RU2827168C1 - Polymer composition for tribotechnical purpose based on ultrahigh molecular weight polyethylene and complex filler - Google Patents
Polymer composition for tribotechnical purpose based on ultrahigh molecular weight polyethylene and complex filler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2827168C1 RU2827168C1 RU2024103916A RU2024103916A RU2827168C1 RU 2827168 C1 RU2827168 C1 RU 2827168C1 RU 2024103916 A RU2024103916 A RU 2024103916A RU 2024103916 A RU2024103916 A RU 2024103916A RU 2827168 C1 RU2827168 C1 RU 2827168C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uhmwpe
- tribotechnical
- molecular weight
- weight polyethylene
- polymer composition
- Prior art date
Links
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000945 filler Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 15
- YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzothiazole-2-thiol Chemical compound C1=CC=C2SC(S)=NC2=C1 YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 229920010741 Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Polymers 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 3
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical class O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920013683 Celanese Polymers 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 101000713588 Halobacterium salinarum (strain ATCC 700922 / JCM 11081 / NRC-1) TATA-box-binding protein D Proteins 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007866 anti-wear additive Substances 0.000 description 1
- HAJXNVWQYIKNQT-UHFFFAOYSA-N benzene;tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl.C1=CC=CC=C1 HAJXNVWQYIKNQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical class [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229920001002 functional polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к полимерным композициям триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и может быть использовано в качестве функционального материала для изготовления подшипников скольжения, уплотнителей валов, футеровок, применяемых в машиностроении, автомобилестроении, конвейерах и в различных отраслях промышленности.The invention relates to polymer compositions for tribotechnical purposes based on ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and can be used as a functional material for the manufacture of plain bearings, shaft seals, linings used in mechanical engineering, automotive engineering, conveyors and in various industries.
К современным функциональным материалам триботехнического назначения на основе полимеров предъявляют высокие требования к физико-механическим, теплофизическим, триботехническим, морозоустойчивым и другим характеристикам. Среди полиолефиновых полимеров СВМПЭ относится к перспективным материалам для изготовления подшипников скольжения, уплотнителей валов, футеровок, промышленных труб, клапанов, различных деталей машин и т.д. К этому способствуют свойства СВМПЭ самосмазыванию, высокая износостойкость, низкий коэффициент трения, коррозионная и усталостная стойкости (см. Валуева М.И., Колобков А.С., Малаховский С.С. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: рынок, свойства, направления применения (обзор) // Труды ВИАМ. – 2020. – №. 3 (87). – С. 49-57). Modern functional polymer-based tribotechnical materials have high requirements for physical, mechanical, thermal, tribotechnical, frost-resistant and other characteristics. Among polyolefin polymers, UHMWPE is a promising material for the manufacture of plain bearings, shaft seals, linings, industrial pipes, valves, various machine parts, etc. This is facilitated by the self-lubrication properties of UHMWPE, high wear resistance, low friction coefficient, corrosion and fatigue resistance (see Valueva M.I., Kolobkov A.S., Malakhovsky S.S. Ultra-high molecular weight polyethylene: market, properties, areas of application (review) // Proceedings of VIAM. - 2020. - No. 3 (87). - P. 49-57).
При этом СВМПЭ характеризуется низкой поверхностной твердостью, слабой стойкостью к абразивному износу, относительно низкими показателями по модули упругости, прочности на изгиб и сопротивления ползучести. Известны различные способы улучшения механических и триботехнических характеристик СВМПЭ (см. Панин С.В. и др. Износостойкие стеклонаполненные композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Исследование роли адгезии при введении различных аппретов // Физическая мезомеханика. – 2021. – Т. 24. – №. 5. – С. 52-66).At the same time, UHMWPE is characterized by low surface hardness, weak resistance to abrasive wear, relatively low elastic modulus, flexural strength and creep resistance. Various methods are known for improving the mechanical and tribological characteristics of UHMWPE (see Panin S.V. et al. Wear-resistant glass-filled composites based on ultra-high molecular weight polyethylene. Study of the role of adhesion when introducing various finishing agents // Physical mesomechanics. - 2021. - Vol. 24. - No. 5. - Pp. 52-66).
В последнее время большое распространение получил новый класс композиционных материалов на основе полимерной матрицы и наноразмерных частиц. Среди наноразмерных частиц особенно примечателен оксид меди (CuO), обладающий рядом существенных преимуществ. CuO можно легко синтезировать, при этом известно, что наночастицы CuO обладают более лучшими свойствами в отношении износостойкости и снижения трения, чем другие наночастицы, такие как оксиды алюминия, циркония, железа и кобальта (см. Jatti V.S., Singh T.P. Copper oxide nano-particles as friction-reduction and anti-wear additives in lubricating oil // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2015. – Vol. 29. – P. 793-798). Recently, a new class of composite materials based on a polymer matrix and nanosized particles has become widespread. Among the nanosized particles, copper oxide (CuO) is particularly noteworthy, possessing a number of significant advantages. CuO can be easily synthesized, and it is known that CuO nanoparticles have better properties in terms of wear resistance and friction reduction than other nanoparticles, such as aluminum, zirconium, iron, and cobalt oxides (see Jatti V.S., Singh T.P. Copper oxide nano-particles as friction-reduction and anti-wear additives in lubricating oil // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2015. – Vol. 29. – P. 793-798).
Среди органических добавок 2-меркаптобензтиазол (МБТ) позволяет существенным образом повысить деформационно-прочностные свойства СВМПЭ (см. Данилова С.Н. и др. Разработка высокопрочных материалов на основе СВМПЭ, модифицированного 2-меркаптобензтиазолом // Авиационные материалы и технологии. – 2020. – №. 3 (60). – С. 10-18). Among organic additives, 2-mercaptobenzthiazole (MBT) can significantly improve the deformation and strength properties of UHMWPE (see Danilova S.N. et al. Development of high-strength materials based on UHMWPE modified with 2-mercaptobenzthiazole // Aviation materials and technologies. - 2020. - No. 3 (60). - P. 10-18).
Однако, для комплексного улучшения физико-механических и триботехнических свойств необходимо применение модификаторов, состоящих из разных видов наполнителей. Это связано с тем, что при использовании комплексных наполнителей, можно реализовать индивидуальные свойства каждого из наполнителей, обеспечивая синергетический эффект. В связи с этим для изготовления композитных материалов с улучшенным комплексом эксплуатационных свойств необходимо подобрать компоненты, которые будут оказывать комплексное воздействие на полимерную матрицу (см. Praveenkumara J. et al. A comprehensive review on the effect of synthetic filler materials on fiber-reinforced hybrid polymer composites // The Journal of the Textile Institute. – 2022. – Vol. 113. – №. 7. – P. 1231-1239). However, for a comprehensive improvement of the physical, mechanical and tribotechnical properties, it is necessary to use modifiers consisting of different types of fillers. This is due to the fact that when using complex fillers, it is possible to implement the individual properties of each of the fillers, providing a synergistic effect. In this regard, to manufacture composite materials with an improved set of performance properties, it is necessary to select components that will have a complex effect on the polymer matrix (see Praveenkumara J. et al. A comprehensive review on the effect of synthetic filler materials on fiber-reinforced hybrid polymer composites // The Journal of the Textile Institute. - 2022. - Vol. 113. - No. 7. - P. 1231-1239).
Таким образом, актуальным является разработка новых полимерных композиционных материалов на основе полимерных матриц и комплексных наполнителей, в частности сверхвысокомолекулярного полиэтилена и оксида меди с 2-меркаптобензтиазолом.Thus, the development of new polymer composite materials based on polymer matrices and complex fillers, in particular ultra-high molecular weight polyethylene and copper oxide with 2-mercaptobenzothiazole, is relevant.
Известен нанокомпозит на основе полиэтилена (СВМПЭ) и слоистых силикатов, полученный путем обработки предварительно дегидратированного монтмориллонита (ММТ) компонентами катализатора, состоящего из соединения переходного металла VCl4 и алюминийорганического соединения Al(i-Bu)3, с последующей полимеризацией этилена на нанесенном катализаторе (см. RU № 2671407, кл. B82B 3/00, C08F 292/00, C08L 23/06, С08К 3/34, опубл. 31.10.2018). A nanocomposite based on polyethylene (UHMWPE) and layered silicates is known, obtained by treating pre-dehydrated montmorillonite (MMT) with catalyst components consisting of a transition metal compound VCl 4 and an organoaluminum compound Al(i-Bu) 3 , followed by polymerization of ethylene on the supported catalyst (see RU No. 2671407, cl. B82B 3/00, C08F 292/00, C08L 23/06, C08K 3/34, published 10/31/2018).
Недостатком данного нанокомпозита является использование специальных соединений, получения, которых является достаточно трудоемким и длительным процессом. Также композиция обладает высоким модулем упругости, но недостаточно высокими деформационно-прочностными свойствами.The disadvantage of this nanocomposite is the use of special compounds, the production of which is quite a labor-intensive and lengthy process. Also, the composition has a high modulus of elasticity, but insufficiently high deformation-strength properties.
По способу получения композита к исходному СВМПЭ при интенсивном перемешивании добавляют тетрахлорметан-бензольную смесь (см. RU №2590556, кл. C08L 23/06, C08K 3/22, C09C 1/36, С08J 3/215, С08J 3/07, В82В 3/00, В82Y 30/00, С01G 23/047, опубл. 10.07.2016). According to the method for producing the composite, a tetrachloromethane-benzene mixture is added to the initial UHMWPE with vigorous stirring (see RU No. 2590556, class C08L 23/06, C08K 3/22, C09C 1/36, C08J 3/215, C08J 3/07, B82B 3/00, B82Y 30/00, C01G 23/047, published 10.07.2016).
При этом известное решение предусматривает использование различных видов растворителей, что усложняет и продлевает получение композитов.At the same time, the known solution involves the use of various types of solvents, which complicates and prolongs the production of composites.
Наиболее близким техническим решением является полимерная композиция конструкционного и триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и борполимера по патенту RU № 2784206 (кл. C08L 23/06, C07F 5/04, опубл. 23.11.2022). Однако известный материал также не обладает высокими триботехническими характеристиками.The closest technical solution is a polymer composition for structural and tribotechnical purposes based on ultra-high molecular weight polyethylene and boron polymer according to patent RU No. 2784206 (class C08L 23/06, C07F 5/04, published 23.11.2022). However, the known material also does not have high tribotechnical characteristics.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в разработке износостойкого композиционного материала для изготовления деталей в узлах трения, машин и других механизмов.The task that the stated solution is aimed at solving is the development of a wear-resistant composite material for the manufacture of parts in friction units, machines and other mechanisms.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении прочности, износостойкости и надежности узлов, уменьшении интенсивности массового изнашивания материала.The technical result obtained by solving the set task is expressed in increased strength, wear resistance and reliability of units, and a decrease in the intensity of mass wear of the material.
Поставленная задача достигается за счет того, что полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки GUR-4022 (СВМПЭ) содержит модификатор, в качестве которого используют комплексный наполнитель, включающий наноразмерный оксид меди (CuO) и 2-меркаптобензотиазол (МБТ), например, в массовых соотношениях 1:1 и 2:1, при следующем массовом содержании компонентов, мас. %, например, СВМПЭ – 99,0 и комплексный наполнитель CuO/МБТ (1:1) – 1,0; СВМПЭ – 98,0 и комплексный наполнитель CuO/МБТ (2:1) – 2,0.The set task is achieved due to the fact that the polymer composition for tribotechnical purposes based on ultra-high molecular weight polyethylene of the GUR-4022 brand (UHMWPE) contains a modifier, which is a complex filler including nanosized copper oxide (CuO) and 2-mercaptobenzothiazole (MBT), for example, in mass ratios of 1:1 and 2:1, with the following mass content of the components, wt. %, for example, UHMWPE - 99.0 and complex filler CuO/MBT (1:1) - 1.0; UHMWPE - 98.0 and complex filler CuO/MBT (2:1) - 2.0.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с известными признаками свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with known features indicates that the claimed solution meets the “novelty” criterion.
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, повышение надежности деталей узлов, в частности, подшипников скольжения в узлах трения, машин, механизмов и износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.The set of features of the invention provides a solution to the stated technical problem, namely, increasing the reliability of the components of units, in particular, plain bearings in friction units, machines, mechanisms and wear-resistant linings used for lining mining and processing equipment, wear-resistant structural products operating in abrasive wear mode in an environment of oil, greases, lubricants, fuel, acids and alkalis.
Для экспериментальных работ получение композитов выполняли на основе порошка СВМПЭ марки Ticona GUR-4022 (Celanese, Китай) с молекулярной массой 5,3×106 г/моль со средним размером частиц 145 мкм и плотностью 0,93 г/см3. Выбор марки GUR-4022 обусловлен на основе анализа научно-технических литературных источников и тем, что данная марка СВМПЭ является базовой для прессования. При этом в качестве наполнителей СВМПЭ использовали 2-меркаптобензотиазол (МБТ) (ГОСТ 739-74) и наноразмерный оксид меди (CuO) с чистотой не менее 99,8%, со средними размерами частиц 50 нм и удельной поверхностью 15-20 м2/г (ТУ 1791-003-36280340-2008), которые предварительно смешивали в планетарной мельнице типа Активатор-2S (Россия) при 600 об/мин в течение 10 мин, при этом получали два вида комплексного наполнителя в зависимости от соотношений CuO/МБТ - 1:1 и 2:1.For experimental work, the composites were obtained based on Ticona GUR-4022 UHMWPE powder (Celanese, China) with a molecular weight of 5.3×10 6 g/mol, an average particle size of 145 μm and a density of 0.93 g/cm 3 . The choice of GUR-4022 was based on an analysis of scientific and technical literary sources and the fact that this UHMWPE grade is the base for pressing. In this case, 2-mercaptobenzothiazole (MBT) (GOST 739-74) and nanosized copper oxide (CuO) with a purity of at least 99.8%, with an average particle size of 50 nm and a specific surface area of 15-20 m2 /g (TU 1791-003-36280340-2008) were used as fillers for UHMWPE. They were pre-mixed in an Activator-2S planetary mill (Russia) at 600 rpm for 10 min, thereby obtaining two types of complex filler depending on the CuO/MBT ratios - 1:1 and 2:1.
Известно, что свойства полимерных композиционных материалов на основе СВМПЭ зависят от концентрации наноразмерных наполнителей, которая находится в пределах 1-2 мас.% (см. Ushakov A.V. et al. Mechanical and tribological properties of complex-modified material based on ultra high molecular weight polyethylene and CuO // Journal of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35. – P. 7-11). Таким образом, для экспериментальных работ концентрация комплексных наполнителей составляла от 0,5 до 2 мас.%. В таблице 1 приведены составы и содержание наполнителей к полимерной матрице из расчета на 100 г смеси полимерного композиционного материала.It is known that the properties of polymer composite materials based on UHMWPE depend on the concentration of nanosized fillers, which is within 1-2 wt.% (see Ushakov A.V. et al. Mechanical and tribological properties of complex-modified material based on ultra high molecular weight polyethylene and CuO // Journal of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35. – P. 7-11). Thus, for experimental work, the concentration of complex fillers ranged from 0.5 to 2 wt.%. Table 1 shows the compositions and contents of fillers in the polymer matrix per 100 g of the polymer composite material mixture.
Подготовленные компоненты, а именно, порошок СВМПЭ и комплексный наполнитель, смешивали в лопастном смесителе в сухом виде со скоростью вращения перемешивающих устройств 1200 об/мин в течение 2 мин. На основе полученной смеси изготавливали композиты методом горячего прессования при температуре 175±5°С, давлении 10±0,5 МПа и выдержке 20 мин с последующим охлаждением до 80°С.The prepared components, namely, UHMWPE powder and complex filler, were mixed in a paddle mixer in dry form with a rotation speed of the mixing devices of 1200 rpm for 2 min. Based on the resulting mixture, composites were manufactured by hot pressing at a temperature of 175±5°C, a pressure of 10±0.5 MPa and a holding time of 20 min, followed by cooling to 80°C.
Деформационно-прочностные свойства композитов исследовали на разрывной машине AGS-J (Shimadzu, Япония) согласно ГОСТ 11262-2017 при скорости движения подвижных захватов 50 мм/мин. Модуль упругости при растяжении определяли согласно ГОСТ 9550-2014. Напряжение при сжатии при относительной деформации (х, %) исследовали согласно ГОСТ 4651-2014. Триботехнические характеристики определяли на трибомашине UMT-3 (CETR, США). Коэффициент трения определяли согласно ГОСТ 11629-2017 по схеме трения «палец - диск». Для чего, были изготовлены образцы с диаметром 10,00±0,02 мм. В качестве контртела используется стальной диск из стали 45 с твердостью 45-50 HRC, шероховатостью Ra = 0,06-0,08 мкм. При этом удельная нагрузка на образец составляет 2 МПа, линейная скорость скольжения - 0,3 м/с, продолжительность испытания 3 час. Плотность образцов измеряли методом гидростатического взвешивания согласно ГОСТ 15139-69. Твердость по Шору Д образцов измеряли твердомером TBP-D (Восток-7, Россия) согласно ГОСТ 24621-2015.The deformation and strength properties of the composites were studied on an AGS-J tensile testing machine (Shimadzu, Japan) in accordance with GOST 11262-2017 at a speed of movable grips of 50 mm/min. The tensile modulus of elasticity was determined in accordance with GOST 9550-2014. Compressive stress at relative deformation (x, %) was studied in accordance with GOST 4651-2014. Tribological characteristics were determined on a UMT-3 tribology machine (CETR, USA). The friction coefficient was determined in accordance with GOST 11629-2017 using the "pin - disk" friction scheme. For this purpose, samples with a diameter of 10.00 ± 0.02 mm were made. A steel disk made of steel 45 with a hardness of 45-50 HRC, roughness Ra = 0.06-0.08 μm is used as a counterbody. The specific load on the sample is 2 MPa, the linear sliding velocity is 0.3 m/s, and the test duration is 3 hours. The density of the samples was measured by hydrostatic weighing in accordance with GOST 15139-69. The Shore D hardness of the samples was measured with a TBP-D hardness meter (Vostok-7, Russia) in accordance with GOST 24621-2015.
В таблице 2 приведены характеристики физико-механических и триботехнических свойств составов заявляемой полимерной композиции и прототипа. Полученные результаты исследований композитов показывают, что разработанные материалы превосходят полимерную матрицу по физико-механическим свойствам, а также по износостойкости в 2-4 раза при сохранении относительно низкого значения коэффициента трения. Так, по скорости массового изнашивания наилучшие результаты получены для композитов СВМПЭ+1 мас.% CuO/МБТ при соотношении 1:1 и СВМПЭ+2 мас.% CuO/МБТ при соотношении 2:1, что в 3,6 раз ниже чем у прототипа при сохранении низкого коэффициента трения.Table 2 shows the characteristics of the physical, mechanical and tribological properties of the compositions of the claimed polymer composition and the prototype. The obtained results of the composite studies show that the developed materials are superior to the polymer matrix in physical, mechanical properties, as well as in wear resistance by 2-4 times while maintaining a relatively low value of the friction coefficient. Thus, in terms of the rate of mass wear, the best results were obtained for the composites UHMWPE + 1 wt.% CuO / MBT at a ratio of 1: 1 and UHMWPE + 2 wt.% CuO / MBT at a ratio of 2: 1, which is 3.6 times lower than that of the prototype while maintaining a low friction coefficient.
Таким образом, совместная модификация СВМПЭ наполнителями, включающими 2-меркаптобензотиазол и наноразмерный оксид меди, позволяет получать полимерные композиционные материалы с повышенными деформационно-прочностными свойствами и износостойкостью без внедрения дополнительных технологических операций при переработке материала. Thus, the combined modification of UHMWPE with fillers including 2-mercaptobenzothiazole and nanosized copper oxide makes it possible to obtain polymer composite materials with increased deformation-strength properties and wear resistance without introducing additional technological operations during material processing.
Таблица 1Table 1
Содержание и состав полимерных композитовContent and composition of polymer composites
Таблица 2Table 2
Характеристики полимерных композитовCharacteristics of polymer composites
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2827168C1 true RU2827168C1 (en) | 2024-09-23 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006291103A (en) * | 2005-04-13 | 2006-10-26 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | Rubber composition and pneumatic tire |
| US20150175787A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Ticona Gmbh | Tribologically Modified Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene |
| RU2688134C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer tribotechnical composition based on ultrahigh molecular weight polyethylene and 2-mercaptobenzothiazole |
| RU2736057C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-11-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer composition of tribotechnical and structural purpose based on ultrahigh molecular weight polyethylene, magnesium oxide, 2-mercaptobenzothiazole and sulfur |
| RU2744755C1 (en) * | 2020-06-26 | 2021-03-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer composite material with modified clinoptilolite and the method for its preparation |
| RU2784206C1 (en) * | 2022-03-25 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer composition for structural and tribotechnical purposes based on ultra-high molecular weight polyethylene and boron polymer |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006291103A (en) * | 2005-04-13 | 2006-10-26 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | Rubber composition and pneumatic tire |
| US20150175787A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Ticona Gmbh | Tribologically Modified Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene |
| RU2688134C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer tribotechnical composition based on ultrahigh molecular weight polyethylene and 2-mercaptobenzothiazole |
| RU2736057C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-11-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer composition of tribotechnical and structural purpose based on ultrahigh molecular weight polyethylene, magnesium oxide, 2-mercaptobenzothiazole and sulfur |
| RU2744755C1 (en) * | 2020-06-26 | 2021-03-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer composite material with modified clinoptilolite and the method for its preparation |
| RU2784206C1 (en) * | 2022-03-25 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Polymer composition for structural and tribotechnical purposes based on ultra-high molecular weight polyethylene and boron polymer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Golchin et al. | Tribological behavior of carbon-filled PPS composites in water lubricated contacts | |
| Guo et al. | Tribofilm growth at sliding interfaces of PEEK composites and steel at low velocities | |
| RU2381242C2 (en) | Composition wear-resistant material on basis of ultra high molecular polyethylene (uhmpe) | |
| CN1425715A (en) | Self lubricating wear resistant polyaryl thioether composite material and its preparing method | |
| RU2437903C2 (en) | Composite oil-and-petrol resistant, wear- and frost-resistant material | |
| Qi et al. | Exploring the influence of counterpart materials on tribological behaviors of epoxy composites | |
| Panda et al. | Comparative potential assessment of solid lubricants on the performance of poly aryl ether ketone (PAEK) composites | |
| Jaiswal et al. | Enhancing the lubricity and wear resistance of shape-memory-polymer via titanium carbide-based MAX and MXene | |
| Li et al. | Friction-reducing and vibration-absorbing performances on a novel thermoplastic bearing material reinforced by nano-WS2 and UHMWPE | |
| Bijwe et al. | Design and development of advanced polymer composites as high performance tribo-materials based on blends of PEK and ABPBI | |
| Wang et al. | Mechanical and tribological characteristics of carbon nanotube-reinforced polyvinylidene fluoride (PVDF)/epoxy composites | |
| Meng et al. | Enhanced fretting wear performance of UHMWPE composites by grafting Co–Ni layered double hydroxides on attapulgite nanofibers | |
| JP2015516498A (en) | Tribological aromatic polyimide composition | |
| Yan et al. | Enhancing the tribological performance of polyimide composite coatings with amino-functionalized MXene nanofillers | |
| Cai et al. | Influence mechanism of organic-modified α-zirconium phosphate on tribological properties of UHMWPE | |
| RU2125068C1 (en) | Frost-resistant rubber mix | |
| Rustamov et al. | Filler processing and mixing effects of polyoxymethylene/graphene nanocomposite on tribo-mechanical performances | |
| RU2827168C1 (en) | Polymer composition for tribotechnical purpose based on ultrahigh molecular weight polyethylene and complex filler | |
| Panin et al. | The effect of adding calcium stearate on wear-resistance of ultra-high molecular weight polyethylene | |
| Panin et al. | Mechanical and Tribological Characteristics of Nano-and Microcomposites with UHMWPE–PTFE polymer–polymer matrix | |
| RU2784206C1 (en) | Polymer composition for structural and tribotechnical purposes based on ultra-high molecular weight polyethylene and boron polymer | |
| RU2178801C2 (en) | Method of preparing antifriction composition | |
| RU2688134C1 (en) | Polymer tribotechnical composition based on ultrahigh molecular weight polyethylene and 2-mercaptobenzothiazole | |
| RU2688517C1 (en) | Antifriction polyamide composition | |
| RU2736057C1 (en) | Polymer composition of tribotechnical and structural purpose based on ultrahigh molecular weight polyethylene, magnesium oxide, 2-mercaptobenzothiazole and sulfur |