Оптимизация структуры композитных покрытий для защиты рабочего оборудования смесительной камеры ресайклера

Введение. Технология холодного ресайклинга является эффективным решением для ремонта дорожного покрытия. Однако детали рабочего оборудования смесительной камеры ресайклера одновременно подвергаются значительному механическому износу, ударным нагрузкам от переработанного асфальтобетона и агрессивным химическим воздействиям, связанным с битумно-водными эмульсиями. Совокупное влияние этих факторов приводит к сложным механизмам разрушения, которые значительно сокращают срок службы рабочего оборудования.

Материалы и методы. Настоящее исследование сосредоточено на оценке и разработке оптимизированных систем полимерно-композитных покрытий для деталей смесительного оборудования ресайклеров. Предлагаемый подход основан на выборе матричных смол, включая эпоксидные и полиуретановые системы, и их сочетании с многофункциональными наполнителями, включая твердые смазочные добавки, армирующие наполнители, а также нано- и микрофазные компоненты.

Результаты. При проведении исследований применяется методика многокритериальной оптимизации для достижения сбалансированного сочетания механических, физико-химических и эксплуатационных свойств, включая адгезионную прочность, баланс твердость–упругость, сопротивление истиранию, снижение трения, ударную прочность, химическую и термическую стабильность, а также практическую применимость и технологичность.

Обсуждение и выводы. Результаты показывают, что эпоксидные матрицы, армированные гибридными нано- микронаполнителями и дополненные твердыми смазочными добавками, существенно повышают срок службы покрытия, улучшают трибологические характеристики и снижают отслаивание покрытия и адгезию битумной смеси, сохраняя при этом разумную стоимость и технологичность. Кроме того, предложенная стратегия проектирования обеспечивает новый прикладной подход к разработке защитных покрытий для рабочего оборудования других промышленных отраслей, где требуется устойчивость к сочетанным абразивным, ударным и химически агрессивным воздействиям.

1. Pakes A., Edil T., Sanger M., Olley R., Klink T. Environmental benefits of cold-in-place recycling // Transportation Research Record: 2672(24), 2018; P. 11–19. https://doi.org/10.1177/0361198118758691

2. Cao R., Li H., Yao L., Jiang J., Leng Z., Ni F., Zhao Z. Comparative analysis of cold in-place recycling for roadway maintenance and rehabilitation from the perspectives of technical-cost-environmental nexus // Journal of Cleaner Production: 439, 2024; P. 140768. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140768. EDN EUDJXU

3. Jin D., Yin L., Malburg L., You Z. Laboratory evaluation and field demonstration of cold in-place recycling asphalt mixture in Michigan low-volume road // Case Studies in Construction Materials: 20, 2024; P. e02923. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e02923. EDN DEKCHW.

4. Niță A., Petrescu M.G., Dumitru T., Burlacu A., Tănase M., Laudacescu E., Ramadan I. Experimental research on the wear behavior of materials used in the manufacture of components for cement concrete mixers // Materials: 16(6), 2023; P. 2326. https://doi.org/10.3390/ma16062326

5. Burlacu A., Petrescu M. G., Răzvan G. R., Dumitru T., Laudacescu E. V., Ramadana I. N., Niță A. Experimental Investigations on Wear Phenomena Specific to Rotary Dryer Flights (Blades) // Tribology in Industry: 46(1), 2024; P. 56. https://doi.org/10.24874/ti.1549.08.23.10. EDN GBUCUO.

6. Ren Y., Zhang L., Xie G., Li Z., Chen H., Gong H., Luo J. A review on tribology of polymer composite coatings // Friction: 9(3), 2021; P. 429–470. https://doi.org/10.1007/s40544-020-0446-4. EDN VYQUSV.

7. Seenath A.A., Baig M.M.A., Katiyar J.K., Mohammed A.S.A Comprehensive Review on the Tribological Evaluation of Polyether Ether Ketone Pristine and Composite Coatings // Polymers: 16(21), 2024; P. https://doi.org/10.3390/polym16212994. EDN VJHKIU.

8. Zvonkina I.J. Adhesion of polymer coatings: Principles and evaluation // Industrial Applications for Intelligent Polymers and Coatings. Cham: Springer International Publishing, 2016; P. 605–617. https://doi.org/10.1007/978-3-319-26893-4_28

9. Jeandin M., Koivuluoto H., Vezzu S. Coating properties // Modern Cold Spray: Materials, Process, and Applications. Cham: Springer International Publishing, 2015; P. 107–224. https://doi.org/10.1007/978-3-319-16772-5_4. EDN WTLYMB.

10. Antony Jose S., Lapierre Z., Williams T., Hope C., Jardin T., Rodriguez R., Menezes P.L. Wear- and corrosion-resistant coatings for extreme environments: advances, challenges, and future perspectives // Coatings: 15(8), 2025; P. 878. https://doi.org/10.3390/coatings15080878. EDN XZCXXL.

11. Wu M., Cao G., Xiao Z. Polyimide-modified epoxy coatings reinforced with functional fillers for enhanced thermal stability and corrosion resistance // Advanced Composites and Hybrid Materials: 8(2), 2025; P. 1–16. https://doi.org/10.1007/s42114-025-01265-6. EDN GLWYTP.

12. Bhavith K., Prashanth Pai M., Sudheer M., Ramachandra C.G., Maruthi Prashanth B.H., Kiran Kumar B. The effect of metal filler on the mechanical performance of epoxy resin composites // Engineering Proceedings : 59(1), 2023; P. 200.

13. Zhao X., Lu S., Li W., Zhang S., Li K., Nawaz K., Webb E. Epoxy as filler or matrix for polymer composites // Epoxy-Based Composites: 1, 2022; https://doi.org/10.5772/intechopen.102448

14. Abdellaoui H., Raji M., Bouhfid R. Kacem Qaiss A. Investigation of the deformation behavior of epoxy-based composite materials // Failure analysis in biocomposites, fibre-reinforced composites and hybrid composites. Woodhead Publishing, 2019; P. 29–49. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102293-1.00002-4. EDN ZFOVMO.

15. Chen Y., Hu J., Wu X., Duan S., Wang H., Ma T. Synthesis and Evaluation of Polyurethane as Waterproof Adhesion Layer for Steel Bridge Deck // Polymers: 16(22), 2024; P. 3140. https://doi.org/110.3390/polym16223140 EDN SIMVEE.

16. Zhang R., Huang W., Lyu P., Yan S., Wang X., Ju J. Polyurea for blast and impact protection: A review // Polymers: 14(13), 2022; P. 2670. https://doi.org/110.3390/polym14132670. EDN AQMRBA.

17. Chu D., Li Z., Yao K., Wang Y., Tian R., Zhuang Z., Liu Z. Studying the strengthening mechanism and thickness effect of elastomer coating on the ballistic-resistance of the polyurea-coated steel plate // International Journal of Impact Engineering: 163, 2022; P. 104181. https://doi.org/110.1016/j.ijimpeng.2022.104181. EDN FGQFRQ.

18. Fuseini M., Zaghloul M. M. Y., Abakar D., Zaghloul M. M. Y. Review of epoxy nano-filled hybrid nanocomposite coatings for tribological applications // FlatChem: 49, 2025; P. 100768. https://doi.org/110.1016/j.flatc.2024.100768. EDN AYQWAO.

19. Singhal V., Shelly D., Saxena A., Gupta R., Verma V. K., Jain A. Study of the influence of nanoparticle reinforcement on the mechanical and tribological performance of aluminum matrix composites-a review // Lubricants: 13(2), 2025; P. 93. https://doi.org/10.3390/lubricants13020093. EDN DSSTLO.

20. Khan S.A., Amjad H., Ahmad F., Khan H.A.A Scientometric Review Summarizing the Impact of Nanomaterials on the Fresh, Hardened, and Durability Properties of Cement-Based Materials // Advances in Civil Engineering: 2024(1), 2024; P. 8639483. https://doi.org/10.1155/adce/8639483

21. Akbarpour M.R., Mirabad H.M., Alipour S. Microstructural and mechanical characteristics of hybrid SiC/Cu composites with nano- and micro-sized SiC particles // Ceramics International: 45(3), 2019; P. 3276-3283. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.10.235

22. Adhithya K. Investigation of mechanical properties, wear behaviour, and hole quality analysis of Al2014-ZrO2-Sn composites // Advances in Materials and Processing Technologies: 11(3), 2025; P. 1644–1687. https://doi.org/10.1080/237406-8X.2024.2397182

23. Rothon R., DeArmitt C. Fillers (including fiber reinforcements) // Brydson’s Plastics Materials. Butterworth-Heinemann, 2017; P. 169–204. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-35824-8.00008-6

24. Schmid F. Understanding and modeling polymers: The challenge of multiple scales // ACS Polymers Au: 3(1), 2022; P. 28–58. https://doi.org/10.1021/acspolymersau.2c00049. EDN UHRZMJ.

25. Bustamante-Torres M., Romero-Fierro D., Arcentales-Vera B., Pardo S., Bucio E. Interaction between filler and polymeric matrix in nanocomposites: Magnetic approach and applications // Polymers: 13(17), 2021; P. 2998. https://doi.org/10.3390/polym13172998. EDN FGNUBF.

26. Rao Y.S., Mohan N.S., Shetty N., Shivamurthy B. Effects of solid lubricant fillers on the flexural and shear strength response of carbon fabric-epoxy composites // Polymer Testing: 96, 2021; P. 107085. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107085. EDN MRNPJG.

27. Sarkar M., Mandal N. Solid lubricant materials for high temperature application: A review // Materials Today: Proceedings: 66, 2022; P. 3762–3768. DOI 10.1016/j.matpr.2022.06.030. EDN LVQWCT.

28. Fuseini M., Zaghloul M.M.Y., Abakar D., Zaghloul M.M.Y. Review of epoxy nano-filled hybrid nanocomposite coatings for tribological applications // FlatChem: 49, 2025; P. 100768. https://doi.org/10.1016/j.flatc.2024.100768. EDN AYQWAO.

29. Tüfekci M., Baytak T., Bulut O., Pir İ., Acarer Arat S., Özkal B., Salles L. Nonlinear behaviour of epoxy and epoxy-based nanocomposites: an integrated experimental and computational analysis // Mechanics Based Design of Structures and Machines: 52(9), 2024; P. 6858–6888. https://doi.org/10.1080/15397734. 2023.2293763. EDN CKTOQV.