Полимерные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и пчелиного воска

В данной работе исследовано влияние пчелиного воска (ПВ) как пластифицирующей добавки на свойства и структуру полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Проведено комплексное исследование характеристик композитов на основе двух марок СВМПЭ (GUR 4150 и GUR 4022) с различной молекулярной массой. Исследовано влияние малых концентраций пчелиного воска (0,5–2 мас.%) на механические, трибологические, термические и структурные свойства ПКМ. Используемый ПВ проявил себя как эффективный модификатор структуры, обеспечивающий упорядочение надмолекулярной организации и повышение степени кристалличности полимерной матрицы. Это обусловлено формированием более плотно компаундированной структуры СВМПЭ, что приводит к упрочнению композита. Наибольшая эффективность модификации наблюдалась при содержании 2 мас.% ПВ, который способствует  увеличению прочности при растяжении на 59% и относительного удлинения на 33% относительно исходного полимера. Трибологические исследования показали снижение коэффициента трения на 44% и уменьшение скорости массового изнашивания в 7 раз. Данные дифференциальной сканирующей калориметрии подтвердили структурное упорядочение композита при введении пчелиного воска, что коррелирует с улучшением механических и трибологических характеристик.

1. Kurdi A., Chang L. Recent advances in high performance polymers – tribological aspects // Lubricants. – 2019. – V. 7. – N 1. – P. 2. DOI: 10.3390/lubricants7010002

2. Склифос В. О., Рыжко А. А., Щеглов Д. П. Наночастицы для полимерных композиционных материалов в строительстве // Перспективы науки. – 2021. – № 5. – С. 123–125.

3. Шерстюков Б. Г. Климатические условия Арктики и новые подходы к прогнозу изменения климата // Арктика и Север. – 2016. – № 24. – С. 39–67. DOI: 10.17238/issn2221-2698.2016.24.39

4. Selyutin G. E., Gavrilov Y. U., Voskresenskaya E. N., Zakharov V. A., Nikitin V. E., Poluboyarov V. A. Composite materials based on ultra-high molecular polyethylene: properties, application prospects // Chemistry for Sustainable Development. – 2010. – V. 18. – N 3. – P. 301–314.

5. Abdul Samad M. Recent advances in UHMWPE/UHMWPE Nanocomposite/UHMWPE hybrid nanocomposite polymer coatings for tribological applications: a comprehensive review // Polymers. – 2021. – V. 13. – Is. 4. – P. 608. DOI: 10.3390/polym13040608

6. Chen X., Wang X., Feng Y., Qu J., Yu D., Cao C., Chen X. Enhancing chain mobility of ultrahigh molecular weight polyethylene by regulating residence time under a consecutive elongational flow for improved processability // Polymers. – 2021. – V. 13. – Is. 13. – P. 2192. DOI: 10.3390/polym13132192

7. Liu S. et al. Ultra-high molecular weight polyethylene with reduced fusion defects and improved mechanical properties by liquid paraffin // International Journal of Polymer Analysis and Characterization. – 2015. – V. 20. – N 2. – P. 138–149.

8. Wu J. J., Buckley C. P., O’Connor J. J. Mechanical integrity of compression-moulded ultra-high molecular weight polyethylene: effects of varying process conditions // Biomaterials. – 2002. – V. 23. – N 17. – P. 3773–3783.

9. Hu S. et al. Structure and properties of UHMWPE products strengthened and toughened by pulse vibration molding at low temperature // Polymer. – 2021. – V. 229. – P. 124026.

10. Dayyoub T., Olifirov L. K., Chukov D. I., Kaloshkin S. D., Kolesnikov E., Nematulloev S. The structural and mechanical properties of the UHMWPE films mixed with the PE-Wax // Materials. – 2020. – V. 13. – Is. 15. – P. 3422. DOI: 10.3390/ma13153422

11. Wood W. J., Maguire R. G., Zhong W. H. Improved wear and mechanical properties of UHMWPE–carbon nanofiber composites through an optimized paraffin-assisted melt-mixing process // Composites Part B: Engineering. – 2011. – V. 42. – N 3. – P. 584–591.

12. Hepburn H. R., Pirk C. W. W., Duangphakdee O. The chemistry of beeswax // Honeybee Nests: Composition, Structure, Function. – Heidelberg: Springer, 2014. – P. 319–339.

13. Gul R. M. et al. Effect of consolidation on adhesive and abrasive wear of ultrahigh molecular weight polyethylene // Biomaterials. – 2003. – V. 24. –N 19. – P. 3193–3199.

14. Galeski A. et al. Morphology and plastic yielding of ultrahigh molecular weight polyethylene // Macromolecules. – 2020. – V. 53. – N 14, – P. 6063-6077.

15. Ito A. et al. Additive effects of solid paraffins on mechanical properties of high-density polyethylene // Polymers. – 2023. – V. 15. – N 5. – P. 1320.URL: https://doi.org/10.3390/polym15051320

16. Cai T. et al. Study on the tribological properties of UHMWPE modified by UV-induced grafting under seawater lubrication // Tribology International. – 2022. – V. 168. – N 3. – P. 107419.

17. Тарасевич Б. Н. ИК спектры основных классов органических соединений: справочные материалы. – М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2012. –55 с.

18. Mao X. et al. The relationship between the crystallization of UHMWPE/HDPE injection-molded products and their frictional and mechanical properties // Polymer. – 2025. – V. 320. – P. 128092.