Применение метода молекулярно-динамического моделирования для анализа износостойкости композита в сравнении с исходной полимерной матрицей

Экспериментальные исследования выполнены на оборудовании Центра коПроведено исследование влияния введения наполнителя на механические свойства политетрафторэтилена (ПТФЭ) с помощью метода молекулярно-динамического моделирования. Построены молекулярные модели ПТФЭ и композита Ф4К20 на его основе, состоящего из 80 об. % ПТФЭ + 20 об. % литейного кокса. Определена энергия межмолекулярного взаимодействия, получены матрицы жесткости и гибкости ПТФЭ и Ф4К20. Показано, что энергия междумолекулярного взаимодействия Ф4К20 приблизительно в 15 раз выше, чем энергия междумолекулярного взаимодействия ПТФЭ. Расчет на основе моделирования показал, что введение наполнителя приводит к существенному повышению модуля сдвига композита по сравнению с исходной матрицей, что может являться одной из причин повышения износостойкости полимерных композиционных материалов.

1. Седакова Е. Б., Козырев Ю. П., Ли Сяньшунь, Жаров В. Е. Анализ причин снижения износостойкости полимерных материалов в парах трения с легированной сталью // Изв. вузов. Приборостроение. – 2020. – Т. 63, № 4. – С. 302–309.

2. Bhargava S., Makowiec M. E., Blanchet T. A. Wear Reduction Mechanisms within Highly Wear-Resistant Graphene and Other Carbon-Filled PTFE Nanocomposites // Wear. – 2020. – V. 444. – P. 203163.

3. Liu H., Su X., Tao J., Fu R., You C., Chen X. Effect of SiO2 Nanoparticles Decorated SCF Mechanical and Tribological Properties of Cenosphere/SCF/PEEK Composites // Journal of Applied Polymer Science. – 2019. – V. 137. – P. 48749.

4. Vasilev A. P., Struchkova T. S., Nikiforov L. A., Okhlopkova A. A., Grakovich P. N., Shim E. L., Cho J. H. Mechanical and Tribological Properties of Polytetrafluoroethylene Composites with Carbon Fiber and Layered Silicate Fillers // Molecules. – 2019. – V. 24, N. 2. – P. 224.

5. Слепцова С. А., Лазарева Н. Н., Федосеева В. И., Капитонова Ю. В., Охлопкова А. А. Влияние катионов металлов механоактивированного бентонита на триботехнические процессы в ПТФЭ // Трение и износ. – 2018. – Т. 39, N. 6. – С. 604–611.

6. Narayanasamy P., Balasundar P., Senthil S., Sanjay M. R. , Siengchin S., Khan A., Asiri A. M. Characterization of a novel natural cellulosic fiber from Calotropis gigantea fruit bunch for ecofriendly polymer composites // Int. J. Biol. Macromol. – 2020. – V. 150. – P. 793–801.

7. Sihn S., Varshney V., Roy A. K, Farmer B. L. Prediction of 3d elastic moduli and poissjn’s rations of pillared graphene nanostructures // Carbon. – 2012. – V. 50(2) . – P. 603–611.

8. Zhang J., Zhou Z., Zhang F., Tan Y.G., Yi R. Molding process and properties of continuous carbon fiber three-dimensional printing. Advances in Mechanical Engineering. – 2019. – V. 11(3). – P. 1–11.

9. Wang H., Xie X., Hua X., Xu S., Yin B., Qiu B. Analysis of the lubrication process with composition of solid lubricants of laser-modified sliding surfaces // Advances in Mechanical Engineering. – 2020. – V. 12(4). – P. 1–11.

10. Васильев А. П., Охлопкова А. А., Стручкова Т. С., Алексеев А. Г. Влияние модифицированного серицита на свойства и структуру политетрафторэтилена // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. – 2020. – Т. 25, № 2. – С. 147–156.

11. Маркова М. А., Петрова П. Н. Исследование влияния углеродных волокон и технологий получения композитов на свойства полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена // Перспективные материалы. – 2020. – № 11. – С. 59–68.

12. Rigby D., Sun H., Eichinger B. E. Computer Simulations of Poly (ethylene oxide): Force Field, PVT Diagram and Cyclization Behaviour // Polymer International. – 1997. – V. 44. – P. 311–330.

13. Sun H., Jin Z., Yang C., Akkermans R. L. C., Robertson S. H., Spenley N. A., Miller S., Todd S. M. COMPASSII: extended coverage for polymer and drug-like molecule databases // Journal of Molecular Modeling. – 2016. – V. 22. – P. 1–10.

14. Allen M. P., Tildesley D. J. Computer Simulation of Liquids, Oxford, Oxford University Press, 1990.

15. Zuo Z., Yang Y., Qi X., Su W., Yang X. Analysis of the chemical composition of the PTFE transfer film produced by sliding against Q235 carbon steel // Wear. – 2014. – V. 320. – P. 87–93.

16. Nye, J. F. Physical Properties of Crystals, Clarendon: Oxford (1957)

17. Ли Сяньшунь, Седакова Е.Б. Применение метода молекулярно-динамического моделирования для исследования структурных изменений при адгезионном изнашивании политетрафторэтилена и его композита // Материалы 10-й Международной научной онлайн-конференции «Современное машиностроение: наука и образование 2021 (MMESE-2021)», 24 июня 2021 года / Под ред. А. Н. Евграфова, А. А. Поповича. – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. – С. 287–299.