resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2020-25-2-13resar-253Research ArticleМеталлургия и материаловедение. МатериаловедениеMetallurgy and materials science. Materials scienceРазработка высокопрочных полимерных материалов на основе политетрафторэтиленаDevelopment of high-strength polymer materials based on polytetrafluoroethylenehttps://orcid.org/0000-0002-3000-1560МарковаМ. А.MarkovaM. A.

МАРКОВА Марфа Алексеевна, инженер

677000, Якутск, Автодорожная, 20

MARKOVA Marfa Alekseevna, engineer

20 Avtodorozhnaya str., Yakutsk, 677000

markovamusya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1859-8034ПетроваП. Н.PetrovaP. N.

ПЕТРОВА Павлина Николаевна, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

677000, Якутск, Автодорожная, 20

PETROVA Pavlina Nikolaevna, candidate of technical  sciences, associate professor, leading researcher

20 Avtodorozhnaya st., Yakutsk, 677000

ppavlina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1718-2643ФедоровА. Л.FedorovA. L.

ФЕДОРОВ Андрей Леонидович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

677000, Якутск, Автодорожная, 20

FEDOROV Andrew Leonidovich, candidate of technical  sciences, senior researcher

20 Avtodorozhnaya str., Yakutsk, 677000

gelvirb@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5897-149XПоповС. Н.PopovS. N.

ПОПОВ Савва Николаевич, доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

677000, Якутск, Автодорожная, 20

POPOV Savva Nikolaevich, doctor of technical sciences, associate professor, leading researcher

20 Avtodorozhnaya st., Yakutsk, 677000

imn@ysn.ruИнститут проблем нефти и газа СО РАНРоссияInstitute of Oil and Gas Problems SB RASRussian Federation202030092023252157165Copyright © Маркова М.А., Петрова П.Н., Федоров А.Л., Попов С.Н., 20232023Маркова М.А., Петрова П.Н., Федоров А.Л., Попов С.Н.Markova M.A., Petrova P.N., Fedorov A.L., Popov S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/253

Представлены результаты исследований физико-механических показателей полимерных материалов на основе политетрафторэтилена и его композитов с углеродными волокнами марки УВИС-АК-П, технология получения которых заключается в пластическом деформировании полимерных заготовок путем сжатия, сопровождающемся изменением толщины при постоянстве ширины заготовки. Установлено, что использование данной технологии позволяет не только повысить прочность при растяжении ПТФЭ в 2,7–3,3 раза при коэффициенте сжатия 3–4,3, но и снизить его деформацию ползучести в 22–29 раз по сравнению с исходным полимером. Предлагаемая технология апробирована также на ПТФЭ-композите, содержащем углеродный волокнистый материал марки УВИС-АК-П в количестве 5 мас.%. Показано, что и в этом случае прочность композита повышается в 3 раза, а деформация ползучести снижается в 8,3 раза по сравнению с исходным композитом, который не подвергался пластической деформации. Предлагаемая технология получения фторопластовых композитов позволяет расширить области их применения, и разработанные материалы могут использоваться в различных узлах трения, в особенности для схем нагружения с высокими растягивающими нагрузками.

The results of studies into the physicomechanical properties of polymeric materials based on polytetrafluoroethylene and its composites with carbon fibres of the UVIS-AK-P brand are presented. The technology of these composites involves the plastic deformation of polymer materials by compression, accompanied by the change of thickness at a constant width of the workpiece. It was found that the use of this technology allows not only to increase the tensile strength of PTFE by a factor of 2.7–3.3 with a compression ratio of 3–4.3, but also to reduce its creep deformation by a factor of 22–29, compared to the original polymer. The proposed technology is also tested on a PTFE composite containing a carbon fiber material of the UVIS-AK-P brand in the amount of 5 mass %. It is shown that in this case, the strength of the composite increases by a factor of 3, and the creep deformation decreases by a factor of 8.3, compared to the original composite, which was not subjected to plastic deformation. The proposed technology for producing fluoroplast composites allows expanding the scope of their application, and the developed materials can be used in various friction points, especially for loading schemes with high tensile loads.

политетрафторэтиленуглеродные волокнадеформацияползучестьизносостойкостьпрочностьpolytetrafluoroethylenecarbon fibersdeformationcreepwear resistancestrengthРабота выполнена в рамках Госзадания Министерства науки РФ (Рег. № НИОКР АААА-А17-117040710038-8)The work was performed as part of the State Assignment of the Ministry of Science of the Russian Federation (Reg. No. Research and development work AAAA-A17-117040710038-8)ReferencesShasha Feng, Zhaoxiang Zhong, Yong Wang, Weihong Xing, Drioli E. Progress and perspectives in PTFE membrane: Preparation, modification, and applications // Journal of Membrane Science. 2018. V. 549. P. 332–349, doi/10.1016/j.memsci.2017.12.032Shasha Feng, Zhaoxiang Zhong, Yong Wang, Weihong Xing, Drioli E. Progress and perspectives in PTFE membrane: Preparation, modification, and applications // Journal of Membrane Science. 2018. V. 549. P. 332–349. doi/10.1016/j.memsci.2017.12.032Bocklenberg L., Winkler K., Mark P., Rybarz S. Low Friction Sliding Planes of Greased PTFE for High Contact Pressures // Open Journal of Civil Engineering. 2016. Vol. 6, No. 2. P. 105–116. DOI: 10.4236/ojce.2016.62010Bocklenberg L., Winkler K., Mark P., Rybarz S. Low Friction Sliding Planes of Greased PTFE for High Contact Pressures // Open Journal of Civil Engineering. 2016. Vol. 6, No. 2. P. 105–116. DOI: 10.4236/ojce.2016.62010Воропаев В.В. Инновации и ресурсосбережение при производстве высокопрочных износостойких карбоносодержащих композитов на основе фторопластовых матриц// Новые горизонты. Сборник материалов III Белорусско-Китайского молодежного инновационного форума. Минск: БНТУ, 2016. С. 78–79.Voropaev V.V. Innovacii i resursosberezhenie pri proizvodstve vysokoprochnyh iznosostojkih karbonosoderzhashchih kompozitov na osnove ftoroplastovyh matric // Novye gorizonty. Sbornik materialov III Belorussko-Kitajskogo molodezhnogo innovacionnogo foruma. Minsk: BNTU, 2016. P. 78–79.Болдырев В.В., Охлопкова А.А., Попов С.Н., Петрова П.Н. и др. Фундаментальные основы механической активности, механосинтеза и механохимических технологий. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 343 с.Boldyrev V.V., Ohlopkova A.A., Popov S.N., Petrova P.N. i dr. Fundamental’nye osnovy mekhanicheskoj aktivnosti, mekhanosinteza i mekhanohimicheskih tekhnologij. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2009. 343 p.Машков Ю.K., Овчар З.Н., Байбарацкая М.Ю., Мамаев О.А. Полимерные композиционные материалы в триботехнике. М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 2004. 262 с.Mashkov Yu.K., Ovchar Z.N., Bajbarackaya M.Yu., Mamaev O.A. Polimernye kompozicionnye materialy v tribotekhnike. M.: OOO Nedra-Biznescentr, 2004. 262 p.Sokolova M.D., Davydova M.L., Shadrinov N.V. Processing to increase the structural activity of xeolite in polymer-elastomer composites // Int. Polymer Sci. And Technol. 2011. V. 38, No. 5. P. 25–29.Sokolova M.D., Davydova M.L., Shadrinov N.V. Processing to increase the structural activity of xeolite in polymer-elastomer composites // Int. Polymer Sci. And Technol. 2011. V. 38, No. 5. P. 25–29.Ле Тхи Ми Хиеп, Панин С.В., Корниенко Л.А., Алексенко В.О., Иванова Л.Р. Механические и триботехнические свойства композитов на основе полифениленсульфида, армированных различными микроволокнами // Перспективные материалы конструкционного и медицинского назначения: сборник трудов Международной научно-технической молодежной конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2018. С. 243–245.Le Thi Mi Hiep, Panin S.V., Kornienko L.A., Aleksenko V.O., Ivanova L.R. Mekhanicheskie i tribotekhnicheskie svojstva kompozitov na osnove polifenilensul’fida, armirovannyh razlichnymi mikrovoloknami // Perspektivnye materialy konstrukcionnogo i medicinskogo naznacheniya: sbornik trudov Mezhdunarodnoj nauchnotekhnicheskoj molodezhnoj konferencii. Tomsk: Izd-vo TPU, 2018. P. 243–245.Marycheva A.N., Guzeva T.A., P’e P.M. et al. Reinforcing Fillers for Polymer Composites Based on Organic Unwoven Materials. Polym. // Sci. Ser. 2019. V. D 12. P. 170–173. https://doi.org/10.1134/S1995421219020138Marycheva A.N., Guzeva T.A., P’e P.M. et al. Reinforcing Fillers for Polymer Composites Based on Organic Unwoven Materials. Polym. // Sci. Ser. 2019. V. D 12. P. 170–173. https://doi.org/10.1134/S1995421219020138Al-ghamdi A.M.S., Mark J.E. Zeolites as reinforcing fillers in an elastomer // Polymer Bulletin. 1988. V. 20. P. 537–542. https://doi.org/10.1007/BF00263669Al-ghamdi A.M.S., Mark J.E. Zeolites as reinforcing fillers in an elastomer // Polymer Bulletin. 1988. V. 20. P. 537–542. https://doi.org/10.1007/BF00263669Ly E.B., Lette M.J., Diallo A.K. et al. Effect of Reinforcing Fillers and Fibres Treatment on Morphological and Mechanical Properties of Typha-Phenolic Resin Composites // Fibers Polym. 2019. V. 20. P. 1046–1053. https://doi.org/10.1007/s12221-019-1087-yLy E.B., Lette M.J., Diallo A.K. et al. Effect of Reinforcing Fillers and Fibres Treatment on Morphological and Mechanical Properties of Typha-Phenolic Resin Composites // Fibers Polym. 2019. V. 20. P. 1046–1053. https://doi.org/10.1007/s12221-019-1087-yOvdak O.V., Kalinin Y.E., Kudrin A.M. et al. The Influence of Content of Reinforcing Filler on Mechanical Properties of Carbon-Glass Fiber Reinforced Plastics in Matrix T-107. Inorg. Mater. Appl. Res. 2018. V. 9. P. 108–113. https://doi.org/10.1134/S2075113318010215Ovdak O.V., Kalinin Y.E., Kudrin A.M. et al. The Influence of Content of Reinforcing Filler on Mechanical Properties of Carbon-Glass Fiber Reinforced Plastics in Matrix T-107. Inorg. Mater. Appl. Res. 2018. V. 9. P. 108–113. https://doi.org/10.1134/S2075113318010215Sergeev V.P., Chuvashov Y.N., Galushchak O.V. et al. Basalt fibers — A reinforcing filler for composites // Powder Metall Met. Ceram. 1995. V. 33. P. 555–557. https://doi.org/10.1007/BF00559548Sergeev V.P., Chuvashov Y.N., Galushchak O.V. et al. Basalt fibers — A reinforcing filler for composites // Powder Metall Met. Ceram. 1995. V. 33. P. 555–557. https://doi.org/10.1007/BF00559548Beckford S., Cai J., Fleming R.A. et al. The Effects of Graphite Filler on the Tribological Properties of Polydopamine/PTFE Coatings // Tribol. Lett. 2016. V. 64. 42 p. https://doi.org/10.1007/s11249-016-0777-5Beckford S., Cai J., Fleming R.A. et al. The Effects of Graphite Filler on the Tribological Properties of Polydopamine/PTFE Coatings // Tribol. Lett. 2016. V. 64. 42 p. https://doi.org/10.1007/s11249-016-0777-5Возняк Ю.В. Влияние маршрута деформирования на свойства политетрафторэтилена после равноканальной угловой экструзии // Физика и техника высоких давлений. 2012. Т. 22, № 2. С. 118–124.Voznyak Yu.V. Vliyanie marshruta deformirovaniya na svojstva politetraftoretilena posle ravnokanal’noj uglovoj ekstruzii // Fizika I tekhnika vysokih davlenij. 2012. V. 22. No. 2. P. 118–124.Патент РФ № 2527782 Процесс изготовления упрочненных прутковых изделий из аморфно-кристаллических полимеров / Белошенко В.А., Возняк А.В., Возняк Ю.В.Patent RF No. 2527782 Process izgotovleniya uprochnennyh prutkovyh izdelij iz amorfno-kristallicheskih polimerov / Beloshenko V.A., Voznyak A.V., Voznyak Yu.V.Чередниченко В. С. Технология конструкционных материалов: 2-е изд., Перераб. М.: Омега-Л, 2006. 752 с.Cherednichenko V.S. Tekhnologiya konstrukcionnyh materialov. 2-e izd., pererab. M.: Omega-L, 2006. 752 p.Белошенко В.А., Бейгельзимер Я.Е., Варюхин В.Н. Твердофазная экструзия полимеров. Киев: Наукова думка, 2008. 207 с.Beloshenko V.A., Bejgel’zimer Ya.E., Varyuhin V.N. Tverdofaznaya ekstruziya polimerov. Kiev: Naukova dumka, 2008. 207 p.Segal V.M. Equal-Channel Angular Extrusion: From Macromechanics to Structure Formation // Mater. Sci. Eng. 1999. V. A271. P. 322–333.Segal V.M. Equal-Channel Angular Extrusion: From Macromechanics to Structure Formation // Mater. Sci. Eng. 1999. V. A271. P. 322–333.

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