Влияние энергии колебательных процессов на структуру и свойства композиционного материала

Представлен новый способ прессования композитов, модифицированных углеродными наполнителями, с дополнительным комплексным воздействием ультразвуковых колебаний частотой 17 кГц и наложенной низкочастотной амплитудной модуляцией 100 Гц. Данный способ энергетического воздействия позволил снизить в 1000 раз интенсивность массового износа образцов композита в условиях сухого трения по сравнению с образцами из политетрафторэтилена и при этом сохранить коэффициент трения исходного полимера. Показано, что применение ультразвукового воздействия способствует дезагрегации наноразмерных частиц, а использование одновременно наложенной низкочастотной амплитудной модуляции приводит к упорядоченному распределению наполнителя в полимерной матрице. Такой режим обеспечивает получение бездефектной структуры за счет уплотнения композиционной смеси и способствует устранению пор и трещин в объеме материала.

1. Wang J. , Ya n F. , X u e Q. Tribological behavior of PTFE sliding against steel in sea water // Wear. – 2009. – V. 267, N 9–10. – P. 1634–1641. URL: https://doi.org/10.1007/s11434-009-0578-4

2. . Alam K. I. , Dorazio A . , Burris D. L . Polymers tribology exposed: eliminating transfer film effects to clarify ultralow wear of PTFE // Tribology Letters. – 2020. – V. 68, Art. 67. URL: https://doi.org/10.1007/s11249-020-01306-9

3. Conte М., Fer na ndez B., Iga r t u a A. Effect of surface temperature on tribological behavior of PTFE composites // Surface Effects and Contact Mechanics X. – 2011. – V. 71. – P. 219–230. URL: https://doi. org/10.2495/978-1-78466-167-0/019

4. A menta F., Bolelli G., Pedrazzi S., Allesi na G., Sa ntera mo F., Bertarini A., Sassatelli P., Lusva rg h i L. Sliding Wear Behaviour of Fibre-Reinforced PTFE Composites against Coated and Uncoated Steel // Wear. – 2021. – V. 486. – P. 204097. URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2021.204097

5. Li J., Ran Y. Evaluation of the Friction and Wear Properties of PTFE Composites Filled with Glass and Carbon Fiber // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. – 2010. – V. 41, N 2. – P 115–118. URL: https://doi.org/10.1002/mawe.200900545

6. Sawae Y., Mor ita T., Takeda K., Onitsu ka S., Kaneuti J., Yamag uchi T., Sugimu ra J. Friction and Wear of PTFE Composites with Different Filler in High Purity Hydrogen Gas // Tribology International. – 2021. – V. 157. – P. 106884. URL: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.106884

7. Chen W. X., Li F., Han G., Xia J. B., Wang L. Y., Tu J. P., Xu Z. D. Tribological Behavior of Carbon-Nanotube-Filled PTFE Composites // Tribology Letters. – 2003. – V. 15, N 3. – P. 275–278. URL: https://doi.org/10.1023/A:1024869305259

8. Машков Ю. К., Кургузова О. А., Руба н А. С. Разработка и исследование износостойких полимерных композитов // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. – 2018. – Т. 15, № 1. – С. 36–45.

9. Никитина А. В., Охлопкова А. А., Васильев А. П. Исследование влияния наноразмерного нитрида бора на свойства политетрафторэтилена // Материалы международной научно-практической конференции «Наука, инновации и технологии: от идей к внедрению», Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 7–11 февраля 2022 г. – С. 329–333. URL: https://doi.org/10.17084/978-5-7765-1502-6-2022-329

10. Охлопкова А. А., Адрианова О. А., Попов С. Н. Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями. – Якутск: Изд-во СО РАН, 2003. – 224 с.

11. Ronghao L., Keqiang L., Haiyong T., Jian min X., Shaoquan L. Mechanical Properties of Plasma-Treated Carbon Fiber Reinforced PTFE Composites with CNT // Surface and Interface Analysis. – 2017. – V. 49, N 11. – P. 1064–1068. URL: https://doi.org/10.1002/sia.6278

12. Vasilev A. P., Lazareva N. N., Str uchkova T. S., Okhlopkova A. A., Danilova S. N. Mechanical and Tribological Properties of Polytetrafluoroethylene Modified with Combined Fillers: Carbon Fibers, Zirconium Dioxide, Silicon Dioxide and Boron Nitride // Polymers. – 2023. – V. 15, N 2. – P. 313–326. URL: https://doi.org/10.3390/polym15020313

13. Ren n hofer H., Za ng helli n i B. Dispersion State and Damage of Carbon Nanotubes and Carbon Nanofibers by Ultrasonic Dispersion: A Review // Nanomaterials. – 2021. – V. 11, N 6. – P. 1469–1496. URL: https://doi.org/10.3390/nano11061469

14. Негров Д. А., Путинцев В. Ю. Влияние низкочастотной модуляции на механические свойства и триботехнические характеристики полимерных композиционных материалов // Ползуновский вестник. – 2021. – № 4. – С. 140–145. URL: https://doi.org/10.251712/ASTU.2072-8921.2021.04.018

15. Негров Д . А . , Еремин Е . Н . Повышение коэффициента усиления и частотной устойчивости ультразвуковой волноводной системы // Омский научный вестник. – 2012. – Т. 110, № 2. – С. 94–97.

16. Нег ров Д. А., Еремин Е. Н., Путинцев В. Ю., Передельская О. А. Расчет ультра­ звуковых волноводных систем для различных технологических процессов // Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. – 2013. – № 1. – С. 99–102.

17. Негров Д. А., Путинцев В. Ю. Усовершенствование технологии прессования изделий из политетрафторэтилена // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. – 2021. – Т. 14, № 5. – С. 564–571. URL: https://doi.org/10.17516/1999-494Х-0333

18. Негров Д. А., Путинцев В. Ю., Глотов А. И. Влияние усовершенствованной технологии прессования на структурообразование политетрафторэтилена // Ползуновский вестник. – 2024. – № 1. – С. 240–244. URL: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.01.031

19. Нег ров Д. А., Путинцев В. Ю. Влияние низкочастотной модуляции на механические свойства и триботехнические характеристики полимерных композиционных материалов // Ползуновский вестник. – 2021. – № 4. – С. 140–145. URL: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2021.04.018

20. Охлопков а А . А ., Стручков а Т. С., Васильев А . П ., Алексеев А . Г., Дьяконов А . А . Влияние термической обработки на надмолекулярную структуру порошка политетрафторэтилена // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. – 2016. – Т. 54, № 4. – С. 48–57.

21. Klaas N. V., Ma rcus K., Kellock C. The Tribological Behaviour of Glass Filled Polytetrafluoroethylene // Tribology International. – 2005. – V. 38, Is. 9. – P. 824–833. URL: https://doi.org/10.1016/j.triboint. 2005.02.010

22. Alam K. I., Burris D. L . Ultralow Wear Poly (Tetrafluoroethylene): A Virtuous Cycle of Wear Reduction and Tribochemical Accumulation // Journal of Physical Chemistry C. – 2021. – V. 125, N 35. – P. 19417–19427. URL: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c03885

23. S a m a d M . A . Recent Advances in UHMWPE/UHMWPE Nanocomposite/UHMWPE Hybrid Nanocomposite Polymer Coatings for Tribological Applications: A Comprehensive Review // Polymers. – 2021. – V. 13, N 4. – P. 608–647. URL: https://doi.org/10.3390/polym13040608

24. Zhang F., Zhang J., Zhy. Y., Wang X. Microstructure and Properties of Polytetrafluoroethylene Composites Modified by Carbon Materials and Aramid Fibers // Coatings. – 2020. – V. 10, N 11. – P. 1103–1123. URL: https://doi.org/10.3390/coatings10111103

25. Shi Y. , Feng X . , Wang . H . Tribological and Mechanical Properties of PTFE Composites Filled with the Combination of Short Carbon Fiber and Carbon Nanofiber // Key Engineering Materials. – 2007. – V. 334–335. – P. 689–692. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.334-335.689

26. Xiao W., Ji X. Effect of nano fillers on the properties of polytetrafluoroethylene composites: Experimental and theoretical simulations // Journal of Applied Polymer Science. – 2021. – V. 138, N 45. – P. 51340. URL: https://doi.org/10.1002/app.51340

27. Negrov D. A., Putintsev V. Y., Knyazev E. V. The effect of ultrasonic and low-frequency vibrations during pressing on the morphology and tribological properties of a polymer composite // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2025. – V. 39, N 4. – P. 1141–1149. URL: https://doi.org/10.1007/s12206-025-0210-9