Исследование влияния технологий получения на свойства и структуру композитов на основе ПТФЭ

При разработке полимерных композиционных материалов для значительного повышения механических, триботехнических и других свойств, кроме подбора природы и количества наполнителя, важны технологические способы введения наполнителей в структуру базового полимера. В работе методом растровой электронной микроскопии изучены процессы структурообразования полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и дискретных гидратцеллюлозных углеродных волокон в зависимости от технологии получения. Рассмотрены такие технологические приемы, как совместная механоактивация компонентов и пропускание порошковой смеси через лабораторные вальцы. Для понимания процессов, протекающих при трении разработанных ПКМ, проведены исследования поверхности до и после трения методом инфракрасной спектроскопии. Установлено, что в процессе трения в зависимости от режима последнего происходит изменение спиральной конформации макромолекул ПТФЭ. Показано, что повышение скорости скольжения и нагрузки при трении ПКМ приводит к изменению спиральной конформации макромолекул с переходом с 13₆ к более стабильной конформации 15₇. На основании проведенных исследований установлено, что комбинации технологий совместной механоактивации компонентов и вальцевания порошковой смеси являются технологическими приемами, которые позволяют повысить структурную активность дискретных УВ и интенсифицировать адгезионное взаимодействие на границе раздела фаз полимер–наполнитель, что приводит к повышению износостойкости и сопротивляемости композитов к ползучести. Разработанные технологические подходы можно использовать при получении фторкомпозитов, содержащих не только углеродное, но и другие виды волокон.

1. Хатипов С.А., Артамонов Н.А. Создание нового антифрикционного и уплотнительного материала на основе радиационно-модифицированного политетрафторэтилена. Российский химический журнал. 2008;52(3):89–97.

2. Li Z., Liu J., Yuan Y., et al. Effects of surface fluoride-functionalizing of glass fiber on the properties of PTFE/glass fiber microwave composites. The Royal Society of Chemistry Advances. 2017;(7):22810– 22817.

3. Охлопкова А.А., Васильев С.В., Петрова П.Н. и др. Базальтофторопластовые композиты антифрикционного назначения. Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2013; 10(5):30–36.

4. Bolvari A., Glenn S., Janssen R., Ellis C. Wear and friction of aramid fiber and polytetrafluoroethylene filled composites. Wear. 1997;(203-204):697–702.

5. Будник О.А. Физико-химические и технологические аспекты подготовки углеволокнистого наполнителя для композита на основе политетрафторэтилена. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014;(2): 116–122.

6. Маркова М.А., Петрова П.Н., Федоров А.Л. Исследование трибологических свойств полимерных композитов на основе ПТФЭ в режиме сухого трения и в среде жидких смазок. Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2022;15(5): 569–582. https://doi.org/10.17516/1999-494X-0418

7. Охлопкова А.А., Стручкова Т.С., Васильев А.П. и др. Влияние термической обработки на надмолекулярную структуру порошка политетрафторэтилена. Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2016;54(4):48–57.

8. Кропотин О.В., Машков Ю.К., Егорова В.А., Кургузова О.А. Влияние углеродных модификаторов на структуру и износостойкость полимерных нанокомпозитов на основе политетрафторэтилена. Журнал технической физики. 2014;5(84):66–70.

9. Будник А.Ф., Руденко П.В., Берладир К.В., Будник О.А. Структурированные нанообьекты политетрафторэтиленовых композитов. Журнал нано- и электронной физики. 2015;7(2):1–9.

10. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии: Учеб. пособие для вузов. M.: Высш. школа; 1971. 264 с.

11. Rasberger M., Mortier R.M., Orszulik S.T. Oxidative degradation and stabilisation of mineral oil based lubricants. In: Chemistry and Technology of Lubricants. 2009, pp. 107–152.

12. Coates J. Interpretation of Infrared Spectra, A Practical Approach. In: Meyers R.D. (ed.). Encyclopedia of Analytical Chemistry. 2000, pp. 1–23.

13. Harris K.L., Pitenis A.A., Sawyer W.G., et al. PTFE Tribology and the Role of Mechanochemistry in the Development of Protective Surface Films. Macromolecules. 2015;48(11):3739–3745.

14. Игнатьева Л.Н., Бузник В.М. ИК-спектроскопические исследования политетрафторэтилена и его модифицированных форм. Российский химический журнал. 2008;52(3):139–146.

15. Quarti C., Milani A., Castiglioni Ch. Ab Initio Calculation of the IR Spectrum of PTFE: Helical Symmetry and Defects. The Journal of Physical Chemistry B. 2013;117(2):706–718.