Влияние объемной модификации наноразмерными частицами диоксида циркония на структуру и механические свойства композиционного материала на основе политетрафторэтилена

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. 

1. Бартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Физика и механика полимеров. Москва: Высшая школа, 1983. 391 с.

2. 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.

3. 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.

4. Смелов А. В. Механические свойства и трибологические возможности модифицированного политетрафторэтилена // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 73–81. EDN: RPIHLN.

5. Охлопкова А. А. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе политетрафторэтилена и ультрадисперсных керамик: дис. … д-ра техн. наук. Якутск, 2000. 295 с.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Аммосова О. А. Модифицированные полимерные и композиционные материалы для северных условий: моногр. Новосибирск: Наука, 2017. 217 с. EDN: YPHAOT.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Привалко В. П., Станиславский В. Б., Титов Г. В. Тепловое расширение высоконаполненных полистиролов // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1988. Т. 30, № 7. С. 540–542.

15. 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.

16. Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. Москва: Химия, 2000. 672 с.

17. 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.

18. 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.

19. Горелик С. С., Скаков Ю. А., Расторгуев Л. Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Москва: МИСИС, 1994. 328 с.

20. Шпанченко Р. В., Розова М. Г. Рентгенографический анализ. Москва: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, 1998. 212 с.

21. 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.

22. 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.

23. 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.