Разработка полимерных композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с высокой стабильностью свойств в условиях резко-континентального климата

В настоящее время при разработке новых функциональных полимерных материалов, особенно арктического назначения, недостаточно обеспечить им повышение основных эксплуатационных показателей – прочности, эластичности, износостойкости, а необходимо создавать полимерные материалы с учетом обеспечения многочисленных требований к эксплуатации. Одно из важных требований – стабильность свойств при воздействии климатических факторов. В данной работе приведены результаты сравнительных исследований физико-механических свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена и модифицированных полимерных композиционных материалов до и после стендовых натурных испытаний на климатическом полигоне в г. Якутск. Исследования изменения физико-механических показателей экспонированных образцов проводились через 1, 3, 6, 9, 12, 18, 24 месяцев, также изучены изменения физико-химической структуры методом ИК-спектроскопии. Установлено, что в условиях резко-континентального климата Якутии сверхвысокомолекулярный полиэтилен и композит, содержащий 5 мас. % углеродных волокон марки «Белум», подвергаются старению уже к четвертому месяцу экспонирования. В связи с этим сверхвысокомолекулярный полиэтилен не только модифицировали углеродными волокнами для повышения физико-механических и триботехнических показателей, а также вводили стабилизатор марки «СО-4» производства НИОХ СО РАН, препятствующий, в первую очередь, развитию деструктивно-окислительных процессов в композиционном материале. Установлено, что ПКМ на основе СВМПЭ, содержащий 0,5 мас. % стабилизатора, сохраняет свои деформационно-прочностные свойства на уровне неэкспонированного образца в течение 270 дней. Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что дополнительная модификация композита СВМПЭ-УВ стабилизатором марки СО-4 приводит к замедлению окислительно-деструктивных процессов композита на открытом воздухе, что положительно сказывается на сохранении физико-механических показателей длительное время в условиях воздействия неблагоприятных климатических факторов. Этот факт позволяет прогнозировать высокую работоспособность изделий из разработанного материала в условиях резко-континентального климата Якутии.

1. Краснов А.П., Наумкин А.В., Юдин А.С. Природа первичных актов фрикционного взаимодействия СВМПЭ с поверхностью стали // Трение и износ. 2013. № 2. C. 154–164.

2. Люкшин Б.А. и др. Дисперсно-наполненные полимерные композиты технического и медицинского назначения. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2017. 311 с.

3. Галыгин В.Е., Баронин Г.С., Таров В.П., Завражин Д.О. Современные технологии получения и переработки полимерных и композиционных материалов: учебное пособие. Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. 180 с.

4. Селютин Е.Г., Гаврилов Ю.Ю., Воскресенская Е.Н. и др. Композиционные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена: свойства, перспективы использования // Химия в интересах устойчивого развития. 2010. № 18. С. 375–388. DOI: https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-11-12-48-50.

5. Chukov D.I., Stepashkin А.А., Gorshenkov M.V., Tcherdyntsev V.V., Kaloshkin S.D. Surface modification of carbon fibers and its effect on the fiber-matrix interaction of UHMWPE based composites // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 586. Р. 459–463. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.11.048.

6. Панин С.В., Панин В.Е., Овечкин Б.Б. и др. Влияние наноструктурных наполнителей на структуру и свойства газопламенных покрытий на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Физическая мезомеханика. 2006. № 9. С. 141–144.

7. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2(51). С. 47–58. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-47-58.

8. Petukhova E.S., Fedorov A.L. Investigation of the climate resistance of stabilized polyethylene composite materials // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 20. P. 75–80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.12.118.

9. Gogoleva O.V., Petrova P.N., Kolesova E.S. Development of polymer composite materials based on ultrahigh-molecular weight polyethylene and carbon fillers // Materials Science Forum. 2019. Vol. 945. Р. 362–368. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.362.

10. Заиков Г.Е. Деструкция и стабилизация полимеров. М.: Изд-во МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1993. 248 с.

11. ГОСТ 9.708-83. Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Пластмассы. Методы испытаний на старение при воздействии естественных и искусственных климатических факторов. М.: ИПК «Издательство стандартов», 1984.

12. Черезова Е.Н., Мукменева Н.А., Архиреев В.П. Старение и стабилизация полимеров. Казань: Изд-во Казанского нац. исслед. технол. ун-та, 2012. 150 с.

13. Борисов А.И., Гнатюк Г.А. Природно-географические факторы формирования сети автомобильных дорог Республики Саха (Якутия) // Московский экономический журнал. 2018. № 5(3). С. 63–75. DOI: 10.24411/2413-046X-2018-15115.

14. Петухова Е.С., Федоров А.Л. Климатические испытания полиэтиленовых композиционных материалов, содержащих различные стабилизирующие добавки // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2019. № 4(24). С. 169–178. DOI: 10.31242/2618-9712-2019-24-4-16.

15. Смирнова А.И., Осовская И.И. Функциональные материалы в производстве пластмасс: Антиоксиданты. СПб.: СПбГТУРП, 2015. 31 с.

16. Грасси Н., Скотт Дж. Деструкция и стабилизация полимеров: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 446 с.

17. Васильев В.В., Гарцева Л.А., Циркина О.Г. Химическая технология текстильных материалов. Иваново: ИГТА, 2005. 124 с.