Без рубрики

Разработка износостойких полимер-полимерных композиционных материалов на основе СВМПЭ

С.Н. Данилова1,*С.Б. Ярусова2,3,**А.А. Охлопкова1, П.С. Гордиенко2, С.А. Слепцова1И.Ю. Буравлев2,4, Ванг Лянсай5, Цзяо Ян5
DOI 10.31242/2618-9712-2020-25-3-13

Показать больше

1Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия
2Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия
3Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, Владивосток, Россия
4Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия
5Пекинский исследовательский центр радиационной модификации материалов, Пекин, КНР
*[email protected],**[email protected]

Поступила в редакцию 05.03.2020
Принята к публикации 21.05.2020

УДК 691.175.2

Информация для цитирования
Данилова С.Н., Ярусова С.Б., Охлопкова А.А., Гордиенко П.С., Слепцова С.А., Буравлев И.Ю., Ванг Лянсай, Цзяо Ян. Разработка износостойких полимер-полимерных композиционных материалов на основе СВМПЭ // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2020, Т. 25, № 3. С. 130–142. https:// doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-3-13


АННОТАЦИЯ: В работе представлены исследования свойств и структуры полимер-полимерных композитов (ППК) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (н-СВМПЭ), наполненного радиационно-модифицированным сверхвысокомолекулярным полиэтиленом (х-СВМПЭ). Для обеспечения радиационной сшивки макромолекул полиэтилена использовали γ-излучение (источник 60Со). Смеси получали по стандартной технологии переработки СВМПЭ. Были исследованы физикомеханические и трибологические характеристики полученных полимер-полимерных композитов, установлено снижение скорости изнашивания в 12 раз относительно ненаполненного н-СВМПЭ. При этом деформационно-прочностные показатели полимер-полимерного композита, при содержании до 20 масс.% х-СВМПЭ, существенно не изменяются и остаются на уровне исходной полимерной матрицы. Методом сканирующей электронной микроскопии показано, что х-СВМПЭ распределен в объеме исходного полимера неравномерно. Поскольку порошок х-СВМПЭ не плавится при температуре переработки н-СВМПЭ, он находится в объеме матрицы в виде несвязанных отдельных частиц, что приводит к «структурной фрагментации» композиционного материала. Методом ИК-спектроскопии зарегистрировано наличие полос поглощения, относящихся к валентным колебаниям кислородных групп (С-О и С=О), что свидетельствует о протекании окислительных процессов в х-СВМПЭ при переработке. Для повышения физико-механических свойств ППК использовали армирующий волокнистый наполнитель (волластонит), что обеспечивает повышение прочности при растяжении на 15 % и модуля упругости на 50 % ППК.

Ключевые слова: Полимер-полимерный композит, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, радиационно-модифицированный сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полимерный композиционный материал (ПКМ), волластонит.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке МНиВО РФ НИР № FSRG-2020- 0017 и РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-50017 (синтез и исследования по влиянию волла- стонита на физико-механические и триботехнические свойства ППК). В исследовании было ис- пользовано оборудование ЦКП «Дальневосточный центр структурных исследований» (Институт химии ДВО РАН, Владивосток) и комплекс испытательного оборудования Северо-Восточного фе- дерального университета им. М.К. Аммосова.


Список литературы

  1. Бузник В.М., Каблов Е.Н. Арктическое материа- ловедение. Томск: Издательский дом Томского госу- дарственного университета, 2018. Вып. 3. 44 с.
  2. Данилова С.Н., Охлопкова А.А., Гаврильева А.А., Охлопкова Т.А., Борисова Р.В., Дьяконов А.А. Износо- стойкие полимерные композиционные материалы с улучшенным межфазовым взаимодействием в систе- ме «Полимер-волокно» // Вестник Северо-Восточно- го федерального университета им. М.К. Аммосова, 2016. № 5 (55). С. 80–92.
  3. Baena J. C., Wu J., Peng Z. Wear performance of UHMWPE and reinforced UHMWPE composites in ar- throplasty applications: a review // Lubricants. 2015. Vol. 3, No. 2. P. 413–436. DOI:10.3390/lubricants3020413.
  4. Севастьянов Д.В., Дориомедов М.С., Дасков- ский М.И., Скрипачев С.Ю. Самоармированные поли- мерные композиты – классификация, получение, ме- ханические свойства и применение (обзор) // Труды ВИАМ. 2017. № 4 (52). C. 104–118.
  5. Hussain M., Naqvi R.A., Abbas N., Khan S.M., Nawaz S., Hussain A., Zahra N., Khalid M.W. Ultra- High-Molecular-Weight-Polyethylene (UHMWPE) as a promising polymer material for biomedical applications: A concise review // Polymers. 2020. Vol. 12, No. 2. P. 323. DOI: 10.3390/polym12020323.
  6. Wang H., Xu L., Zhang M., Li R., Xing Z., Hu J., Wang M., Wu G. More wear‐resistant and ductile UHMWPE composite prepared by the addition of radia- tion crosslinked UHMWPE powder // Journal of Applied Polymer Science. 2017. Vol. 134, No. 13. P. 44643– 44643. DOI:10.1002/app.44643.
  7. Bellare A., D’angelo F., Ngo H.D., Thornhill T.S. Oxidation resistance and abrasive wear resistance of vita- min E stabilized radiation crosslinked ultra‐high molecu- lar weight polyethylene // Journal of Applied Polymer Science. 2016. Vol. 133, No. 43. P. 44125. DOI: 10.1002/ app.44125.
  8. Lewis G. Properties of crosslinked ultra-high-molec- ular-weight polyethylene // Biomaterials. 2001. Vol. 22. No. 4. P. 371-401. DOI: 10.1016/S0142-9612(00)00195-2.
  9. Tong J., Ma Y., Jiang M. Effects of the wollastonite fiber modification on the sliding wear behavior of the UHMWPE composites // Wear. 2003. Vol. 255, No. 1-6. P. 734–741. DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00221-7.
  10. Vasilev A.P., Struchkova T.S., Nikiforov L.A., Okhlopkova A.A., Grakovich P.N., Shim E.L., Cho J.H. Mechanical and tribological properties of polytetrafluo- roethylene composites with carbon fiber and layered sili- cate fillers // Molecules. 2019. Vol. 24, No. 2. P. 224. DOI: 10.3390/molecules24020224.
  11. Ярусова С.Б., Гордиенко П.С., Охлопкова А.А., Данилова С.Н., Силантьев В.Е., Буравлев И.Ю., Жев- тун И.Г., Достовалов Д.В., Пашнина Е.В. Влияние условий синтеза на особенности формирования си- ликатов кальция в различных многокомпонентных системах // Химическая технология. 2019. Т. 20, № 14. С. 661–666.
  12. Охлопкова А.А., Гордиенко П.С., Ярусова С.Б., Данилова С.Н., Жевтун И.Г., Буравлев И.Ю., Игнать- ева Е.Г., Силантьев В.Е. Влияние синтетического вол- ластонита на функциональные свойства полимерных композиционных материалов на основе сверхвысо- комолекулярного полиэтилена // Сборник материалов VI Международной конференции по химии и химиче- ской технологии, Республика Армения, г. Ереван, 23–27 сентября 2019 г. Ереван: ИОНХ НАН РА, 2019. С. 25–27.
  13. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. М.: Справочные материа- лы, 2012. 55 c.
  14. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органиче- ской химии: Учебное пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. 240 с.
  15. Doshi B., Ward J.S., Oral E., Muratoglu O.K. Fa- tigue toughness of irradiated vitamin E/UHMWPE blends // Journal of Orthopaedic Research. 2016. Vol. 34, No. 9. P. 1514–1520. DOI: 10.1002/jor.23168.
  16. Affatato S., Ruggiero A., Jaber S.A., Merola M., Bracco P. Wear behaviours and oxidation effects on dif- ferent UHMWPE acetabular cups using a hip joint simu- lator // Materials. 2018. Vol. 11, No. 3. P. 433. DOI: 10.3390/ma11030433.
  17. Rocha M., Mansur A., Mansur H. Characteriza- tion and accelerated ageing of UHMWPE used in ortho- pedic prosthesis by peroxide // Materials. 2009. Vol. 2, No. 2. P. 562–576. DOI: 10.3390/ma2020562.
  18. Липатов Ю.С. Физическая химия наполнен- ных полимеров. М.: Химия, 1977. 304 с.
  19. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. М.: Химия, 1991. 260 с.
  20. Проников А.С. Надежность машин. М.: Маши- ностроение,1978. 592 с.
  21. Chan J. X., Wong J. F., Hassan A., Mohamad Z., Othman N. Mechanical properties of wollastonite rein- forced thermoplastic composites: A review // Polymer Composites. 2020. Vol. 41. P. 395–429. DOI: 10.1002/ pc.25403.
  22. Salas-Papayanopolos H., Morales A.B., Loza- no T., Barbosa A., Diaz N., Lafleur P.G., Laria J., Sanchez S., Rodriquez F., Martinez G., Cerino F. Im- proved toughness of polypropylene/wollastonite com- posites // Soc. Plast. Eng. Eng. 2014. P. 2–4. DOI: 10.2417/spepro.005309.
  23. Panin S.V., Alexenko V.O., Buslovich D.G., Anh N.D. Qitao H. Solid-lubricant, polymer–polymeric and func- tionalized fiber–and powder reinforced composites of ultra-high molecular weight polyethylene // IOP Confer- ence Series: Earth and Environmental Science. IOP Pub- lishing. 2018. Vol. 115. No. 1. P. 012010. DOI: 10.1088/ 1755-1315/115/1/012010.
  24. Hadal R., Dasari A., Rohrmann J., Misra R.D.K. Susceptibility to scratch surface damage of wollas- tonite-and talc-containing polypropylene micrometric composites // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 380, No. 1-2. P. 326–339. DOI: 10.1016/j. msea.2004.03.058.
  25. Švab I., Musil V., Pustak A., Šmit I. Wollastonite‐ reinforced polypropylene composites modified with nov- el metallocene EPR copolymers. II. Mechanical proper- ties and adhesion // Polymer composites. 2009. Vol. 30, No. 8. P. 1091–1097. DOI: 10.1002/pc.20660.
  26. Тялина Л.Н., Минаев А.М., Пручкин В.А. Новые композиционные материалы: учебное пособие. Там- бов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. 80 c.
  27. Алексенко В.О. Износостойкие композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ар- мирующими волокнами для полимер-металлических трибосопряжений в машиностроении: Автореф. дис. канд. тех. наук.: 05.16.09 Томск, 2019. 18 с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.