Публикации автора

В условиях растущих требований к надежности и долговечности полимерных материалов, используемых в узлах трения и уплотнительных системах, актуальной задачей является разработка композитов с улучшенными триботехническими и механическими свойствами. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко применяется благодаря своим уникальным антифрикционным характеристикам, однако его низкая износостойкость ограничивает использование в экстремальных условиях. Модификация ПТФЭ наполнителями, такими как диоксид церия (CeO2), позволяет улучшить его эксплуатационные свойства. Цель исследования: изучение влияния механохимической активации оксида церия на свойства и структуру ПТФЭ для улучшения механических и триботехнических характеристик. В работе использовались методы переработки полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе ПТФЭ. Механохимическая активация CeO2 проводилась в планетарной мельнице. Для анализа структуры и свойств применялись рентгеноструктурный анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия, ИК-спектроскопия, а также механические и триботехнические испытания. Установлено, что введение 2 мас.% CeO2 в ПТФЭ повышает степень кристалличности и энтальпию плавления ПКМ при использовании механоактивированного наполнителя. Триботехническими испытаниями установлено повышение износостойкости ПКМ с механоактивированным CeO2 в 254 раза при сохранении коэффициента трения на уровне исходного полимера. Исследование поверхностей трения ПКМ методом ИК-спектроскопии выявило образование перфторкарбоксилатных солей в процессе изнашивания, что свидетельствует о протекании трибохимических процессов. Разработанные ПКМ на основе ПТФЭ с механоактивированным CeO2 демонстрируют улучшенные механические и триботехнические свойства, что делает их перспективными материалами для применения в узлах трения и уплотнительных системах.

При создании композиционных материалов одной из проблем является слабое адгезионное взаимодействие между матрицей и наполнителем, что резко снижает надежность и долговечность изделия. Для ее решения применяют химическую и физическую модификацию поверхности наполнителя, чтобы создать прочную связь на границе раздела фаз. В работе рассматривается взаимодействие модифицированных высокомодульных волокон и эластомерной матрицы. Исследовано влияние поверхностной обработки базальтовых (БТ) и углеродных (УТ) тканей на свойства эластомерных композитов на основе бутадиенового каучука. Изучалось два метода поверхностной обработки: раствором резиновой смеси в толуоле (РС) и адгезивом Хемосил 411. Микроструктурный анализ выявил, что необработанные образцы расслаиваются на границе контакта БТ с УТ из-за плохой адгезии между тканями, тогда как обработанные образцы характеризуются высокой адгезией между армирующими волокнами. Зарегистрировано формирование плотного контакта БТ и УТ с эластомерной матрицей за счет диффузии макромолекул каучука, происходящей в процессе вулканизации. Упругопрочностные испытания свидетельствуют о том, что комбинированное армирование БТ совместно с УТ повышает прочность композитов в 4,9 раза по сравнению с исходным эластомером в связи с распределением нагрузки на волокна. Нанесение на поверхность армирующих тканей РС обеспечивает наибольшую прочность, а обработка Хемосилом – высокую устойчивость в среде гидравлического масла. Адгезионные испытания подтвердили, что Хемосил сохраняет прочность сцепления между БТ и УТ после воздействия углеводородной среды благодаря защитному барьерному эффекту каркаса из адгезива. При длительном термическом воздействии происходит снижение адгезионной прочности всех образцов вследствие деструкции полимерной матрицы и клеевого слоя, а также увеличивается их твердость за счет образования дополнительных связей между макромолекулами каучука из-за довулканизации. Полученные результаты доказывают, что предварительная обработка базальтовых и углеродных волокон адгезивами эффективна при создании композитов на основе эластомерной матрицы и высокомодульных волокон.

В работе рассмотрено влияние борполимера в вязкотекучем состоянии на физико-механические, триботехнические и термодинамические сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Полученные результаты обосновываются и дополняются исследованиями структуры композитов методом ИК-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Борполимер был переведен в вязкотекучее состояние с помощью органического растворителя на основе эпоксиангидридного связующего. Методом ИК-спектроскопии установили, что растворитель в основном содержит эпоксидные, формальдегидные, альдегидные и гидроксильные группы. Порошок полимера и навеску вязкого борполимера смешивали в лопастном смесителе, далее полученные смеси перерабатывали методом горячего прессования с последующим получением образцов. Результаты исследований свойств образцов свидетельствуют о том, что введение вязкотекучего борполимера приводит к повышению их механических свойств. Отмечено, что композиты, содержащие борполимер, характеризуются повышением прочности при растяжении на 44 % и модуля упругости на 62 % относительно исходного сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Полученные результаты объяснили структурными исследованиями. Надмолекулярная структура образцов при меньшем содержании борполимера характеризуется формированием сферолитной структуры, а с увеличением концентрации происходит разрыхление и разупорядочивание структуры («аморфизация»). Это подтверждается результатами исследования дифференциально-сканирующей калориметрии, в котором отмечено снижение степени кристалличности на 7-12 % и энтальпии плавления на 6-12 % относительно полимерной матрицы. Трибологические испытания показывают снижение коэффициента трения на 21 %, что обусловлено влиянием борполимера как смазочного материала в процессах трения, облегчая скольжение материала по поверхности стального контртела. Морфология поверхности трения и их ИК-спектры подтверждают полученные результаты, так показано, что борполимер активно участвует в трибохимических процессах и формирует вторичную структуру на поверхности трения композита.