RU2674258C1 - Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения - Google Patents

Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2674258C1
RU2674258C1 RU2018133248A RU2018133248A RU2674258C1 RU 2674258 C1 RU2674258 C1 RU 2674258C1 RU 2018133248 A RU2018133248 A RU 2018133248A RU 2018133248 A RU2018133248 A RU 2018133248A RU 2674258 C1 RU2674258 C1 RU 2674258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uhmwpe
nanocomposite
carbon fibers
sma
hdpe
Prior art date
Application number
RU2018133248A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Викторович Панин
Людмила Александровна Корниенко
Лариса Рюриковна Иванова
Владислав Олегович Алексенко
Дмитрий Геннадьевич Буслович
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority to RU2018133248A priority Critical patent/RU2674258C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2674258C1 publication Critical patent/RU2674258C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C10M107/02—Hydrocarbon polymers; Hydrocarbon polymers modified by oxidation
    • C10M107/04—Polyethene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области получения высокопрочных, износостойких и экструдируемых полимерных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для трибоузлов, в том числе работающих в экстремальных условиях Крайнего Севера. Предложен иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения. Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение нанокомпозита с высокими прочностными и трибологическими свойствами и удовлетворительной текучестью для аддитивных технологий получения изделий. Указанный технический результат достигается тем, что иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ включает, вес.%: углеродные волокна нанометровой размерности 0.3-0.5, углеродные волокна миллиметровой размерности 2-5, сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA 5–10, СВМПЭ - остальное. Способ получения предложенного нанокомпозита заключается в смешивании исходных компонентов и получении образца нанокомпозита горячим прессованием при давлении 10±0,5 МПа, температуре 200±5°С со скоростью последующего охлаждения 3-4°С/мин. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области получения высокопрочных, износостойких и экструдируемых полимерных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для трибоузлов, в том числе работающих в экстремальных условиях Крайнего Севера.
Известен способ получения композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена из заявки CN106397927 (А), C08J3/20, C08K3/04, C08K7/24, C08L23/06, опубл. 15.02.2017 [1].
Изобретение обеспечивает получение композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Композит на основе СВМПЭ получают путем компоновки углеродных нанотрубок с СВМПЭ при высокоскоростном ударе воздушного потока, где композит содержит 0,1% -0,5% по массе углеродных нанотрубок. Композит на основе СВМПЭ обладает превосходной износостойкостью при трении по сравнению с чистым СВМПЭ: скорость износа снижается на 62,5 %, а коэффициент трения уменьшается на 7,4 %. В известном способе получения композита [1] не используется органический растворитель, во избежание экологических опасностей, не требуется никакого специального технологического средства, процесс прост и стоимость низкая.
Недостатком известного изобретения является то, что оно направлено на повышение только триботехнических характеристик, а не на комплекс физико-механических свойств композита на основе СВМПЭ.
Известен композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), патент RU 2567958, C08L 23/06, C08J 5/04, опубл. 10.11.2015 [2].
Композиционный материал изготовлен из механоактивированного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержит армирующий материал, в качестве которого использованы высокопрочные углеродные волокна из фенольного волокна в количестве от 1,2 до 5,5 мас.% от массы сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Материал обладает высокой ударной прочностью, способен поглощать основную часть энергии вибрации и способствует затуханию колебаний, имеет высокую стойкость к истиранию.
Известное изобретение направлено на повышение демпфирующих свойств СВМПЭ модификацией его углеродными нанотрубками и волокнами.
В известном патенте [2] также описан способ получения композиционного материала, который заключается в следующем. Проводят модификацию механоактивированного СВМПЭ углеродными нанотрубками и волокнами в ультразвуковом активаторе УЗТА-063/22-0 «Волна». Такой способ модификации обеспечивает максимально равномерное распределение модификаторов в СВМПЭ. Далее образцы композиционного материала изготавливают на гидравлическом вулканизационном прессе в цилиндрической пресс-форме с пуансоном при температуре 195±5°C, давлении 7.0 МПа в течение 15 минут.
Известный из [2] способ отличается от предлагаемого способа механоактивацией порошковых смесей и технологическими параметрами.
Известен полимерный нанокомпозиционный материал триботехнического назначения с ориентированной структурой, патент RU 2625454, C08L 23/06, C08K 3/04, C08K 7/04, C08J 5/16, B82Y 30/00, опубл. 14.07.2017 [3], принятый за прототип нанокомпозита.
Полимерный материал содержит матрицу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ориентированной надмолекулярной структурой с молекулярной массой 5*106 г/моль и наполнитель, в качестве которого используют многостенные углеродные нанотрубки, в количестве 0,1-1 мас.%. Причем многостенные углеродные нанотрубки имеют диаметр 4-15 нм и длину более 2 мкм. Полученный материал отличается равномерным распределением наполнителя в объеме полимерной матрицы и ориентированной структурой полимерной матрицы, а также обладает повышенным пределом прочности на растяжение и хорошими трибологическими свойствами.
Известное изобретение [3] (полимерный композиционный материал на основе СВМПЭ с нанонаполнителем) не предполагает увеличение технологичности (экструдируемости) данного композита, а повышение только трибомеханических характеристик (прочность, износостойкость).
Известен способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами, патент RU 2500697, C08L 23/06, C08J 5/04, C08J 5/06, C08K 3/04, B02C 18/00, опубл. 10.12.2013 [4], взятый за прототип способа.
Способ заключается в получении композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированного углеродными волокнами со степенью наполнения не более 30 мас.%, посредством формования композита твердофазным деформационным методом, который заключается в совместном помоле порошка термопласта и углеродных волокон в ножевой мельнице. Получение монолитных образцов из композиционного порошка реализуют методом термопрессования при температуре 160°С и давлении 60 МПа. Результатом является получение композитов с улучшенными физико-механическими и трибологическими характеристиками.
Известное изобретение не достаточно повышает одновременно комплекс физико-механических свойств, в частности, экструдируемость (технологичность) композита на основе сверхвысокомолекулярного СВМПЭ.
Технологической проблемой предлагаемого изобретения является разработка иерархически армированного гетеромодульного экструдируемого твердосмазочного нанокомпозита на основе СВМПЭ и способ его получения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение нанокомпозита с высокими прочностными и трибологическими свойствами и удовлетворительной текучестью для аддитивных технологий получения изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ включает армирующие углеродные волокна, при этом он содержит углеродные волокна нанометровой, миллиметровой размерности, и дополнительно привитый сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA, при следующем соотношении компонентов, вес.%:
углеродные волокна нанометровой размерности 0.3-0.5
углеродные волокна миллиметровой размерности 2-5
сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA 5–10
СВМПЭ остальное
Нанокомпозит содержит углеродные волокна нанометровой размерности, диаметром равным 60 нм и миллиметровой размерности длиной около 2 мм.
В нанокомпозите в качестве матрицы используют СВМПЭ с молекулярной массой 4.5 млн (4.5*106 г/моль) и размером частиц 5÷15 мкм.
Нанокомпозит содержит сополимер этилена высокой плотности, привитый малеиновым ангидридом HDPE-g-SMA, в виде молотого гранулята с размером частиц 160-250 мкм.
Нанокомпозит имеет сферолитную надмолекулярную структуру.
Указанный технический результат также достигается тем, что способ получения предложенного нанокомпозита заключается в смешивании порошков СВМПЭ и наполнителей в планетарной шаровой мельнице, а получение образца нанокомпозита осуществляют горячим прессованием при давлении 10±0,5 МПа и температуре 200±5°С со скоростью последующего охлаждения 3-4°С/мин.
Смешивание порошков СВМПЭ и наполнителей проводят в планетарной шаровой мельнице с предварительным диспергированием смеси исходных компонентов в этиловом спирте в ультразвуковой ванне в течение 7 – 10 мин.
Перед предварительным диспергированием смеси исходных компонентов, порошки наполнителей дополнительно диспергируют в этиловом спирте в ультразвуковой ванне с рабочей частотой 22 кГц в течение 1–5 мин.
Раскрытие сущности изобретения.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) обладает приемлемыми характеристиками прочности, а также низким коэффициентом трения, высокой износо- и химической стойкостью, высокой ударной вязкостью, что обеспечивает возможность его широкого применения в различных областях техники в экстремальных условиях эксплуатации и медицине. Композиционные материалы на основе СВМПЭ позволяют существенно повысить прочность и износостойкость изделий в узлах трения [5-7]. При этом в силу большой длины полимерных цепей, СВМПЭ имеет крайне низкий показатель текучести расплава (ПТР - 0.06), что существенно затрудняет переработку порошкового СВМПЭ традиционными для конструкционных пластиков методами, такими как литье под давлением, шнековая экструзия и др. Для повышения технологичности (экструдируемости) композитов на основе сверхвысокомолекулярной матрицы СВМПЭ в состав композиции вводят блок-сополимер HDPE-g-SMA, совместимый с матрицей полиэтилен высокой плотности с привитым малеиновым ангидридом, для создания на их основе композитов с высокой прочностью, износостойкостью и удовлетворительной текучестью расплава [8-10].
Углеродные нановолокна, помимо ключевой функции повышения механических свойств полимерного композита, могут также выступать в качестве твердой смазки при недостатке либо отсутствии смазочной среды [11]. Отметим, что твердая смазка может быть эффективна при очень низких температурах (например, криогенные температуры) и агрессивных средах, когда жидкие либо пастообразные смазки не выдерживают экстремальных условий эксплуатации [12].
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что предложен нанокомпозит на основе СВМПЭ, содержащий в заявленных количественных соотношениях углеродные волокна нанометровой, миллиметровой размерности, выполняющие функции твердосмазочных и армирующих наполнителей соответственно и привитый сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA для увеличения экструдируемости, при этом получен нанокомпозит при технологических режимах заявленного способа.
Авторами исследованы механические и триботехнические характеристики нанокомпозитов на основе модифицированной (экструдируемой) матрицы СВМПЭ, достигнутой путем добавления НDPE-g-SMA (ПТР=0,435±0,01) в количестве 5-10 вес.%, с углеродными волокнами различной размерности в условиях сухого трения скольжения.
Подбор количественного содержания в нанокомпозите HDPE-g-SMA 5-10 вес.% был произведен экспериментальным путем по величине ПТР, прочностным характеристикам (твердость, модуль упругости, предел прочности, удлинение), износостойкости и состоянию надмолекулярной структуры нанокомпозита. При содержании HDPE-g-SMA меньше 5 вес.% приводит к недостаточной текучести нанокомпозита при нагреве, а при его содержании в нанокомпозите более 10 вес.% приводит к подавлению формирования сферолитной надмолекулярной структуры и, как следствие, к снижению физико-механических свойств нанокомпозита.
Совместное содержание твердосмазочных (нанометровых) и армирующих (миллиметровых) наполнителей, в заявленных количественных соотношениях, в полимерной связующей матрице СВМПЭ позволяет комплексно повысить трибомеханические характеристики, расширяя тем самым номенклатуру и области применения полимерных композитов с заданными эксплуатационными свойствами в узлах трения машин и механизмов в экстремальных условиях эксплуатации (низкие температуры, агрессивные среды).
Выбор количественного содержания углеродного волокна нанометровой и миллиметровой размерности в нанокомпозите обусловлено следующим.
При содержании углеродных волокон нанометровой размерности в нанокомпозите свыше 0.5 вес.% наблюдается агломерирование нанопорошков и сложность обеспечения равномерного распределения нанопорошка в матрице СВМПЭ. Ниже 0.3 вес.% не достигается эффекта твердой смазки.
При наполнении армирующими (миллиметровыми) углеродными волокнами выше 5 вес.% не происходит формирования сферолитной надмолекулярной структуры нанокомпозита, что приводит к снижению прочностных характеристик (модуль упругости, предел текучести, предел прочности). Ниже 2 вес.% заданные прочностные характеристики нанокомпозита не достигаются при сохранении сферолитной надмолекулярной структуры.
Объемные образцы нанокомпозитов получают горячим прессованием на прессе МС-500 в пресс-форме, обогреваемой кольцевой разъемной печью с цифровым управлением, при давлении 10±0.5 МПа и температуре 200±5°С со скоростью последующего охлаждения 3-4°С/мин. Подбор технологического режима способа получения нанокомпозита был осуществлен экспериментальным путем.
Подбор основного технологического режима способа получения нанокомпозита был осуществлен экспериментальным путем, т.е. при выбранных параметрах давления, температуры, скорости последующего охлаждения получают нанокомпозит заявленного состава с заданными высокими прочностными, трибологическими свойствами и удовлетворительной текучестью для аддитивных технологий.
Перед смешиванием порошков полимерного связующего СВМПЭ и наполнителей в планетарной шаровой мельнице МР/0.5*4 проводят дополнительное диспергирование смеси исходных компонентов в этиловом спирте в ультразвуковой ванне в течение 7–10 мин.
Порошки наполнителей, перед предварительным диспергированием смеси компонентов, дополнительно диспергируют в этиловом спирте в ультразвуковой ванне с рабочей частотой 22 кГц в течение 1–5 мин.
Для получения предлагаемого нанокомпозита используют порошки:
- СВМПЭ фирмы Ticоnа (GUR-2122) молекулярной массой 4.5 млн и размером частиц 5÷15 мкм;
- сополимер HDPE-g-SMA (полиэтилен высокой плотности с привитым малеиновым ангидридом), марка «ОЛЕНТЕН»;
- углеродные нановолокна «Таунит», диаметром 60 нм;
- углеродные волокна длиной около ~2 мм.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1.
Полимерные порошки: сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ, сополимер HDPE-g-SMA (полиэтилен высокой плотности с привитым малеиновым ангидридом) просушивают с целью удаления влаги накопленной в процессе хранения и посторонних примесей, которые могут разлагаться при повышении температуры при 100–110°С в течение 1,5 ч.
Взвешивание исходных компонентов проводят на аналитических весах с точностью 0,001 г. Берут исходный состав (2) компонентов: 39.375 г СВМПЭ + 4.5 г НDPE-g-SMA + 0.225 г УВ (нано) + 0,9 г УВ (милли), который соответствует заявленному количественному соотношению [87.5 вес.% СВМПЭ + 10 вес.% НDPE-g-SMA + 0.5 вес.% УВ (нано) + 2 вес.% УВ (милли)].
Для достижения однородного распределения по объему и ликвидации агломерации наполнителей в спиртовом растворе используют ультразвуковой диспергатор с погружным индентором УЗДН – А с рабочей частотой 22 кГц; время диспергирования от 1 до 5 мин.
Полученную устойчивую суспензию совмещают с порошком СВМПЭ и проводят дополнительную гомогенизацию в ультразвуковой ванне ПСБ-Галс в течение 7–10 мин.
Смешивание компонентов проводят в высокоскоростном (12000 об/мин) гомогенизаторе МР302 в течение 2 минут. Затем смеси высушивают в сушильном шкафу при температуре 100–110°С в течение 2 часов для выпаривания растворителя под включенной вытяжной вентиляцией.
Пресс-форму со смесью компонентов помешают в гидравлический пресс МС–500. Нагрев ведут при помощи разъемной печи, состоящей из двух нагревателей температуре 200±5°С и давлении 10±0.5 МПа. Процесс нагревания регулируют при помощи устройства управления РПН–4, скорость нагревания и охлаждения составляет 3–4°С/мин.
Распрессовку образца нанокомпозита производят при охлаждении печи до температуры 60–80°С. Размер полученного образца нанокомпозита составляет приблизительно 65*55*12,7 мм.
Пример 2.
Проводят аналогично примеру 1, только для получения нанокомпозита используют исходный состав (3) компонентов: 38.025 г СВМПЭ + 4.5 г НDPE-g-SMA + 0.225 г УВ (нано) + 2.25 г УВ (милли), который соответствует заявленному количественному соотношению [84.5 вес.% СВМПЭ + 10 вес.% НDPE-g-SMA + 0.5 вес.% УВ (нано) + 5 вес.% УВ (милли)].
На фиг. 1 приведены надмолекулярнные структуры нанокомпозитов двух указанных выше составов, подтверждающие сохранение сферолитной надмолекулярной структуры. Кристалличность полимеров при наполнении СВМПЭ углеродными волокнами снижается с 56.5% в СВМПЭ до 45.4% и 42.8% в нанокомпозитах соответственно.
Механические характеристики образцов нанокомпозита определяют при разрывных испытаниях на электромеханической испытательной машине Instron 5582 при растяжении образцов в форме двойной лопатки (ГОСТ 11262-80).
Коэффициент трения образцов нанокомпозитов определяли на трибометре CSEM по схеме «шар по диску» в соответствии с ASTM G99/DIN 50324. Нагрузка составляла 5 Н, скорость скольжения 0.3 м/с, длина пути трения 1000 м. Диаметр контртела, выполненного из стали ШХ15, составлял 6 мм. Величину износа определяли по глубине дорожки трения с помощью контактного профилометра Alpha-Step IQ (KLA-Tencor).
Ударную вязкость образцов нанокомпозита определяли на маятниковом копре Gotech GT–7045–HMH со скоростью движения молота 3.8 м/сек и энергии 22 Дж.
Контроль структурного состояния образцов нанокомпозита проводили на растровом электронном микроскопе LEO EVO 50 (Carl Zeiss) при ускоряющем напряжении 20 кВ по поверхностям скола, полученным механическим разрушением образцов с надрезом, предварительно выдержанных в жидком азоте.
В таблице 1 представлены физико-механические свойства СВМПЭ (1) и нанокомпозитов на его основе составов (2) и (3).
В таблице 2 приведены триботехнические характеристики исходного СВМПЭ и нанокомпозитов на его основе составов (2) и (3).
Состав (1) – 100 вес.% СВМПЭ.
Состав (2) – 87.5 вес.% СВМПЭ + 10 вес.% НDPE-g-SMA + 0.5 вес.% УВ (нано) + 2 вес.% УВ (милли).
Состав (3) – 84.5 вес.% СВМПЭ + 10 вес.% НDPE-g-SMA + 0.5 вес.% УВ (нано) + 5 вес.% УВ (милли).
Таблица 1
№
Сос-тава		 Плот-ность
ρ, г/см3 		Твердость по Шору D Е, МПa σТ,MПa σB, MПa ε, % Уд. вяз. Шарпи aк, кДж/м2
1 0,928 57,7±0,6 711±40 21,6±0,6 42,9±3,1 485±28 151±11
2 0,954 60,5±0,3 1171±123 29,1±0,9 38±1 388±14 121±18
3 0,973 61,2±0,6 1641±84 31±0,6 33±2,4 332±39 92,6±9,3
Таблица 2
№ Состав Износ, мм3(CSEM) Коэффициент трения
1 100 вес.% СВМПЭ 0,136±0,02 0,102
2 87.5 вес.% СВМПЭ + 10 вес.% НDPE-g-SMA + 0.5 вес.% УВ (нано) + 2 вес.% УВ (милли) 0,082±0,026 0,051
3 84.5 вес.% СВМПЭ + 10 вес.% НDPE-g-SMA + 0.5 вес.% УВ (нано) + 5 вес.% УВ (милли) 0,063±0,018 0,063
На фиг. 2 наглядно представлена зависимость триботехнических характеристик (объемный износ и коэффициент трения) нанокомпозитов от содержания углеродных волокон (нано- и миллиметровых).
Прочностные свойства нанокомпозита состава (3), (см. таблицу 1) увеличиваются: модуль упругости (Е) в 2.3 раза, предел текучести (σТ) в 1.4 раза по сравнению с исходным СВМПЭ.
Предлагаемый нанокомпозит обладает износостойкостью выше относительно исходного СВМПЭ в 1.7 – 2.2 раза, коэффициент трения снижается по сравнению с СВМПЭ в 1.6 – 2.0 раза.
Источники информации
1. Заявка CN106397927 (А), C08J3/20, C08K3/04, C08K7/24, C08L23/06, опубл. 15.02.2017.
2. Патент RU 2567958, C08L 23/06, C08J 5/04, опубл. 10.11.2015.
3. Патент RU 2625454, C08L 23/06, C08K 3/04, C08K 7/04, C08J 5/16, B82Y 30/00, опубл. 14.07.2017.
4. Патент RU 2500697, C08L 23/06, C08J 5/04, C08J 5/06, C08K 3/04, B02C 18/00, опубл. 10.12.2013.
5. Galetz M.C., Blar T., Ruckdaschel H., Sandler K.W., Alstadt V. Carbon Nanofibre-Reinforced Ultrahigh Molecular Weiht Polyethylene for Tribological Applications// Journal of Applied Polymer Science.- 2007, Vol. 104, 4173-4181.
6. Панин С.В., Корниенко Л.А., Алексенко В.О., Нгуен Дык Ань, Иванова Л.Р. Влияние углеродных нановолокон/нанотрубок на формирование физико-механических и триботехнических характеристик полимерных композитов на основе термопластичных матриц СВМПЭ и ПЭЭК // Изв. вузов. Химия и хим. технология.- 2017, Т. 60, № 9, 45-51.
7. Юдин А.С., Буяев Д.И., Краснов А.П., Сачек Б.Я. и др. Дисперсные наполнители в трибологических полимерных волокноармированных материалах (поисковое исследование) // Вопросы материаловедения.- 2012, 4 (72), 231-239.
8. Lyudmila A. Kornienko and Sergey V. Panin. Antifriction Nanocomposites Based on the Chemically Modified Ultra-High Molecular Weight Polyethylene. In “Characterization of Nanocomposites: Technology and Industrial Applications”. Edited by Frank Abdi, Mohit Garg. Pan Stanford Publishing Pte. ltd, 2017, 486 p. ISBN 9789814669023.
9. Panin SV, Shilko SV, Kornienko LA, Chernous DA, Aleksenko VO, et al. (2017) Biomechanical Properties of Dispersep Article Reinforced Polymer Composites on Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). MOJ App Bio Biomech 1(5): 00030. DOI: 10.15406/mojabb.2017.01.00030.
10. Панин С.В., Корниенко Л.А., Алексенко В.О., Буслович Д.Г., Донцов Ю.В. Экструдируемые полимер-полимерные композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ)// Сборка в машиностроении, приборостроении.- 2018, Т.19, № 1, 16-23.
11. S.V. Panin, L.A. Kornienko, V.O. Aleksenko, L.R. Ivanova, S.V. Shilko & Yu.M. Pleskachevskiy. Extrudable UHMWPE-based composites: prospects of application in additive technologies. Nanomechanics Science and Technology: An International Journal, 2017, Vol. 8, Is. 2, p. 85-94.
12. Люкшин Б.А., Шилько С.В., Панин С.В., Машков Ю.К., Корниенко Л.А., Люкшин П.А., Плескачевский Ю.М., Кропотин О.В., Бочкарева С.А., Матолыгина Н.Ю., Черноус Д.А., Гришаева Н.Ю., Реутов Ю.А. Дисперсно-наполненные полимерные композиты технического и медицинского назначения. Ответственный редактор А.В. Герасимов. Новосибирск: Изд-во СО РАН Наука, 2017, - 311 c. ISBN 978-5-7692-1546-9.

Claims (10)

1. Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ, включающий углеродные волокна, отличающийся тем, что он содержит углеродные волокна нанометровой и миллиметровой размерности, и дополнительно, привитый сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA, при следующем соотношении компонентов, вес.%:
углеродные волокна нанометровой размерности 0.3-0.5 углеродные волокна миллиметровой размерности 2-5 сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA 5–10 СВМПЭ остальное
2. Нанокомпозит по п.1, отличающийся тем, что он содержит углеродные волокна нанометровой размерности диаметром, равным 60 нм.
3. Нанокомпозит по п.1, отличающийся тем, что он содержит углеродные волокна миллиметровой размерности длиной около 2 мм.
4. Нанокомпозит по п.1, отличающийся тем, что в качестве матрицы используют СВМПЭ с молекулярной массой 4.5 млн (4.5*106 г/моль) и размером частиц 5÷15 мкм.
5. Нанокомпозит по п.1, отличающийся тем, что он содержит сополимер этилена высокой плотности, привитый малеиновым ангидридом HDPE-g-SMA в виде молотого гранулята с размером частиц 160-250 мкм.
6. Нанокомпозит по п.1, отличающийся тем, что он имеет сферолитную надмолекулярную структуру.
7. Способ получения нанокомпозита по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что проводят смешивание порошков СВМПЭ и наполнителей, а получение образца нанокомпозита осуществляют горячим прессованием при давлении 10±0.5 МПа и температуре 200±5°С со скоростью последующего охлаждения 3-4°С/мин.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что перед смешиванием порошков СВМПЭ и наполнителей проводят предварительное диспергирование смеси исходных компонентов в этиловом спирте в течение 7–10 мин.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что перед предварительным диспергированием смеси исходных компонентов порошки наполнителей дополнительно диспергируют в этиловом спирте с рабочей частотой 22 кГц в течение 1–5 мин.
RU2018133248A 2018-09-20 2018-09-20 Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения RU2674258C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133248A RU2674258C1 (ru) 2018-09-20 2018-09-20 Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133248A RU2674258C1 (ru) 2018-09-20 2018-09-20 Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674258C1 true RU2674258C1 (ru) 2018-12-06

Family

ID=64603560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133248A RU2674258C1 (ru) 2018-09-20 2018-09-20 Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674258C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816004C1 (ru) * 2023-06-08 2024-03-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированного пластификатором

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500697C1 (ru) * 2012-06-27 2013-12-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами
RU2567958C2 (ru) * 2013-12-18 2015-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПО ГЕЛАР" Композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ)
RU2572816C2 (ru) * 2013-12-05 2016-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Химическая сборка наноматериалов" Многослойный нанокомпозит для двухобкладочных конденсаторов и способ его изготовления
CN106397927A (zh) * 2016-09-26 2017-02-15 清华大学深圳研究生院 超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法
RU2625454C2 (ru) * 2015-11-17 2017-07-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Полимерный нанокомпозиционный материал триботехнического назначения с ориентированной структурой

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500697C1 (ru) * 2012-06-27 2013-12-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами
RU2572816C2 (ru) * 2013-12-05 2016-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Химическая сборка наноматериалов" Многослойный нанокомпозит для двухобкладочных конденсаторов и способ его изготовления
RU2567958C2 (ru) * 2013-12-18 2015-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПО ГЕЛАР" Композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ)
RU2625454C2 (ru) * 2015-11-17 2017-07-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Полимерный нанокомпозиционный материал триботехнического назначения с ориентированной структурой
CN106397927A (zh) * 2016-09-26 2017-02-15 清华大学深圳研究生院 超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Люкшин Б.А. и др. Дисперсно-наполненные полимерные композиты технического и медицинского назначения. Ответственный редактор А.В. Герасимов. Новосибирск: Изд-во СО РАН Наука, 2017, с.311. *
Панин С.В. и др. Влияние углеродных нановолокон/нанотрубок на формирование физико-механических и триботехнических характеристик полимерных композитов на основе термопластичных матриц СВМПЭ и ПЭЭК. Изв. вузов. Химия и хим. технология.- 2017, Т. 60, 45-51. Galetz M.C., Blar T., Ruckdaschel H., Sandler K.W., Alstadt V. Carbon Nanofibre-Reinforced Ultrahigh Molecular Weiht Polyethylene for Tribological Applications. Journal of Applied Polymer Science. 2007, Vol. 104, 4173-4181. Lyudmila A. Kornienko and Sergey V. Panin. Antifriction Nanocomposites Based on the Chemically Modified Ultra-High Molecular Weight Polyethylene. In Characterization of Nanocomposites: Technology and Industrial Applications. Edited by Frank Abdi, Mohit Garg. Pan Stanford Publishing Pte. ltd, 2017, p.215-239. *
Панин С.В. и др. Влияние углеродных нановолокон/нанотрубок на формирование физико-механических и триботехнических характеристик полимерных композитов на основе термопластичных матриц СВМПЭ и ПЭЭК. Изв. вузов. Химия и хим. технология.- 2017, Т. 60, 45-51. Galetz M.C., Blar T., Ruckdaschel H., Sandler K.W., Alstadt V. Carbon Nanofibre-Reinforced Ultrahigh Molecular Weiht Polyethylene for Tribological Applications. Journal of Applied Polymer Science. 2007, Vol. 104, 4173-4181. Lyudmila A. Kornienko and Sergey V. Panin. Antifriction Nanocomposites Based on the Chemically Modified Ultra-High Molecular Weight Polyethylene. In Characterization of Nanocomposites: Technology and Industrial Applications. Edited by Frank Abdi, Mohit Garg. Pan Stanford Publishing Pte. ltd, 2017, p.215-239. Люкшин Б.А. и др. Дисперсно-наполненные полимерные композиты технического и медицинского назначения. Ответственный редактор А.В. Герасимов. Новосибирск: Изд-во СО РАН Наука, 2017, с.311. Панин С.В., Корниенко Л. *
Панин С.В., Корниенко Л.А., Алексенко В.О., Буслович Д.Г., Донцов Ю.В. Экструдируемые полимер-полимерные композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Сборник трудов международной конференции с элементами научной школы для молодежи.Томск. 9-13 октября 2017. с.276-277. *
Юдин А.С. Разработка изностойких антифрикционных органотекстолитов на основе полиоксадиазольных тканей и полимер-минеральных модификаторов. Авто. М. 2014. с.14. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816004C1 (ru) * 2023-06-08 2024-03-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированного пластификатором

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ogunsona et al. Thermally stable pyrolytic biocarbon as an effective and sustainable reinforcing filler for polyamide bio-composites fabrication
Kiziltas et al. Thermal analysis of polyamide 6 composites filled by natural fiber blend
Lingesh et al. Effect of short glass fibers on mechanical properties of polyamide66 and polypropylene (PA66/PP) thermoplastic blend composites
Haq et al. Wood polypropylene (PP) composites manufactured by mango wood waste with virgin or recycled PP: mechanical, morphology, melt flow index and crystalline behaviour
Panin et al. Extrudable polymer-polymer composites based on ultra-high molecular weight polyethylene
Mourad et al. Impact of nanofillers incorporation on laminated nanocomposites performance
Panin et al. Extrudable UHMWPE-based composites: prospects of application in additive technologies
Panda et al. Comparative potential assessment of solid lubricants on the performance of poly aryl ether ketone (PAEK) composites
Yetgin Tribological properties of compatabilizer and graphene oxide-filled polypropylene nanocomposites
Liu et al. Wear resistance of graphene reinforced ultra-high molecular weight polyethylene nanocomposites prepared by octa-screw extrusion process
Semba et al. Effect of compounding procedure on mechanical properties and dispersed phase morphology of poly (lactic acid)/polycaprolactone blends containing peroxide
Cousins et al. Miscible blends of biobased poly (lactide) with poly (methyl methacrylate): Effects of chopped glass fiber incorporation
Mourad et al. Wet lay-up technique for manufacturing of advanced laminated composites
Panin et al. Structure, as well as the tribological and mechanical properties, of extrudable polymer-polymeriс UHMWPE composites for 3D printing
Satya et al. Morphological, thermal and viscoelastic behavior of recycled high density polyethylene nanocomposite incorporated with 1D/2D nanofillers
Vyas et al. Influence of h-BN fillers on mechanical and tribological properties of PP/PA6 blend
Chang et al. Effect of a Small Amount of Synthetic Fiber on Performance of Biocarbon‐Filled Nylon‐Based Hybrid Biocomposites
Rudresh et al. Effect of short glass fiber loading on the mechanical behaviour of PA66/PTFE blend composites
RU2674258C1 (ru) Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения
Harea et al. Study of friction and wear of thermoplastic vulcanizates: the correlation with abraded surfaces topology
RU2674019C1 (ru) Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Raghavendra et al. Mechanical and thermal characterization of camphor soot embedded coir fiber reinforced nylon composites
Mimaroglu et al. Tribological Properties of Nanoclay Reinforced Polyamide‐6/Polypropylene Blend
Lal et al. Tribo-investigation on PTFE lubricated PEEK in harsh operating conditions
Panin et al. Mechanical and tribotechnical characteristics of nanocomposites based on mixture of ultrahigh molecular weight polyethylene and polypropylene

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190618

Effective date: 20190618