Disertační práce se zabývá vývojem nového povlaku na bázi PTFE. Za účelem vylepšení vlastností tohoto povlaku, do něj byly aplikovány částice TiO2. Do povlaku byly přidány částice s různou morfologií. Nanášení probíhalo na hliníkový substrát. Předpokladem má být zvýšení trvanlivosti povlaku, které má být ověřeno pomocí jednotlivých užitných vlastností, mezi něž patří drsnost, přilnavost, vlhkostní odolnost a otěruvzdornost. Cílem vývoje je například prodloužení životnosti forem
pro výrobu pryžových komponent, na které je již v současné době povlak aplikován, ovšem bez přídavku částic. I samotný teflonový povlak však již zvyšuje odolnost těchto forem, a proto je zde předpoklad opětovného zvýšení odolnosti přídavkem uvedených částic. Výsledky laboratorního testování predikují zmíněné zvýšení odolnosti. V neposlední řadě je ovšem důležité, aby byl brán na zřetel i zdravotní
a environmentální aspekt. V poslední době se vede polemika o vlivu TiO2 na zdraví, proto je důležité a nezbytné vyhodnotit jeho výhody a rizika použití.
Teoretická část práce se skládá z úvodu, rešeršní části a následně z popisu jednotlivých složek povlaku. Uvádím zde možnost aplikace na dva druhy základního materiálu a jeho popis s odůvodněním výběru. Dále zde uvádím jednotlivé aplikované částice a zároveň popisuji jejich výrobu. V závěrečné části teorie jsou vysvětleny
také jednotlivé metody zkoušení materiálu.
Experimentální část je rozdělena na několik jednotlivých úseků. Na začátku
je návrh samotného technologického postupu přípravy teflonového povlaku s přídavkem částic. Následuje příprava jednotlivých vzorků s různými koncentracemi oxidu titaničitého. V druhé části experimentu jsem přešla k analýze a testování jednotlivých povlaků. Hodnocena byla především morfologie (destičky, tyčinky atd.)
a velikost (od 30 nm do 1,6 ?m - největší rozměr, naměřený na délce tyčinky TiO2). Analýzy jsem prováděla pomocí laserového rastrovacího konfokálního mikroskopu
a skenovacího elektronového mikroskopu s EDS analyzátorem. Uvedené analýzy dopomohly k určení rovnoměrnosti rozložení vrstvy a částic, analýze jednotlivých částic a drsnosti povrchu vzorků.
Další fáze bylo destruktivní testování přilnavosti odtrhovou zkouškou, testování na tribometru bez a s tepelným zatížením, zatěžování vzorků v klimatické komoře
a tepelné zatížení. Zmíněný kompozitní povlak vychází z užitného vzoru: Zařízení
pro povlakování kovových forem ze slitin Al-Mg a Al-Si zejména pro výrobu pneumatik motorových vozidel. Následně byl tento postup patentován patentem č. 308500 - Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby.
Anotace v angličtině
The dissertation deals with the development of a new PTFE-based coating.
In order to improve the properties of this coating, TiO2 particles were added
to it. Particles with different morphologies were added to the coating. The application was on an aluminum substrate. The premise is to increase the durability of the coating, which should be verified using individual useful properties, such as roughness, adhesion, moisture resistance and abrasion resistance. The aim
of the development is, for example, to extend the lifetime of moulds for the production of rubber components to which the coating is already applied, but without the addition of particles. The teflon coating itself, however, already increases the resistance
of these moulds and therefore there is a prerequisite to increase the resistance again by the addition of these particles. The results of the laboratory testing predict
this increase in resistance. Last but not least, it is important to take into account health and environmental aspects. Recently, there has been controversy about the health effects of TiO2, so it is important and necessary to evaluate the benefits and risks
of its use.
The theoretical part of the thesis consists of an introduction, a research part
and then a description of the individual components of the coating. The possibility
of application to two types of base material and its description with a justification
of the choice are presented. Furthermore, I present here the individual applied particles and at the same time describe their production. In the final part of the theory, the individual methods of testing the material are also explained.
The experimental part is divided into several individual sections.
At the beginning, there is a proposal of the technological process of preparing
the teflon coating with the addition of particles. This is followed by the preparation
of individual samples with different concentrations of titanium dioxide. In the second part of the experiment, I moved on to the analysis and testing of individual coatings. Mainly were evaluated the morphology (plates, rods, etc.) and size (from 30 nm to 1.6 ?m - the largest dimension, measured along the length of the TiO2 rod). Analyses were performed using a laser scanning confocal microscope and a scanning electron microscope with an EDS analyzer. These analyses helped to determine the uniformity of the layer and particle distribution, the analysis of individual particles and the surface roughness of the samples.
The next phase was destructive adhesion testing by tear test, tribometer testing without and with thermal loading, loading of samples in a climatic chamber and thermal loading. This composite coating is based on the utility model: equipment for coating metal moulds made of Al-Mg and Al-Si alloys, in particular for the production of motor vehicle tyres. Subsequently, this process was patented under Patent No 308500 - Coating of aluminium alloy moulds for vulcanisation of rubber for the production
of tyres based on PTFE and a method for its manufacture.
Disertační práce se zabývá vývojem nového povlaku na bázi PTFE. Za účelem vylepšení vlastností tohoto povlaku, do něj byly aplikovány částice TiO2. Do povlaku byly přidány částice s různou morfologií. Nanášení probíhalo na hliníkový substrát. Předpokladem má být zvýšení trvanlivosti povlaku, které má být ověřeno pomocí jednotlivých užitných vlastností, mezi něž patří drsnost, přilnavost, vlhkostní odolnost a otěruvzdornost. Cílem vývoje je například prodloužení životnosti forem
pro výrobu pryžových komponent, na které je již v současné době povlak aplikován, ovšem bez přídavku částic. I samotný teflonový povlak však již zvyšuje odolnost těchto forem, a proto je zde předpoklad opětovného zvýšení odolnosti přídavkem uvedených částic. Výsledky laboratorního testování predikují zmíněné zvýšení odolnosti. V neposlední řadě je ovšem důležité, aby byl brán na zřetel i zdravotní
a environmentální aspekt. V poslední době se vede polemika o vlivu TiO2 na zdraví, proto je důležité a nezbytné vyhodnotit jeho výhody a rizika použití.
Teoretická část práce se skládá z úvodu, rešeršní části a následně z popisu jednotlivých složek povlaku. Uvádím zde možnost aplikace na dva druhy základního materiálu a jeho popis s odůvodněním výběru. Dále zde uvádím jednotlivé aplikované částice a zároveň popisuji jejich výrobu. V závěrečné části teorie jsou vysvětleny
také jednotlivé metody zkoušení materiálu.
Experimentální část je rozdělena na několik jednotlivých úseků. Na začátku
je návrh samotného technologického postupu přípravy teflonového povlaku s přídavkem částic. Následuje příprava jednotlivých vzorků s různými koncentracemi oxidu titaničitého. V druhé části experimentu jsem přešla k analýze a testování jednotlivých povlaků. Hodnocena byla především morfologie (destičky, tyčinky atd.)
a velikost (od 30 nm do 1,6 ?m - největší rozměr, naměřený na délce tyčinky TiO2). Analýzy jsem prováděla pomocí laserového rastrovacího konfokálního mikroskopu
a skenovacího elektronového mikroskopu s EDS analyzátorem. Uvedené analýzy dopomohly k určení rovnoměrnosti rozložení vrstvy a částic, analýze jednotlivých částic a drsnosti povrchu vzorků.
Další fáze bylo destruktivní testování přilnavosti odtrhovou zkouškou, testování na tribometru bez a s tepelným zatížením, zatěžování vzorků v klimatické komoře
a tepelné zatížení. Zmíněný kompozitní povlak vychází z užitného vzoru: Zařízení
pro povlakování kovových forem ze slitin Al-Mg a Al-Si zejména pro výrobu pneumatik motorových vozidel. Následně byl tento postup patentován patentem č. 308500 - Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby.
Anotace v angličtině
The dissertation deals with the development of a new PTFE-based coating.
In order to improve the properties of this coating, TiO2 particles were added
to it. Particles with different morphologies were added to the coating. The application was on an aluminum substrate. The premise is to increase the durability of the coating, which should be verified using individual useful properties, such as roughness, adhesion, moisture resistance and abrasion resistance. The aim
of the development is, for example, to extend the lifetime of moulds for the production of rubber components to which the coating is already applied, but without the addition of particles. The teflon coating itself, however, already increases the resistance
of these moulds and therefore there is a prerequisite to increase the resistance again by the addition of these particles. The results of the laboratory testing predict
this increase in resistance. Last but not least, it is important to take into account health and environmental aspects. Recently, there has been controversy about the health effects of TiO2, so it is important and necessary to evaluate the benefits and risks
of its use.
The theoretical part of the thesis consists of an introduction, a research part
and then a description of the individual components of the coating. The possibility
of application to two types of base material and its description with a justification
of the choice are presented. Furthermore, I present here the individual applied particles and at the same time describe their production. In the final part of the theory, the individual methods of testing the material are also explained.
The experimental part is divided into several individual sections.
At the beginning, there is a proposal of the technological process of preparing
the teflon coating with the addition of particles. This is followed by the preparation
of individual samples with different concentrations of titanium dioxide. In the second part of the experiment, I moved on to the analysis and testing of individual coatings. Mainly were evaluated the morphology (plates, rods, etc.) and size (from 30 nm to 1.6 ?m - the largest dimension, measured along the length of the TiO2 rod). Analyses were performed using a laser scanning confocal microscope and a scanning electron microscope with an EDS analyzer. These analyses helped to determine the uniformity of the layer and particle distribution, the analysis of individual particles and the surface roughness of the samples.
The next phase was destructive adhesion testing by tear test, tribometer testing without and with thermal loading, loading of samples in a climatic chamber and thermal loading. This composite coating is based on the utility model: equipment for coating metal moulds made of Al-Mg and Al-Si alloys, in particular for the production of motor vehicle tyres. Subsequently, this process was patented under Patent No 308500 - Coating of aluminium alloy moulds for vulcanisation of rubber for the production
of tyres based on PTFE and a method for its manufacture.
Cílem práce je návrh technologického postupu tvorby nového povlaku. Tento typ povlaku byl
již na Fakultě strojního inženýrství na Univerzitě J. E. Purkyně ověřen osvědčením o zápisu
užitného vzoru č. 27910. Uvedený povlak slouží k prodloužení životnosti forem sloužících
k vulkanizaci pryžových materiálů.
Zásady pro vypracování
Cílem práce je návrh technologického postupu tvorby nového povlaku. Tento typ povlaku byl
již na Fakultě strojního inženýrství na Univerzitě J. E. Purkyně ověřen osvědčením o zápisu
užitného vzoru č. 27910. Uvedený povlak slouží k prodloužení životnosti forem sloužících
k vulkanizaci pryžových materiálů.
Seznam doporučené literatury
RUAN, M., ZHAN, Y., WU, Y., WANG, X., WEN, L., CHEN, Y., WEI, M., WANG, X., DENG, X.: Preparation of PTFE/PDMS Superhydrophobic Coating and its Anti-icing Perfomance. RSC Advances, 2017. ISSN 2046-2069
[2] HAO, J., LIU, C., LI, Y., LIAO, R., TANG, CH.: Preparation Nano-Structure Polytetrafluoroethylene (PTFE) Functional Film on the Cellulose Insulation Polymer and Its Effect on the Breakdown Voltage and Hydrophobicity Properties. Materials, 2018. ISSN 1996-1944
[3] FENG, S., ZHONG, Z., WANG, Y., XING, W., DRIOLI, E.: Progress
and Perspectives in PTFE Membrane: Preparation, Modification, Application. Journal of Membrane Science, 2018. ISSN 0376-7388
[4] YAN, Y., JIA, Z., YANG, Y.: Composites Reinforced with Nanoparticles. Procedia enviromental sciences, 2011. ISSN 1878-0296
[5] YING, L., FU, Z., WU., K., WU. Ch., ZHU, T., XIE, WANG, G.: Effect of TiO2 Sol and PTFE Emulsion on Properties of Cu-Sn Antiwear and Friction Reduction Coatings. Coatings, 2019. ISSN 2079-6412
[6] LUO, F., YUAN, Y., TANG, B., ZHANG, S.: The Effects of TiO2 Particle Size on the Properties of PTFE/TiO2 Composites. Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 2017. ISSN 2327-6053
[7] YING, L., WU, Y., NIE, CH., WU, CH., WANG, G.: Improvement of the Tribological Properties and Corrosion Resistance of Epoxy-PTFE Composite Coating by Nanoparticle Modification. Coatings, 2020. ISSN 2079-6412
[8] RONDINELLA, A., ANDREARRA, F., TURRIN, D., FEDRIZZI, L.: Degradation Mechanism Occurring in PTFE-Based Coatings Emplaoyed in Food-Processing Applications. Coatings, 2021. ISSN 2079-6412
[9] HUANG, X. L., MARTINEZ-VEGA, J., MALEC, D.: Morphological Evolution
of Polytetrafluoroethylene in Extreme Temperature Conditions for Aerospace Applications. Journal of Applied Polymer Science, 2014. ISSN 1097-4628
[10] ROSLER, J., HARDERS, H. AND BAKER, M.: Mechanical Behaviour of Engineering Materials. Springer, 2007. ISBN 978-3-8351-0008-4
[11] SARDAR, S., ILYAS, S. U., TAHIR, M., A.: Applications of PTFE Coatings
on Aerospace Components. Conference: Second International Conference
on Aerospace Science & Engineering, 2011
[12] HERNANDEZ, G.: Uses and Techniques of Polytetrafluoroethylene (PTFE)
in Dentistry. Master thesis, 2018, Universidade Fernando Pessoa
[13] NAFTALOVICH, R., NAFTALOVICH, D., GREENWAY, F. L.: Polytetrafluoroethylene Ingestion as a Way to Increase Food Volume and Hence Satiety Without Increasing Calorie Content. Diabetes Sci Technol, 2016. ISSN 1932-2968
[14] ZHANG, S., LIANG, X., GADD, G. M., ZHAO, Q.: A Sol-Gel Based Silver Nanoparticle/Polytetrafluorethylene (AGNP/PTFE) Coating with Enhanced Antibacterial and Anti-Corrosive Properties. Applied Surface Science, 2021. ISSN 0169-4332
[15] CHOUDHURY, D., MILLERT, CH., ZOU, M.: Tribological Performance
of PDA/PTFE + Graphite Particle Coatings on 60NiTi. Applied Surface Science, 2020. ISSN 0169-4332
Seznam doporučené literatury
RUAN, M., ZHAN, Y., WU, Y., WANG, X., WEN, L., CHEN, Y., WEI, M., WANG, X., DENG, X.: Preparation of PTFE/PDMS Superhydrophobic Coating and its Anti-icing Perfomance. RSC Advances, 2017. ISSN 2046-2069
[2] HAO, J., LIU, C., LI, Y., LIAO, R., TANG, CH.: Preparation Nano-Structure Polytetrafluoroethylene (PTFE) Functional Film on the Cellulose Insulation Polymer and Its Effect on the Breakdown Voltage and Hydrophobicity Properties. Materials, 2018. ISSN 1996-1944
[3] FENG, S., ZHONG, Z., WANG, Y., XING, W., DRIOLI, E.: Progress
and Perspectives in PTFE Membrane: Preparation, Modification, Application. Journal of Membrane Science, 2018. ISSN 0376-7388
[4] YAN, Y., JIA, Z., YANG, Y.: Composites Reinforced with Nanoparticles. Procedia enviromental sciences, 2011. ISSN 1878-0296
[5] YING, L., FU, Z., WU., K., WU. Ch., ZHU, T., XIE, WANG, G.: Effect of TiO2 Sol and PTFE Emulsion on Properties of Cu-Sn Antiwear and Friction Reduction Coatings. Coatings, 2019. ISSN 2079-6412
[6] LUO, F., YUAN, Y., TANG, B., ZHANG, S.: The Effects of TiO2 Particle Size on the Properties of PTFE/TiO2 Composites. Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 2017. ISSN 2327-6053
[7] YING, L., WU, Y., NIE, CH., WU, CH., WANG, G.: Improvement of the Tribological Properties and Corrosion Resistance of Epoxy-PTFE Composite Coating by Nanoparticle Modification. Coatings, 2020. ISSN 2079-6412
[8] RONDINELLA, A., ANDREARRA, F., TURRIN, D., FEDRIZZI, L.: Degradation Mechanism Occurring in PTFE-Based Coatings Emplaoyed in Food-Processing Applications. Coatings, 2021. ISSN 2079-6412
[9] HUANG, X. L., MARTINEZ-VEGA, J., MALEC, D.: Morphological Evolution
of Polytetrafluoroethylene in Extreme Temperature Conditions for Aerospace Applications. Journal of Applied Polymer Science, 2014. ISSN 1097-4628
[10] ROSLER, J., HARDERS, H. AND BAKER, M.: Mechanical Behaviour of Engineering Materials. Springer, 2007. ISBN 978-3-8351-0008-4
[11] SARDAR, S., ILYAS, S. U., TAHIR, M., A.: Applications of PTFE Coatings
on Aerospace Components. Conference: Second International Conference
on Aerospace Science & Engineering, 2011
[12] HERNANDEZ, G.: Uses and Techniques of Polytetrafluoroethylene (PTFE)
in Dentistry. Master thesis, 2018, Universidade Fernando Pessoa
[13] NAFTALOVICH, R., NAFTALOVICH, D., GREENWAY, F. L.: Polytetrafluoroethylene Ingestion as a Way to Increase Food Volume and Hence Satiety Without Increasing Calorie Content. Diabetes Sci Technol, 2016. ISSN 1932-2968
[14] ZHANG, S., LIANG, X., GADD, G. M., ZHAO, Q.: A Sol-Gel Based Silver Nanoparticle/Polytetrafluorethylene (AGNP/PTFE) Coating with Enhanced Antibacterial and Anti-Corrosive Properties. Applied Surface Science, 2021. ISSN 0169-4332
[15] CHOUDHURY, D., MILLERT, CH., ZOU, M.: Tribological Performance
of PDA/PTFE + Graphite Particle Coatings on 60NiTi. Applied Surface Science, 2020. ISSN 0169-4332
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby:
Veřejná část jednání:
Zahájení a přivítání přítomných (předsedkyně komise).
Představení doktorandky, školitele a tématu disertační práce (předsedkyně komise).
Odborné hodnocení doktorandky (školitel).
Prezentace obsahu a výsledků disertační práce (doktorandka).
doktorandka prezentovala disertační práci v rozsahu cca 15 minut
Přednesení oponentských posudků (prof. Müller; prof. Švorčík).
Vyjádření doktorandky k oponentským posudkům:
doktorandka zaujala stanovisko k oponentským posudkům a uspokojivě zodpověděla dotazy oponentů
pozn.: oba posudky byly kladné a doporučující práci k obhajobě
Předsedkyně komise zahájila veřejnou rozpravu, ve které byly vzneseny doplňující dotazy, na něž doktorandka uspokojivě zodpověděla.
Předsedkyně komise uzavřela veřejnou rozpravu a ukončila veřejnou část jednání.
Neveřejná část jednání:
Zhodnocení úrovně disertační práce a její obhajoby.
Tajné hlasování komise (komise byla usnášeníschopná - byla splněna podmínka přítomnosti min. dvou třetin členů komise pro obhajobu disertační práce)
Záznam o tajném hlasování (po sečtení hlasů):
počet oprávněných hlasovat: 7
počet přítomných oprávněných hlasovat: 6
odevzdáno hlasů kladných: 6
odevzdáno hlasů záporných: 0
odevzdáno hlasů neplatných: 0
Pro úspěšnou obhajobu se vyslovili všichni přítomní členové komise. Při hodnocení byla použita klasifikace: obhájila / neobhájila
Bylo konstatováno, že doktorandka obhájila / neobhájila svoji disertační práci a splnila všechny požadavky k udělení akademického titulu Ph.D. podle § 47 odst. 5 zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů.
Veřejná část jednání:
Vyhlášení výsledků a ukončení obhajoby (předseda komise)