Сварка сверхвысокомолекулярного полиэтилена и его композита для повышения герметизации футеровочных покрытий

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) является одним из самых перспективных материалов триботехнического назначения благодаря уникальному комплексу технических свойств: высокой прочности, износо-, влаго- и морозостойкости, стойкости в агрессивных средах, низкому коэффициенту трения. В настоящее время все больше горнодобывающих предприятий, в том числе АК «АЛРОСА» (ПАО), успешно используют листы СВМПЭ для защиты бункеров, кузовов самосвалов т. п. Однако изза большой длины макромолекул СВМПЭ при нагревании не переходит в вязкотекучее состояние, что практически исключает возможность его переработки традиционными для термопластов технологиями (экструзией, литьем, сваркой). Изделия из него в настоящее время могут быть изготовлены методом горячего прессования и с небольшими габаритными размерами. Поэтому исследования, направленные на расширение возможности свариваемости СВМПЭ с образованием прочного сварного шва, являются актуальными, так как в результате можно получить габаритные и конструктивно более сложные изделия. В настоящей работе для сварки СВМПЭ предлагается применение магнитной индукции. На основании результатов проведенных механических и структурных исследований установлена высокая эффективность способа сварки сверхвысокомолекулярного полиэтилена и его композитов с применением магнитной индукции с ферромагнетиком в виде металлической стальной сетки. Выбран оптимальный режим сварки, позволяющий получать качественный сварной шов. Установлено, что сохранение прочностных свойств сварного шва при выбранном режиме сварки на уровне монолитного образца обусловлено обеспечением регулируемого локального нагрева материала в зоне сварки и повышенной адгезией на границе раздела фаз СВМПЭ – металлическая сетка.

1. Тарасенко А. А., Чижик Е. Ф. Защитные футеровки и покрытия горно-обогатительного оборудования. – Москва: Недра, 1985. – 208 с.

2. Елькин А. Б., Евсеева И. А. Оценка экономической эффективности мероприятий по безопасности и охране труда // XXI век. Техносферная безопасность. – 2021. – Т. 6, № 2 (22). – С. 157–169.

3. Слаутин О. В., Проничев Д. В., Поверхностная обработка и покрытия [Электронный ресурс]: Учеб.-метод. пособие: Ч. 1. – Волгоград: ВолгГТУ, 2017. – 160 с.

4. Patel K., Chikkali S. H., Sivaram S. Ultrahigh molecular weight polyethylene: Catalysis, structure, properties, processing and applications // Progress in polymer science. – 2020. – V. 109. – P. 101290).

5. Gurgen S., Celik O.N., Kushan M. C. Tribological behavior of UHMWPE matrix composites reinforced with PTFE particles and aramid fibers // Composites Part B-Engineering. – 2019. – V. 173. – P. 106949. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.106949.

6. Валуева М. И, Колобков А. С., Малаховский С. С. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: рынок, свойства, направления применения (обзор) // Труды ВИАМ. – 2020. – № 3 (97). – C. 49–57.

7. Kurtz S. M. Ultra-high molecular weight polyethylene in total joint replacement: UHMWPE handbook. – Elsevier Academic Press, 2004. – 379 p.

8. Bracco P., Bellare A., Bistolfi A., Affatato S. Ultra-high molecular weight polyethylene: influence of the chemical, physical and mechanical properties on the wear behavior // A Review Materials. – 2017. – № 10. – P. 791.

9. Каблов Е. Н., Старцев В. О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) // Авиационные материалы и технологии. – 2018. – № 2(51). – С. 47–58. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-47-58.

10. Friction and wear properties of polyphenyl ester and graphite filler in the carbon fibre-reinforced ultrahigh-molecular-weight polyethylene composites / Z. Wang, L. Guo, P. Gao et al. // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. – 2018. – V. 49, N 1. – P. 21–29. DOI: 10.1002/mawe.201700112.

11. Экструдируемые полимер-полимерные композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) / С. В. Панин, Л. А. Корниенко, В. О. Алексенко и др. // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2018. – Т. 19, № 1. – С. 16–23.

12. Чесноков А. В., Косоногова Л. Г. Перспективные направления усовершенствования композитной анкерной крепи // Науковий вісник Нацiонального Гipничого унiверситету. – 2013. – № 1. – С. 39–44.

13. Quality Assessment of Melanocratic Basalt for Mineral Fiber Product, Southern Urals, Russia / A. Pisciotta , B. V. Perevozchikov, B. M. Osovetsky et al. // Natural resources research. – 2015. – V. 24, N 3. – P. 329–337. DOI: 10.1007/s11053-014-9253-9.

14. Gogoleva O. V., Petrova P. N., Popov S. N., Okhlopkova A. A. Wear-Resistant Composite Materials Based on Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene and Basalt Fibers // Journal of Friction and Wear. – 2015. – V. 36, N 4. – P. 301–305.

15. Патент РФ №184919 от 14.11.2018. Устройство для сварки сверхвысокомолекулярного полиэтилена / Шадринов Н. В., Чириков А. А., Федоров А. Л., Антоев К. П., Соколова М. Д.

16. Чириков А. А., Соколова М. Д., Гоголева О. В., Федоров А. Л. Изучение структурообразования в сварном шве при сварке сверхвысокомолекулярного полиэтилена с применением технологии магнитной индукции // Сварка и диагностика. – 2021. – № 4. – С. 25–28.

17. Медведева Е. В., Чердынцев В. В. Структура содержащих неравноосные неорганические включения полимерных композиционных материалов // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – №3. – С. 116.

18. Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Reinforced with Multi-Walled Carbon Nanotubes: Fabrication Method and Properties / A. V. Maksimkin, S. D. Kaloshkin , M. S. Kaloshkina , et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2012. – V. 536. – P. 538–540.