avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-4-100-106CEWQNKavroen-129Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВMATERIAL SCIENCE AND PROCESSING TECHNOLOGYВлияние объемной модификации наноразмерными частицами диоксида циркония на структуру и механические свойства композиционного материала на основе политетрафторэтиленаEffect of volumetric modification with nanosized zirconium dioxide particles on structure and mechanical properties of composite material based on polytetrafluoroethyleneГулькинА. В.GulkinA. V.

ГУЛЬКИН Александр Владимирович, кандидат физико-математических наук 

AuthorID (РИНЦ): 305760

180010, г. Курчатов, ул. Бейбіт атом, 2Б

GULKIN Aleksandr Vladimirovich, Candidate of Physics and Mathematics Sciences

Kurchatov

AuthorID (RSCI): 305760

https://orcid.org/0000-0002-5649-2871ТеплоуховА. А.TeploukhovA. A.

ТЕПЛОУХОВ Андрей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика»

AuthorID (РИНЦ): 859681

AuthorID (SCOPUS): 57189517666

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

TEPLOUKHOV Andrey Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Physics Department

Omsk

https://orcid.org/0000-0003-0103-7684СеменюкН. А.SemenyukN. A.

СЕМЕНЮК Наталья Андреевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика»

AuthorID (РИНЦ): 684680

AuthorID (SCOPUS): 57191041061

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

SEMENYUK Natalya Andreyevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Physics Department

Omsk

СазанковА. П.SazankovA. P.

САЗАНКОВ Алексей Павлович, младший научный сотрудник

246050, г. Гомель, ул. Кирова, 32А

SAZANKOV Aleksey Pavlovich, Researcher

Gomel

КарташоваА. Е.KartashovaA. E.

КАРТАШОВА Анастасия Евгеньевна, аспирант кафедры «Технология машиностроения»

AuthorID (РИНЦ): 1216883

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

KARTASHOVA Anastasiya Evgenyevna, Graduate Student of Mechanical Engineering Technology Department

Omsk

https://orcid.org/0009-0008-9768-6227СкакунД. В.SkakunD. V.

СКАКУН Дмитрий Викторович, аспирант кафедры «Технология машиностроения»

AuthorID (РИНЦ): 1263623

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

SKAKUN Dmitriy Viktorovich, Graduate Student of Mechanical Engineering Technology Department

Omsk

РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»КазахстанNational Nuclear Center of the Republic of KazakhstanKazakhstanОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical University (OmSTU)Russian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmSTURussian FederationИнститут механики металлополимерных систем имени В. А. Белого Национальной академии наук БеларусиБеларусьV. A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of National Academy of SciencesBelarus20243012202484100106Copyright © Гулькин А.В., Теплоухов А.А., Семенюк Н.А., Сазанков А.П., Карташова А.Е., Скакун Д.В., 20242024Гулькин А.В., Теплоухов А.А., Семенюк Н.А., Сазанков А.П., Карташова А.Е., Скакун Д.В.Gulkin A.V., Teploukhov A.A., Semenyuk N.A., Sazankov A.P., Kartashova A.E., Skakun D.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/129

В данной работе рассмотрено влияние концентрации наноразмерных частиц диоксида циркония ZrO2, примененных в качестве объемного модификатора-наполнителя, на структуру и прочностные характеристики композита на основе политетрафторэтилена. Методом спекания в прессформе в условиях объемного ограничения теплового расширения были получены образцы композитов на основе политетрафторэтилена, имеющих в составе концентрации 0 %, 4 %, 8 % и 26 % наноразмерных частиц диоксида циркония ZrO2. Проведен анализ структурно-химического состояния и элементного состава образцов методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с использованием установки Surface Science Center (Riber) и растровой электронной микроскопией с применением энерго-дисперсионного анализа, твердость была определена на ТВР-АМ (дюрометр) Шора тип А, с аналоговым индикатором. Испытания на износ проведены на универсальной машине трения УМТ-2168 в режиме трения без смазочной жидкости при постоянной нагрузке 5 Н, периферийная скорость с абразивным листом 0,32 м/с. Результаты проведенных исследований были подтверждены в условиях натурных испытаний. Даны рекомендации по процентному составу наноразмерного наполнителя в политетрафторэтилене для уплотнений в узлах трения. 

The article demonstrates the influence of the concentration of nanosized particles of zirconium dioxide ZrO2 applied as a bulk modifier-filler on the structure and strength characteristics of polytetrafluoroethylene-based composite. samples with concentrations of 0 %, 4 %, 8 % and 26 % of ZrO2 nanosized zirconium dioxide particles were obtained by the sintering method in a mould in conditions of volumetric limitation of thermal expansion. The authors analyzed the structural-chemical state and elemental composition of the samples by X-ray photoelectron spectroscopy using Surface Science Center (Riber) and scanning electron microscopy with application of energy-dispersive analysis. Moreover, the hardness was determined on a Shore type A TWR-AM (durometer) with an analogue indicator. Wear tests were carried out on the UMT-2168 universal friction machine by the mode without lubricating fluid at the 5 N constant load, peripheral speed with the 0,32 m/s abrasive sheet. The results of the conducted research were confirmed under full-scale test conditions. As a result, the authors present recommendations on the percentage composition of nanosize filler in polytetrafluoroethylene for seals in friction units.политетрафторэтиленструктурно-фазовое состояниедиоксид цирконияобъемная модификациятвердостьгерметизацияизносpolytetrafluoroethylenestructural and phase statezirconium dioxidevolume modificationhardnesssealingwearReferencesБартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Физика и механика полимеров. Москва: Высшая школа, 1983. 391 с.Bartenev G. M., Zelenev Yu. V. Fizika i mekhanika polimerov [Polymer physics and mechanics]. Moscow, 1983. 391 p. (In Russ.).Негров Д. А., Путинцев В. А., Глотов А. И. Влияние усовершенствованной технологии прессования на структурообразование политетрафторэтилена // Ползуновский вестник. 2024. № 1. С. 240–244. DOI: 10.25712/ASTU.20728921.2024.01.031. EDN: JCAATM.Negrov D. A., Putintsev V. A., Glotov A. I. Vliyaniye usovershenstvovannoy tekhnologii pressovaniya na strukturoobrazovaniye politetraftoretilena [Impact of improved technologypressing on structure formation polytetrafluoroethylene] // Polzunovskiy vestnik. Polzunovskiy Vestnik. 2024. No. 1. P. 240–244. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2024.01.031. EDN: JCAATM. (In Russ.).Panin S. V., Kornienko L. А., Alexenko V. O. Influence of Nanoand Microfillers on the Mechanical and Tribotechnical Properties of «UHMWPE-PTFE» Composites // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 712. P. 161–165. DOI: 10.4028/www. scientific.net/KEM.712.161. EDN: XFMLKD.Panin S. V., Kornienko L. А., Alexenko V. O. Influence of Nanoand Microfillers on the Mechanical and Tribotechnical Properties of «UHMWPE-PTFE» Composites // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 712. P. 161–165. DOI: 10.4028/www. scientific.net/KEM.712.161. EDN: XFMLKD. (In Engl.).Смелов А. В. Механические свойства и трибологические возможности модифицированного политетрафторэтилена // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 73–81. EDN: RPIHLN.Smelov A. V. Mekhanicheskiye svoystva i tribologicheskiye vozmozhnosti modifitsirovannogo politetraftoretilena [Mechanical properties and tribological possibilities of modified polytetrafluoroethylene] // Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya. Modern Problems of Science and Education. 2012. No. 6. P. 73–81. EDN: RPIHLN. (In Russ.).Охлопкова А. А. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе политетрафторэтилена и ультрадисперсных керамик: дис. … д-ра техн. наук. Якутск, 2000. 295 с.Okhlopkova A. A. Fiziko-khimicheskiye printsipy sozdaniya tribotekhnicheskikh materialov na osnove politetraftoretilena i ul’tradispersnykh keramik [Physico-chemical principles of creating tribotechnical materials based on polytetrafluoroethylene and ultradisperse ceramics]. Yakutsk, 2000. 295 p. (In Russ.).Исакова Т. А., Петрова П. Н., Маркова М. А. Исследование полимерных композиционных материалов на основе механоактивированного политетрафторэтилена // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2023. Т. 16, № 8. С. 967–976. EDN: LGQCUH.Isakova T. A., Petrova P. N., Markova M. A. Issledovaniye polimernykh kompozitsionnykh materialov na osnove mekhanoaktivirovannogo politetraftoretilena [Investigation of polymer composite materials based on mechanically activated polytetrafluoroethylene] // Zhurnal Sibirskogo federal’nogo universiteta. Tekhnika i tekhnologii. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2023. Vol. 16, no. 8. P. 967–976. EDN: LGQCUH. (In Russ.).Будник О. А., Свидерский В. А., Берладир К. В. [и др.]. Влияние механической активации политетрафторэтиленовой матрицы на ее физико-химические и эксплуатационные свойства // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2014. № 5. С. 176–179. EDN: SXDKAZ.Budnik O. A., Sviderskiy V. A., Berladir K. V. [et al.]. Vliyaniye mekhanicheskoy aktivatsii politetraftoretilenovoy matritsy na eye fiziko-khimicheskiye i ekspluatatsionnyye svoystva [Effect of mechanical activation of matrix polytetrafluoroethylene on its physicochemical and operational properties] // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov. 2014. No. 5. P. 176–179. EDN: SXDKAZ. (In Russ.).Колосова А. С., Сокольская М. К., Виткалова И. А. [и др.] Наполнители для модификации современных полимерных композиционных материалов // Фундаментальные исследования. 2017. № 10–3. С. 459–465. EDN: ZRRAMN.Kolosova A. S., Sokol’skaya M. K., Vitkalova I. A. [et al.] Napolniteli dlya modifikatsii sovremennykh polimernykh kompozitsionnykh materialov [Fillers to modify the modern polymer composite materials] // Fundamental’nyye issledovaniya. Fundamental Research. 2017. No. 10–3. P. 459–465. EDN: ZRRAMN. (In Russ.).Аммосова О. А. Модифицированные полимерные и композиционные материалы для северных условий: моногр. Новосибирск: Наука, 2017. 217 с. EDN: YPHAOT.Ammosova O. A. Modifitsirovannyye polimernyye i kompozitsionnyye materialy dlya severnykh usloviy [Modified polymer and composite materials for northern conditions]. Novosibirsk, 2017. 217 p. EDN: YPHAOT. (In Russ.).Машков Ю. К., Кропотин О. В., Чемисенко О. В. Разработка и исследование полимерного нанокомпозита для металлополимерных узлов трения // Омский научный вестник. 2014. № 3. С. 64–66. EDN: TKDJUD.Mashkov Yu. K., Kropotin O. V., Chemisenko O. V. Razrabotka i issledovaniye polimernogo nanokompozita dlya metallopolimernykh uzlov treniya [Development and study of polymer nanocomposite for metalpolymer friction units] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2014. No. 3. P. 64–66. EDN: TKDJUD. (In Russ.).Пат. 2269550 Российская Федерация, МПК C 08 L 27/18, C 08 K 3/04. Состав для получения композиционного герметизирующего материала / Струк В. А., Костюкович Г. А., Кравченко В. И., Овчинников Е. В., Горбацевич Г. Н. № 2004104434/04; заявл. 17.02.2004; опубл. 10.02.2006. Бюл. № 4. 6 с.Patent 2269550 Russian Federation, IPC C 08 L 27/18, C 08 K 3/04. Sostav dlya polucheniya kompozitsionnogo germetiziruyushchego materiala [Composition for preparing composite sealing material] / Struk V. A., Kostyukovich G. A., Kravchenko V. I., Ovchinnikov E. V., Gorbatsevich G. N. No. 2004104434/04. (In Russ.).Пат. 2467034 Российская Федерация, МПК C 08 J 7/18, C 08 J 5/16, C 08 J 3/28, B 82 B 3/00, C 08 F 2/46, C 08 L 27/18. Нанокомпозиционный антифрикционный и уплотнительный материал на основе политетрафторэтилена / Хатипов С. А., Селиверстов Д. И., Жутаева Ю. Р. № 2011135280/04; заявл. 24.08.2011; опубл. 20.11.2012. Бюл. № 32. 8 с.Patent 2467034 Russian Federation, IPC C 08 J 7/18, C 08 J 5/16, C 08 J 3/28, B 82 B 3/00, C 08 F 2/46, C 08 L 27/18. Nanokompozitsionnyy antifriktsionnyy i uplotnitel’nyy material na osnove politetraftoretilena [Accumulative antifriction and sealing material based on polytetrafluoroethylene] / Khatipov S. A., Seliverstov D. I., Zhutayeva Yu. R. No. 2011135280/04. (In Russ.).Панин В. Е., Панин С. В., Корниенко Л. А. [и др.]. Влияние механической активации сверхвысокомолекулярного полиэтилена на его механические и триботехнические свойства // Трение и износ. 2010. Т. 31, № 2. С. 168–176. EDN: MUWFHN.Panin V. E., Panin S. V., Korniyenko L. A. [et al.]. Vliyaniye mekhanicheskoy aktivatsii sverkhvysokomolekulyarnogo polietilena na ego mekhanicheskiye i tribotekhnicheskiye svoystva [Effect of mechanical activation of ultra-high-molecular-weight polyethylene on its mechanical and triboengineering properties] // Treniye i iznos. Treniye i Iznos. 2010. Vol. 31, no. 2. P. 168–176. EDN: MUWFHN. (In Russ.).Привалко В. П., Станиславский В. Б., Титов Г. В. Тепловое расширение высоконаполненных полистиролов // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1988. Т. 30, № 7. С. 540–542.Privalko V. P., Stanislavskiy V. B., Titov G. V. Teplovoye rasshireniye vysokonapolnennykh polistirolov [Thermal expansion of highly filled polystyrenes] // Vysokomolekulyarnyye soyedineniya. Seriya B. Polymer Science. Series B. 1988. Vol. 30, no. 7. P. 540–542. (In Russ.).Машков Ю. К., Полещенко К. Н., Еремин Е. Н., Теплоухов А. А. [и др.]. Получение слоисто-армированного нанокомпозита на основе политетрафторэтилена методами лазерной абляции и ионно-плазменного модифицирования // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16, № 12. C. 531–538. DOI: 10.36652/1813-1336-2020-16-12-531-538. EDN: YICCTV.Mashkov Yu. K., Poleshchenko K. N., Eremin E. N., Teploukhov A. A. [et al.]. Polucheniye sloisto-armirovannogo nanokompozita na osnove politetraftoretilena metodami lazernoy ablyatsii i ionno-plazmennogo modifitsirovaniya [Preparation of layer-reinforced nanocomposite based on polytetrafluoroethylene by laser ablation and ion-plasma modification] // Uprochnyayushchiye tekhnologii i pokrytiya. Strengthening Technologies and Coatings. 2020. Vol. 16, no. 12. P. 531–538. DOI: 10.36652/1813-1336-2020-16-12-531-538. EDN: YICCTV. (In Russ.).Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. Москва: Химия, 2000. 672 с.Pomogaylo A. D., Rozenberg A. S., Uflyand I. E. Nanochastitsy metallov v polimerakh [Metal nanoparticles in polymers]. Moscow, 2000. 672 p. (In Russ.).Веттегрень В. И., Башкарв А. Я., Суслов М. А. Влияние формы частиц наполнителя на прочность полимерного композита // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, № 6. С. 135–138. EDN: RCTBNR.Vettegren’ V. I., Bashkarv A. Ya., Suslov M. A. Vliyaniye formy chastits napolnitelya na prochnost’ polimernogo kompozita [Effect of the shape of filler particles on the strength of a polymer composite] // Zhurnal tekhnicheskoy fiziki. Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2007. Vol. 77, no. 6. P. 135–138. EDN: RCTBNR. (In Russ.).Охлопкова А. А., Петрова П. Н., Гоголева О. В. Разработка полимерных нанокомпозитов триботехнического назначения для нефтегазового оборудования // Нефтегазовое дело. 2009. № 2. С. 23. EDN: MOTMKR.Okhlopkova A. A., Petrova P. N., Gogoleva O. V. Razrabotka polimernykh nanokompozitov tribotekhnicheskogo naznacheniya dlya neftegazovogo oborudovaniya [Working out polymeric nanocomposites the tribotechnical appointments for the oil and gas equipment] // Neftegazovoye delo. Oil and Gas Business. 2009. No. 2. P. 23. EDN: MOTMKR. (In Russ.).Горелик С. С., Скаков Ю. А., Расторгуев Л. Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Москва: МИСИС, 1994. 328 с.Gorelik S. S., Skakov Yu. A., Rastorguyev L. N. Rentgenograficheskiy i elektronno-opticheskiy analiz [X-ray and electron optical analysis]. Moscow, 1994. 328 p. (In Russ.).Шпанченко Р. В., Розова М. Г. Рентгенографический анализ. Москва: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, 1998. 212 с.Shpanchenko R. V., Rozova M. G. Rentgenograficheskiy analiz [X-ray analysis]. Moscow, 1998. 212 p. (In Russ.).Baer D. R., Thevuthasan S. Ch. 16. Characterization of Thin Films and Coatings // Deposition Technologies for Films and Coatings. Noyes Publications, William Andrew, 2010. Р. 749– 864. DOI: 10.1016/b978-0-8155-2031-3.00016-8.Baer D. R., Thevuthasan S. Ch. 16. Characterization of Thin Films and Coatings // Deposition Technologies for Films and Coatings. Noyes Publications, William Andrew, 2010. Р. 749– 864. DOI: 10.1016/b978-0-8155-2031-3.00016-8. (In Engl.).Neville A., Mather R. R., Wilson J. I. B. 12 – Characterisation of plasma-treated textiles // Plasma Technologies for Textiles. Woodhead Publishing, 2007. Р. 301–315. DOI: 10.1533/9781845692575.2.301.Neville A., Mather R. R., Wilson J. I. B. 12 — Characterisation of plasma-treated textiles // Plasma Technologies for Textiles. Woodhead Publishing, 2007. Р. 301–315. DOI: 10.1533/9781845692575.2.301. (In Russ.).Машков Ю. К., Кургузова О. А., Рубан А. С. Разработка и исследование износостойких полимерных нанокомпозитов // Вестник СибАДИ. 2018. Т. 15, № 1. С. 36–45. EDN: YTMCKY.Mashkov Yu. K., Kurguzova O. A., Ruban A. S. Razrabotka i issledovaniye iznosostoykikh polimernykh nanokompozitov [Resistant polymer nanocomposites'' development and investigation] // Vestnik SibADI. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2018. Vol. 15, no. 1. P. 36–45. EDN: YTMCKY. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.