Исследование возможности создания триботехнически эффективного нанокомпозита на основе полиэфирэфиркетона с дисперсным наполнителем низкой износостойкости

Исследована возможность применения наноразмерных частиц меди в качестве наполнителя для полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) с целью создания триботехнически эффективного композита. На основе физической модели изнашивания построены расчетные концентрационные зависимости относительной интенсивности линейного изнашивания композита по отношению к матрице для четырех размеров дисперсного наполнителя из нанои микроразмерного диапазона. В результате определены диапазоны эффективных концентраций наполнителя при введении в ПЭЭК наномеди. Для исследования причин повышения износостойкости нанокомпозита при введении дисперсных частиц меди применен метод молекулярной динамики. Установлено, что в присутствии нанонаполнителя существенно повышается энергия межмолекулярных связей, выявлены различия в плотности полимерных молекул в области контакта до и после сдвига, а также различия в величинах энергий межмолекулярного взаимодействия между контактирующими поверхностями в зависимости от времени сдвига.

1. Omrani E, Menezes P. L., Rohatgi P. K. State of the art on tribological behavior of polymer matrix composites reinforced with natural fibers in the green materials world. – J. Engineering Science and Technology. – 2016. – V. 12, N 9. – P. 717–736.

2. Наполнение полиэфирэфиркетонов (ПЭЭК) как способ получения композитов с высокими эксплуатационными свойствами / А. К. Микитаев, А. Х. Саламов, А. А. Беев и др. // Пластические массы. – 2017. – N 5–6. – С. 6–9.

3. Мышкин Н. К., Гуцев Д. М., Григорьев Ф. А. Характеристики нанокомпозитов на основе ПЭЭК при трении по стали // Трение и износ. – 2021. – Т. 42, N. 3. – С. 350–357.

4. Антифрикционные и механические свойства термопластичных углеродных композитов на основе полиэфирэфиркетона / С. В. Панин, Н. Д. Ань, Л. А. Корниенко и др. // Трение и износ. – 2020. –Т. 41, N 4. – С. 427–435.

5. Ли С., С едакова Е. Б. Молекулярное моделирование кинетики фрикционного разрушения полимерных композитов на примере Ф4К20 // Трение и износ. – 2022. – Т. 43, N.6. – С. 612–620.

6. Thermal conductivity of poly (ether ether ketone) and its short‐fiber composites / C. L. Choy, K. W. Kwok, W. P. Leung et al. //Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. – 1994. –V. 32, N.8. – P. 1389–1397.

7. Cheng S. Z. D., Cao M. Y. , Wunderlich B. Glass transition and melting behavior of poly (oxy-1, 4-phenyleneoxy-1, 4-phenylenecarbonyl-1, 4-phenylene) (PEEK) // Macromolecules. – 1986. – V. 19, N. 7. – P. 1868–1876.

8. Facile synthesis of copper/polydopamine functionalized grapheme oxide nanocomposites with enhanced tribological performance / H. Song, Z. Wang, J. Yang et al. // Chemical Engineering Journal. – 2017. – V. 324. – P. 51–62.

9. Facile synthesis of copper nanoparticles and nanowires on polyetheretherketone-matrix nanocomposites: Thermal conductivity, dynamic mechanical properties and wear resistance / S. Fan, S. Gao, C. Duan, et al. // Composite Science and Technology. – 2022. – V. 219. – P. 109224.

10. Добычин Н. М., Морозов А. В., Никулин А. В., Сачек Б. Я., Анисимов А. В. Планирование эксперимента при исследовании триботехнических характеристик фенольных углепластиков // Вопросы материаловедения. – 2009. – N 1 (61). – С. 186–193.

11. С едакова Е. Б., Козырев Ю. П. Влияние содержания дисперсного наполнителя на адгезию между наполнителем и матрицей в полимерных нанокомпозитах триботехнического назначения // Вопросы материаловедения. – 2013. – N 3. – С. 70–75.

12. Берлин А. А., Вольфсон С. А., Ошмян В. Г. , Ениколопов Н. С. Принципы создания композиционных полимерных материалов. – М.: Химия, 1990. – 240 с.

13. Бахарева В. Е., Рубин М. Б., Лобынцева И. В., Тризно А. В. Применение в народном хозяйстве подшипников скольжения из полимерных композиционных материалов. – Л.: ЛДНТП, 1991. – 19 с.

14. Лущейкин Г. А. Моделирование и оптимизация полимерных материалов. – М.: Колос, 2009. –192 с.

15. Engineering the mechanical properties of CNT/PEEK nanocomposites / B. Wang, K. Zhang, C. Zhou et al. // RSC advances. – 2019. – V. 9, N 23. – P. 12836–12845.

16. Influence of surface-modified glass fibers on interfacial properties of GF/PEEK composites using molecular dynamics / L. Pan, H. Guo, L. Zhong, et al. // Computational Materials Science. – 2021. – N 188. – P. 110216.

17. COMPASS II: extended coverage for polymer and drug-like molecule databases / H. Sun, Z. Jin, C. Yang, et al. // Journal of molecular modeling. – 2016. – V. 22, N 2. – P. 1–10.

18. Rasheva Z., Zhang G., Burkhart Th. A correlation between the tribological and mechanical properties of short carbon fiber sreinforced PEEK materials with different fiber orientations // Tribology International. – 2010. – V. 43. – P. 1430–1437.

19. Ли Сяньшунь, С едакова Е. Б. Моделирование влияния наноразмерных наполнителей на механические свойства и износостойкость композита на основе полиэфирэфиркетона // Проблемы машиностроения и надежность машин. – 2023. – N 3. – С. 64–69.