blandino // Agronomy. - 2020. -Т. 10. - №. 6. - P. 784.

23. Костенко М.Ю. Анализ технологий обработки биопрепаратами для стимуляции и защиты растений / М. Ю. Костенко, И. Н. Горячкина, О. А. Тетерина [и др.] // Техническое обеспечение сельского хозяйства. - 2020. - № 1(2). - С. 122-127.

24. Киреев И.М. Аэрозольная технология краевой обработки поля для уничтожения сорняков и вредителей / И.М. Киреев [и др.] // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. - 2022. - №. 31 (194). - С. 52-65.

25. Castellano-Hinojosa A. Impact of fumigants on non-target soil microorganisms: a review / A. Castellano-Hinojosa, N.S. Boyd and S.L. Strauss // Journal of Hazardous Materials. - 2022. - Т. 427. - P. 128149.

26. Zhang W. Advances in gas fumigation technologies for postharvest fruit preservation / W. Zhang, Y. Pan, Y. Jiang, Z. Zhang // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. - 2024. - Т. 64. - № 24. - P. 8689-8708. - DOI: 10.1080/10408398.2023.2202775.

27. Chen S. Effect of droplet size parameters on droplet deposition and drift of aerial spraying by using plant protection UAV / S. Chen, Y. Lan, Z. Zhou [et al.] // Agronomy. - 2020. - Т. 10. - №. 2. - P. 195.

28. Кожура Ф.А. Обзор систем защиты растений и применяемых распылителей / Ф.А. Кожура, В.В. Жадько // Стратегии и векторы развития АПК: Сборник статей по материалам национальной конференции, посвященной 100-летию Кубанского ГАУ, Краснодар, 15 ноября 2021 года / Отв. за выпуск А.А. Титученко. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2021. - С. 147-151.

29. Пат. 2693258 Российская Федерация. Приспособление для обработки клубней картофеля защитно-стимулирующими жидкостями при посадке / С. М. Борисова, С. К. Папуша, Н. П. Чистяков, Н. А. Никитенко, заявитель и патентообладатель Федеральное государственное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет".

30. Пат. 2707628 Российская Федерация, МПК А01М 7/00. Опрыскиватель ультрамалообъемный / С. М. Борисова, С. К. Папуша, Н. И. Чистяков, Н. А. Никитенко; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет». - № 2019102865; заявл. 01.02.2019.

31. Свиридов А.С. Анализ типов распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей / А.С. Свиридов, Ю.В. Катаев, М.Г. Загоруйко // Аграрный научный журнал. - 2021. - № 6. - С. 96-100. - DOI 10.28983/asj.y2021i6pp96-100.

32. Клочков А.В. Практические аспекты эффективного применения пестицидов / А.В. Клочков, П.А. Новицкий // Земледелие и защита растений. - 2015. - № 4(101). - С. 53-58.

33. Ivanov B.L. Droplet size of virocide disinfectant liquid from vortex injector sprayer under different operating conditions / B.L. Ivanov [et al.] // Engineering for Rural Development. Proceedings of the International Scientific Conference (Latvia). - Latvia University of Life Sciences and Technologies, 2021.

34. Makhnenko I. A review of liquid sheet breakup: Perspectives from agricultural sprays / I. Makhnenko [et al.] // Journal of Aerosol Science. - 2021. -Т. 157. - P. 105805.

35. Папуша С.К. Усовершенствование работы опрыскивателя для обработки садовых насаждений / С. К. Папуша, Д. В. Слесаренко, В. В. Жадько // Наука, образование, молодежь: горизонты развития. - 2021. - С. 48-52.

36. Мельник В.И. Анализ конструкций распылителей / В.И. Мельник, К.Г. Савицкий, Н.Ю. Фатеева // Вестник Харьковского национального университета имени В. Карамзина - 2019. - №199. - С. 359-365.

37. Башкирев А.П. Анализ работы полевых опрыскивателей / А. П. Башкирев, А. А. Шварц, А. Ю. Шкабенко // Наука в центральной России. -2019. - № 6(42). - С. 50-58. - DOI 10.35887/2305-2538-2019-6-50-58.

38. Borisova S.M. Optimization of parameters of the spraying device at etching of potato tubers / S. M. Borisova, S. K. Papusha, N. A. Nikitenko // E3S Web of Conferences. - 2019. - P. 00014.

39. Hao G. Research on Influence of Angle of Deflector on Air Flow in Spray Area Based on Numerical Simulation / G. Hao, Ch. Zhang, K. Sun, L. Li, J. Zhou // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1600. - P.1-7. - DOI: 10.1088/1742-6596/1600/1/012033.

40. Ashenafi T.D. Spray deposition profiles in ПОМе fruit trees: Effects of sprayer design, training system and tree canopy characteristics / T.D. Ashenafi // Crop Protection. - 2015. - T.1. - P. 200-213.

41. Назаров Н. Н. Качество распределения жидких форм минеральных удобрений по обрабатываемой поверхности / Н. Н. Назаров, И. В. Некрасова // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2025. - Т. 55. - № 5 (318). - С. 106-114. - DOI: 10.26898/0370-8799-2025-5-10.

42. Jalu M. V. A comprehensive review of various types of sprayers used in modern agriculture / M. V. Jalu, R. Yadav, P. S. Ambaliya // Pharma Innovation Journal. - 2023. - Vol. 12. - P. 143-149.

43. Киреев И.М. Технологический процесс опрыскивания полевых сельскохозяйственных культур щелевыми распылителями / И.М. Киреев, М.В. Данилов, З.М. Коваль, Ф.А. Зимин // Тракторы и сельхозмашины. - 2022. - Т. 89, № 6. - С. 395-401. - DOI 10.17816/0321-4443-115022.

44. Ahmed F. R. Use of agricultural machinery in vegetable crops: a review / F. R. Ahmed // International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology. - 2025. - V. 2. - No. 2. - P. 10-20.

45. Завражнов А.И. Результаты исследований щелевых распылителей для обработки свеклы / А.И. Завражнов, К.А. Манаенков, С.В. Соловьев, А.Н.

Омаров // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета.

- 2016. - № 2. - С. 126-131.

46. Жадько В.В. Конструкция распределителя средств защиты растений / В.В. Жадько, С.В. Белоусов // Научное обеспечение агропромышленного комплекса. - 2020. - С. 345-348.

47. Borisova S.M. The process of ultra-low-volume seed etching with an experimental device / S. M. Borisova, S. K. Papusha, E. M. Sivovalov, // IOP Conference Series - 2020. - Р. 05206.

48. Шуганов В.М. Разработка перспективного метода опрыскивания для производства гибридных семян кукурузы / В.М. Шуганов, А.М. Лешкенов,

A.Х. Шогенов, З.Ю. Кантиев // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. - 2022. - № 6(110). - С. 236-248. - DOI 10.35330/1991-6639-20226-110-236-248.

49. Шацкий В. А. Анализ распылителей для сельскохозяйственных культур, исследование технологии доставки гербицидов к сорным растениям /

B. А. Шацкий, В. Ю. Ланцев // Наука и образование. - 2025. - Т. 8. - № 2. - С. 53-57.

50. Лысов А.К. Сравнительные испытания применения средств защиты растений различными способами опрыскивания / А.К. Лысов, Т.В. Корнилов // В сборнике: Защита растений от вредных организмов Материалы IX международной научно-практической конференции - 2019. - С. 147-148.

51. Иванов Б.Л. Теория распыливания жидкости форсунками / Б.Л. Иванов, Б.Г. Загиншин Р.Ф. Шарафеев, И.Р. Сагбиев // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2019. - Т. 14, № 2 (53). - С. 95-99.

- DOI: 10.12737/article_5d3e174f90fe69.76703992

52. Subr A. The effect of design and the accelerated wear test of agricultural nozzles on the resulting droplet size / A. Subr, S. Parafiniuk, A. Al-Ahmadi, M. Milanowski // Agricultural Engineering. - 2025. - Vol. 29. - No.1. - P.1-13.

53. Дорохов А.С. Технические средства для химической защиты растений: состояние и перспективы развития / А. С. Дорохов, И. А. Старостин,

А. В. Ещин, Р. К. Курбанов // Агроинженерия. - 2022. - Т. 24, № 3. - С. 12-18. - DOI 10.26897/2687-1149-2022-3-12-18.

54. Leise A. Evaluating precision sprayers for targeted weed management in corn and soybean / A. Leise [et al.] // Agrosystems, Geosciences and Environment. - 2025. - Vol. 8. - No. 1. - P. e70055.

55. Wang S. Development status and perspectives of crop protection machinery and techniques for vegetables / S. Wang, T. Xu, X. Li // Horticulturae. -2022. - Vol. 8. - No. 2. - P.166. -DOI: 10.3390/horticulturae8020166.

56. Калинин А.В. Влияние электростатического поля на осаждение аэрозоля на растения / А. В. Калинин, М. Ю. Костенко, Г. К. Рембалович [и др.] // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2025. - Т. 17. - № 1. - С. 120-127. - DOI 10.36508/RSATU.2025.96.32.017.

57. Дещенко К. В. Использование распыливающих наконечников полевых опрыскивателей / К. В. Дещенко, С. В. Белоусов // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : сб. ст. по материалам 78-й науч.-практ. конф. студентов по итогам НИР за 2022 год : в 3 ч., Краснодар, 1 марта 2023 г. / отв. за вып. А. Г. Кощаев. - Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина, 2023. - Ч. 2. - С. 280-282.

58. Салахутдинов И. Р. Классификация видов изнашивания / И. Р. Салахутдинов, А. И. Салахутдинов, А. А. Глущенко // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения : материалы XV Междунар. науч.-практ. конф., Ульяновск, 26 июня 2025 г. - Ульяновск : Ульяновский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина, 2025. - С. 575-586.

59. Leguizamón S. Simulation of the hydroabrasive erosion of a bucket: A multiscale model with projective integration to circumvent the spatio-temporal scale separation / S. Leguizamón [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2019. - Т. 240. - No. 7. - P. 072014.

60. Штерцер А.А. Воздействие гидроабразивной струи на материал: гидроабразивный износ / А.А. Штерцер, Б.Е. Гринберг // Прикладная механика и техническая физика. - 2013. - Т.54. - №3. - С. 191-201.

61. Антоев К.П. Исследование стойкости к гидроабразивному воздействию перспективных полимерных футеровочных материалов / К.П. Антоев, С.Н. Попов, Б.Н. Заровняев // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. - 2019. - №1. - С. 185-191.

62. Ivanov O. Improvement of abrasion resistance of production equipment wear parts by hardfacing with flux-cored wires containing boron carbide/metal powder reaction mixtures / O. Ivanov [et al.] // Management Systems in Production Engineering. - 2020. - Т. 28. - №. 3. - P. 178-183.

63. Jamwal A. Microstructure, wear and corrosion characteristics of Cu matrix reinforced SiC-graphite hybrid composites / A. Jamwal [et al.] //Journal of Composite Materials. - 2019. - Т. 53. - №. 18. - P. 2545-2553.

64. Сацик С.П. Влияние свойств абразивных частиц на износостойкость металлов / С.П. Сацик // Наука без границ. - 2018. - №6 (23).

- С. 54-58.

65. Цветков Ю.Н. Определение продолжительности инкубационного периода полимеров при кавитационном изнашивании методом профилометрии / Ю. Н. Цветков, Я. О. Фиактистов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2023. - Т. 89. - № 5. - С. 64-70. - DOI 10.26896/1028-6861 -2023-89-5-64-70.

66. Song Sh. Research on Polymer Wear under Water Conditions: A Review / Sh. Song, Z. Zhu, Sh. Du [et al.] // Lubricants. - 2024. - Vol. 12. - No. 9.

- P. 312. - DOI 10.3390/lubricants 12090312.

67. Цветков Ю.Н. Кавитационное изнашивание полимеров / Ю.Н. Цветков, Я.О. Фиактистов, Р.Н. Ларин // Трение и износ. - 2025. - Т. 46. - № 2. - С. 165-176. - DOI 10.32864/0202-4977-2025-46-2-165-176.

68. Khatri S. Scratch Behavior of Micro-Patterned Polymeric Surfaces / S. Khatri // Tribology Letters. - 2025. - Т. 73. - №. 4. - P. 127.

69. Pavlovic M. Cavitation wear of basalt-based glass ceramic / M.Pavlovic, M. Dojcinovic, R. Prokic-Cvetkovic [et al.] // Materials. - 2019. - Т. 12. - No. 9. - P. 1552.

70. Сейтказенова К.К. Зависимость износостойкости материалов при кавитации от механических характеристик / К.К. Сейтказенова, Б.Р. Арапов, Б.К. Рахманов // Материалы Международной научно-практической конференции «Ауэзовские чтения-16: «Четвертая промышленная революция: новые возможности модернизации Казахстана в области науки, образования и культуры». - 2018. - С. 145-148.

71. Горелов А.В. Значение селекции и химических средств защиты растений в повышении урожайности сельскохозяйственных культур / А. В. Горелов, В. В. Пыльнев, Г. В. Баранов // Агро XXI. - 2011. - № 4-6. - С. 17-20.

72. Трифонова А.С. Методы оптимизации ассортимента химических средств защиты растений / А.С. Трифонова, В.П. Трушина // Science Time. -2014. - № 12. - С. 527-540.

73. Baibakova E.V. Modern Fungicides: Mechanisms of Action Fungal Resistance and Phytotoxic Effects / E.V. Baibakova, E.E. Nefedjeva, M. Suska-Malawska //Annual Research and Review in Biology. - 2019. - T.32(3). - P.1-16.

74. Миропольцева Д.И. Роль фунгицидов при возделывании сельскохозяйственных культур в период вегетации / Д. И. Миропольцева, В. В. Рзаева // Достижения молодежной науки для агропПОМышленного комплекса : Сборник трудов LVII научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Тюмень, 27 февраля - 03 2023 года. Том Часть 6. - Тюмень: Государственный аграрный университет Северного Зауралья, 2023. - С. 57-61.

75. Сыпко К.С. Определение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и ее метаболита в почвах методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии после предварительного концентрирования с применением магнитного угля на основе рисовой шелухи / К. С. Сыпко, А. С. Губин, П. Т. Суханов [и др.] //

Аналитика и контроль. - 2024. - Т. 28. - № 1. - С. 38-45. - DOI 10.15826/analitika.2024.28.1.004.

76. Zhang H. Ce-MOF composite electrospinning as antibacterial adsorbent for the removal of 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid / H. Zhang // Chemical Engineering Journal. - 2023. - Т. 462. - P. 142195.

77. Лазько В.Э. Опыт применения инсектицидов на томатах против хлопковой совки / В.Э. Лазько, Е.Н. Благородова, О.В. Якимова, Е.В. Ковалева // Рисоводство. - 2023. - № 4 (61). - С. 62-67. - DOI: 10.33775/1684-2464-202361-4-62-67.

78. de Souza R.M. Occurrence, impacts and general aspects of pesticides in surface water: A review / R.M. de Souza [et al.] // Process Safety and Environmental Protection. - 2020. - Т. 135. - P. 22-37.

79. Hu H. Tank-Mix Adjuvants Enhance Pesticide Efficacy by Improving Physicochemical Properties and Spraying Characteristics for Application to Cotton with Unmanned Aerial Vehicles / H. Hu, Ya. Ma, X. Song [et al.] // ACS Omega. -2024. - Vol. 9. - No. 28. - P. 31011-31025. - DOI 10.1021/acsomega.4c04301.

80. Давидянц Э.С. Тритерпеновые гликозиды как регуляторы роста растений: потенциал и перспективы использования (обзор) / Э. С. Давидянц // Химия растительного сырья. - 2023. - № 1. - С. 5-34. - DOI 10.14258/jcprm.20230111368.

81. Сергеева К.С. Регуляторы роста растений: их виды и применение / К.С. Сергеева, М.А. Степененко, А.А. Булатов, А.А. Пащенко // Вектор научной мысли. - 2024. - № 6(11). - С. 384-388. - EDN LKLDPA.

82. Singhal R.K. Beneficial elements: New Players in improving nutrient use efficiency and abiotic stress tolerance / R. K. Singhal, Sh. Fahad, P. Kumar [et al.] // Plant Growth Regulation. - 2023. - Vol. 100. - No. 2. - P. 237-265. - DOI 10.1007/s10725-022-00843-8.

83. Колодяжная И.Н. Высокоэффективные материалы для инновационных применений в сельскохозяйственной технике / И.Н.

Колодяжная // Ремонт. Восстановление. Модернизация - 2011. - № 2. - С. 810.

84. Новокшонова Л.А. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен и композиционные материалы на его основе / Л. А. Новокшонова // Полимеры в стратегии научно-технического развития РФ "Полимеры-2020": Сборник тезисов Восьмой Всероссийской Каргинской конференции, Москва, 09-13 ноября 2020 года. - Москва: Общество с ограниченной ответственностью «МЕСОЛ», 2020. - С. 41.

85. Gladius L. Properties of crosslinked ultra-high-molecular-weight polyethylene / L. Gladius // Biomaterials. - 2001. - V. 22, Is. 4 - P. 371-401. DOI:10.1016/S0142-9612(00)00195-2.

86. Saxena P.A. comprehensive review on fundamental properties and applications of poly (vinylidene fluoride) (PVDF) / P. Saxena, P. Shukla // Advanced Composites and Hybrid Materials. - 2021. - Т. 4. - P. 8-26.

87. Аминева С.У. Поливинилиденфторид / С. У. Аминева // Приоритетные направления развития образования и науки : материалы VIII Междунар. заоч. науч.-практ. конф. аспирантов, магистрантов и студентов, Стерлитамак-Актобе, 25 марта 2022 г. / отв. ред. С. Ю. Широкова. -Стерлитамак-Актобе: Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета, Актюбинский региональный университет им. К. Жубанова, 2022. - С. 126-126.

88. Kuciel S. Physico-mechanical properties of the poly(oxymethylene) composites reinforced with glass fibers under dynamical loading / S. Kuciel, P. Bazan, A. Liber-K^^ A. G^dek-Moszczak // Polymers. - 2019. - V. 11, Is. 12. -Article ID 2064. DOI: 10.3390/polym11122064.

89. Mohsenzadeh R. Gear life and failure mode versus meshing stress in polyacetal/carbon black nanocomposite gears / R. Mohsenzadeh, K. Shelesh-Nezhad, T.N. Chakherlou and H.H. Yaghini // Engineering Failure Analysis. - 2022. - Т. 131. - P. 105859.

90. Hribersek M. Thermal and durability characterization of polyacetal and polyamide gear pairs / M. Hribersek, S. Kulovec // Journal of Mechanical Science and Technology. - 2021. - Т. 35. - No. 8. - P. 3389-3394.

91. Jayaram S.R. Role of fillers on physico-mechanical properties of PОМ based hybrid composites / S.R. Jayaram, L.M. Shashank, Y.M. Shashidhara, M.S. Shashidhara // Applied mechanics and materials. - 2019. - V. 895. - P. 170-175. -DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.895.170.

92. Милевски Дж. Наполнители для полимерных композиционных материалов: справочное пособие / Дж. Милевски, Г. Кац, Т.Х. Ферригно. - М.: Химия, 1981. - 736 с.

93. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам: в 2-х т. / Дж. Любин. - М.: Машиностроение, 1988. - 448 с.

94. Троянская Е.Б. Пластики конструкционного назначения (реактопласты) / Е.Б. Троянская, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин [и др.] -Москва: Химия, 1974. - 304 с.

95. Гордиенко В.П. Механохимическое влияние на структуру и износостойкость термопластичных систем: полиэтилен-карбиды / В.П. Гордиенко, Г.Н. Кавалева // Пластические массы. - 2014. - №1-2. - С. 40-43. - DOI: 10.35164/0554-2901-2017-1-2-40-43.

96. Кычкин А.К. Исследования влияния различных типов наполнителей на свойства полимерной матрицы / А. К. Кычкин, А. А. Кычкин, А. А. Васильева // Ползуновский вестник. - 2024. - № 4. - С. 222-227. - DOI 10.25712/ASTU.2072-8921.2024.04.033.

97. Thooyavan Ye. Effect of combined micro and nano silicon carbide particles addition on mechanical, wear and moisture absorption features of basalt bidirectional mat/vinyl ester composites / Ye. Thooyavan, L.A. Kumaraswamidhas, R. D. E. Raj [et al.] // Polymer Composites. - 2022. - Vol. 43, No. 5. - P. 25742583. - DOI 10.1002/pc.26557.

98. Петренко Д.С. Полимерные композиционные материалы на основе связующего из возобновляемого сырья: влияние наполнителя на

физико-механические свойства / Д. С. Петренко, В. А. Клушин, А. А. Петренко [и др.] // Пластические массы. - 2024. - № 1. - С. 40-43. - DOI 10.35164/05542901-2024-01-40-43.

99. Преображенская E. В. Способы получения композитов на основе полисульфона, полиэфирэфиркетона и углеродного волокна / E. В. Преображенская, Д. С. Чугунов // Перспективные материалы и технологии (ПМТ-2025): сб. докл. Hациональной науч.-техн. конф. с междунар. участием, Москва, 7-12 апреля 2025 г. - Москва: МИРЭА - Российский технологический университет, 2025. - С. 393-397.

100. Бунаков В.А. Армированные пластики: Справочное пособие / В.А. Бунаков, Г.С. Головкин. - М.: МАИ, 1997. - 402 с.

101. Eshkobilov O. The role of graphite and fibrous fillers in modulating the anti-friction properties of polimer composites / O. Eshkobilov, S. Meyliev, Z. Chulliev [et al.] // Universum: технические науки. - 2025. - No. 2 (131). - P. 4449. - DOI 10.32743/UniTech.2025.131.2.19435.

102. Панин С.В. Износостойкость композитов на основе сверхмолекулярного полиэтилена, армированного графитом различной природы / С.В. Панин, Л.А. Корниленко, Т. №уен Суан [и др.] // Известия высших учебных заведений серия: химия и химическая технология. - 2015. -Т. 58. - №5. - С. 81-86.

103. Гордиенко В.П. Твердость и износостойкость некоторых полиолефинов с добавками дисульфида молибдена / В.П. Гордиенко, В.Г. Сальников, Р.В. Подлесный, А.В. Касперский // Пластические массы. - 2009.

- №10. - С.13-15.

104. Прожега М.В. Трибологические свойства антифрикционных покрытий на основе дисульфида молибдена в экстремальных условиях / М. В. Прожега, Е. О. Рещиков, Е. О. Константинов [и др.] // Трение и износ. - 2022.

- Т. 43. - № 6. - С. 640-650. - DOI 10.32864/0202-4977-2022-43-6-640-650.

105. Кахраманды ЮЛ. Исследование совместимости и прочностных свойств полимерных смесей на основе полиамида и АБС-пластика / ЮЛ.

Кахраманды, Э.Н. Халилов, М.Р. Пашаев, М.Ю. Алыев // Azerbaijan Chemical Journal. - 2012. - №2. - С. 110-115.

106. Горбачев А.В. Влияние компатибилизатора на физико-механические свойства композиций на основе полипропилена и целлюлозного наполнителя / А.В. Горбачев, И.З. Файзуллин, С.И. Вольфсон, А.З. Файзуллин // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тезисы докладов XXX Российской молодежной научной конференции с международным участием, посвященной 100-летию Уральского федерального университета (Екатеринбург, 6-9 октября 2020 года). - Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2020. - C. 10.

107. Гуляев А.И. Методологические вопросы анализа фазовой морфологии материалов на основе синтетических смол, модифицированных термопластами (обзор) / А. И. Гуляев, П. Л. Журавлева // Труды ВИАМ. - 2015.

- № 6. - С. 9.

108. Жернов И.В. Влияние магнитного поля на фазовые переходы и структуру растворов и расплавов гибкоцепных полимеров / И.В. Жернов // Магистерская диссертация. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Екб. 2016.

109. Попов В.М. Теплообмен через соединения на клеях / В.М. Попов.

- М.: Энергия, 1974. - 304 с.

110. Попов В.М. Метод повышения теплопроводности тонкослойных полимерных материалов / В.М. Попов, А.П. Новиков, И.Ю. Кондратенко // Матер. III Российской национальной конф. по теплообмену. М.: МЭИ. - 2002. Т. 7. - С. 224 - 225.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Патент на изобретение

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт опытно-промышленного внедрения

«Утверждаю» Председатель СХА «Неручь»

Ю.В. Пахомов «23» мая 2025г.

Акт опытно-промышленного внедрения

Настоящий акт подтверждает, что на предприятии СХА "Неручь" (Калужская область, Барятинский район, деревня Крисаново-Пятница, Центральная ул., д. 6) внедрены результаты диссертационного исследования на тему «Реновация распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей с использованием полимерных композиционных материалов».

В рамках сотрудничества были изготовлены и испытаны опытные образцы распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей в полевых условиях. Детали изготовлены из композиционного материала на основе полиацеталя, модифицированного карбидом кремния, обеспечивающего повышенную стойкость к гидроабразивному и химическому износу. Испытания в полевых условиях показали:

- стабильную работу распылителей в течение 350 часов без признаков засорения и деградации поверхности;

- снижение расхода пестицидов на 12%;

- увеличение межсервисного интервала обслуживания системы опрыскивания на 20%.

Разработанный композиционный материал рекомендован к применению для распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей, а также элементов систем увлажнения и дезинфекции, подверженных гидроабразивному износу.

Главный инженер /л /

Ф.И.О (подпись)

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акт о внедрении результатов работы

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Славкннон Виктории Эдуардовны г. Москва «28» июля 2025

Автор научно-исследовательской pajpaooiKii: Славкина Виктория Эдуардовна.

Учреждение, внедряющее авторскую разработку: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный агроннженерный центр ВММ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ).

11;пнанне внедряемых Mai «риалов: рабочие программы дисциплин (модулей) и дидактические материалы для основных образовательных программ магистратуры и аспирантуры.

Практическая значимость: материалы и результаты проведенного научного исследования по теме; «Реновация распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей с использованием полимерных композиционных материалов» были использованы при разработке содержания образовательных программ магистратуры и аспирантуры, адаптированных к научно-исследовательской деятельности. Материалы включены в рабочие программы учебных предметов, курсов, дисциплин (модулей), факультативных занятий для подготовки магистрантов направления подютовки 35.04.06 Агроинженсрия, аспирантов научной специальности 4.3.1. Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса, обучающихся в ФГБНУ Ф11А11 ВИЧ.

Заместитель директора по образовательной и редакпноино-издательской деятельности

Ценч Ю.С

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Диплом «Золотая осень»

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Маршрутная карта

П>СТ 3.111В-62 Зарн-а 16

Дубп. 1 1

ЕЗзам.

Подл. 1 1

1 3

А Цех 1 Уч. 1 РМ 1 Оггаь 1 Код наименование операции Обоана' вине документа

Б Кол. наименование обооудоеаиия :1М 1 :■-. 1 - 1 УТ 1 1 К01'Д ЕН ОП Кшт. Тпз Тшг.

К/м Наименование детали, сб. ед, или материала Обозначение, код ОПП ЕВ ЕН КИ Н.раск,

О 01 5. П ровести гра нули ровани е распла ва

О 02 6. Охладить и собрать гранулят

Т 03 Перчатки термостойкие ГОСТ 12.4.252-2013

т см Защитные очки ГОСТ 12.4.253-2013

Т 05 Респиратор ГОСТ 12.4.294-2015

06

А 07 1111 ОП СБ 01 020 8800 Подготовка пресс-формы йот

Б 03 Верстак слесарный II 11111111 1 1 17023 IX

О 09 1. Осмотр формы

О 10 2. Очистка

О 11 3. Смазка

О 12 4. Сборка пресс-формы

Т 13 Комплект ключей

Т 14 Силиконовая смаэка

Т 15 Перчатки трикотажные ГОСТ 12.4.246-2008

16

А 17 ОП ЛД 01 025 0121 Литье под давлением йот

МК

"i)CT 3.111В-Я2 Фарна 16

Дубл. 1 1

Взам.

Паял. 1 1

1 6

А Цех 1 Уч. 1 РМ 1 Опе& 1 Код, наименование операции Обозначение документа

Б Кол. наименование обоотаовання CM 1 Гко, 1 Р 1 УТ 1 КР 1 КОИД ЕН ОП Кшт. Тпэ Тшт,

К/М Наименование детали, сб. ед, или чате^иала Обозначение, код ОПП ЕЕ ЕН КИ Н.расх,

Т 01 Лакмусовая индикаторная бумага ТУ 2642-054-23050963-2008

02

А 03 III 1 ОП УП 01 045 8900 Упаковка и маркировка йот

Б 04 Упаковочный стол II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 27142 IX

Т 05

Т 06 Этикетки

мк 1