Исследование изменения свойств СВМПЭ в натурных условиях г. Якутск в зависимости от сезона экспонирования

В работе приведены результаты сравнительных исследований физико-механических свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и модифицированных полимерных композиционных материалов (ПКМ) после стендовых натурных испытаний на климатическом полигоне в г. Якутск, проведенных в марте и в октябре. Исследования физико-механических показателей экспонированных образцов проводились через 30, 105, 135, 180, 270 и 365 дней. Выявлено, что старение образцов СВМПЭ приходятся на летние месяцы, независимо от сезона выставления. Рассмотрены изменения физико-химической структуры методом ИК-спектроскопии. Установлена интенсификация процессов фотохимической деструкции СВМПЭ в присутствии углеродных волокон. Проведены расчеты температур поверхности образцов при облучении солнечной радиацией в условиях натурной экспозиции в г. Якутск, используя линейную регрессионную модель для оценки температуры поверхности материалов с покрытиями разного цвета.

Получены новые данные о влиянии климатических факторов Якутии на изменение деформационно-прочностных свойств СВМПЭ. Установлены механизмы воздействия факторов окружающей среды: температуры, солнечной радиации, сезона экспонирования на процессы старения СВМПЭ и его композитов. Результаты получат развитие в полимерном материаловедении для решения вопросов по снижению старения полимеров. На основании проведенных работ композиционные материалы на основе СВМПЭ, предназначенные для работы под открытым воздухом в условиях Якутии, например футеровки, рекомендуется дополнительно модифицировать эффективными стабилизаторами с целью предотвращения процессов светового старения.

1. Валуева М.И. Современные материалы и технологии для получения бронезащитных изделий. Вопросы материаловедения. 2017;(2):197–207.

2. Валуева М.И., Железина Г.Ф., Гуляев И.Н. Полимерные композиционные материалы повышенной износостойкости на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Все материалы. Энциклопедический справочник. 2017;(6):23–29.

3. Михайлин Ю.А. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (часть 1). Полимерные материалы. 2003;(3):18–21.

4. Колесова Е.С., Гоголева О.В., Петрова П.Н., Протопопов Ф.Ф. Исследование работоспособности сверхвысокомолекулярного полиэтилена при трении в среде различных смазочных масел. Нефтегазовое дело. 2021;19(4):97–106. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2021-4-97-106.

5. Сенатов Ф.С. Микроструктура и свойства композитов медицинского назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена: Дис. … канд. физ.-мат. наук. М. 2013. 158 с.

6. Данилова С.Н., Охлопкова А.А., Оконешникова А.В. Разработка композиционных материалов на основе СВМПЭ и углеродного и базальтового волокон. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2024; 29(4):661–674. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2024-29-4-661-674

7. Borisova R.V., Nikiforov L.A., Spiridonov A.M., et al. Brominated UHMWPE influence on tribological characteristics and wearing features of polymeric nanocomposites based on UHMWPE and nanoparticles. Journal of Friction and Wear. 2019;40:27–32. https://doi.org/10.3103/S1068366619010045

8. Дайюб Т., Максимкин А.В. Влияние химической модификации на механические, трибологические и адгезионные свойства ориентированных лент СВМПЭ. Машиностроение. 2024;11(2):86–91. https://doi.org/10.24892/RIJIE/20240214

9. Спиридонов А.М. Адсорбция цетилтриметиламмоний бромида природным цеолитом и свойства его модифицированной поверхности: Дис. … канд. хим. наук. Якутск. 2021. 115 с.

10. Колесова Е.С., Гоголева О.В., Петрова П.Н. Разработка ПКМ на основе СВМПЭ с высокой стабильностью свойств в условиях резко-континентального климата. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2021;26(4):122–131. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2021-26-4-122-131.

11. Мировой Центр Радиационных Данных [Электронный ресурс]. 2023. Режим доступа: https://wrdc.mgo.rssi.ru/wwwrootnew/wrdc_ru_new.htm (дата обращения: 23.11.2023).

12. Гостев С.С. Реакторные полимерные композиции сверхвысокомолекулярного полиэтилена с низкомолекулярным полиэтиленом высокой плотности: синтез на металлоценовых и пост-металлоценовых катализаторах, морфология, свойства. Дис. … канд. хим. наук. М. 2023. 141 с.

13. Stein H.L. Ultrahigh molecular weight polyethylenes (UHMWPE). In: Engineered materials handbook. 1998;(2):167 р.

14. Мельникова М.А. Полимерные материалы: свойства, практическое применение: учебное пособие. Благовещенск: Амурский гос. ун-т; 2013. 86 с.

15. 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;(945):362–368.

16. Колесова Е.С., Гоголева О.В., Петрова П.Н. и др. Разработка композитов триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Материаловедение. 2020;(9):34–37. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2020-0-9-34-37.

17. Каблов Е.Н., Старцев О.В., Кротов А.С., Кириллов В.Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. III. Значимые факторы старения. Деформация и разрушение материалов. 2011;(1):34–40.

18. Fisher R.M., Ketola W.D. Surface temperatures of materials in interior exposures and accelerated tests. In: Ketola W.D., Grossman D. (eds.) Accelerated and Outdoor Durability Testing of Organic Materials. Philadelphia, USA; 1994, pp. 88–114.

19. Shi W., Dong H., Bell T. Tribological behaviour and microscopic wear mechanisms of UHMWPE sliding against thermal oxidation-treated Ti 6 Al 4 V. Materials Science and Engineering. 2000;29(1-2):27–36.

20. Diffey B. L. Sources and measurement of ultraviolet radiation. Methods. 2002;28(1):4–13. https://doi.org/10.1016/s1046-2023(02)00204-9.

21. Wolf A.T. Environmental degradation factors, their characterization and effects on sealed building joints. In: Wolf A.T. (ed.) Durability of Building Sealants. State-of-the-Art Report of RILEM TC 139-DBS; Cachan: RILEM Publications; 1999, pp. 41–72.

22. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Измерение и прогнозирование температуры образцов материалов при экспонировании в различных климатических зонах. Авиационные материалы и технологии. 2020;(4-61):47–58. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-4-47-58

23. Шевченко А.А. Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии. М.: Химия, КолосС; 2004. 248 с.

24. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: Химия, Колосс; 2007. 367 с.

25. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. Москва: Химия; 1968. 536 с.