ВУГЛЕЦЕВОВОЛОКНИСТИЙ КОМПОЗИТ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО МАТРИЧНОГО ПОЛІТЕТРАФТОРЕТИЛЕНУ

Берладір Х.В.
НТУУ «КПІ», м. Київ;
Будник А.Ф., к.т.н., доц.; Руденко П.В.
СумДУ, м. Суми;
Будник О.А., к.т.н., доц.
БДТУ ім. В.Г. Шухова, м. Белгород, Росія

ВУГЛЕЦЕВОВОЛОКНИСТИЙ КОМПОЗИТ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО МАТРИЧНОГО ПОЛІТЕТРАФТОРЕТИЛЕНУ

Широке застосування політетрафторетиленових композитів в вузлах тертя та ущільнення різного роду машин та обладнання зумовлене особливостями молекулярної будови і надмолекулярної структури політетрафторетилену (ПТФЕ), які забезпечують реалізацію унікального поєднання показників деформаційно-міцнісних, триботехнічних, антикорозійних, теплофізичних і інших службових характеристик і які визначають галузі ефективного використання виробів з них.
Специфічні особливості молекулярної і надмолекулярної будови структури ПТФЕ обумовлюють характерні механізми формування межових шарів, які визначають параметри деформаційно-міцнісних і триботехнічних характеристик ПТФЕ композитів при термобаричній монолітизації дисперсних часток матричного полімеру і композиційного матеріалу, що містить функціональні модифікатори різної природи, елементного складу, морфології і дисперсності, які дозволяють позбутися недоліків базової матриці.
Практична реалізація цього напрямку технології полягає в забезпеченні оптимальної структури межового шару на основі всебічного аналізу особливостей морфології поверхневих шарів часток модифікаторів, їх енергетичних параметрів впливу на процеси адсорбційної та хемосорбційної взаємодії. Це обумовлює необхідність застосування спеціальних методів активуючого впливу на композицію, перш за все – механохімічного та енергетичного.
Особливості експлуатації виробів з ПТФЕ композитів, зазвичай, приводять до трансформації первинної структури протягом нетривалого часу, а сформована під дією зовнішніх чинників нова структура суттєво відрізняється від первинної і визначає ресурс виробу в реальних умовах експлуатації. Вплив первинної структури ПТФЕ композиту на кінетику утворення розподіляючого шару зі структурою, яка найбільш ефективно чинить опір діючим на трибосистему енергетичним параметрам, потребує більш детального вивчення та врахування взаємодії компонентів при визначенні складу ПТФЕ композиту.
Аналіз патентно-літературних джерел [1-3] показав, що потенційні можливості традиційних технологій ПТФЕ композитів реалізовані не в повній мірі внаслідок недооцінювання суттєвих факторів під час одержання композиту та переробці його у вироби. Тому оптимізація технологічних режимів виготовлення та переробки ПТФЕ композитів з застосуванням доступного обладнання дозволяє досягнути економічно значимих результатів і підвищити їх конкурентоздатність серед аналогів.
Результати досліджень показали, що інтенсивна механічна активація ПТФЕ в млині МРП-1 при числі обертів n = 9000 хв-1 протягом 5 хвилин підвищує його фізико-механічні властивості в 2,5-3,0 рази, знижуючи при цьому інтенсивність зношування більш ніж на 50% [4].
Механічно активований ПТФЕ більш активно адгезує з поверхнею вуглецевих волокон (ВВ) (рис. 1, а), ніж неактивований (рис. 1, б) при отриманні полімерних композитів.
                                          
В результаті цього відбувається модифікування поверхневого шару ВВ активованим ПТФЕ, фрагменти ПТФЕ розподіляються на поверхні ВВ з більш високою однорідністю, що забезпечує підвищення їх активності в процесах взаємодії з матричним ПТФЕ при формуванні композиту. Утворюється більш гомогенна структура композиту зі зменшенням кількості пустот і формуванням значно одноріднішого розподілу фрагментів наповнювача в матричному полімері. Частинки ВВ, контактуючи з активованими частками ПТФЕ, формують первинні адгезійні зв'язки, зменшуючи дефектність композиції і ймовірність виникнення неоднорідностей при формуванні композиту [5].
Композити з ВВ наповнювачем, створені на основі такої активованої матриці, мають значно вищі показники, ніж з неактивованою: фізико-механічні характеристики в 1,5-2,0 рази вище, ніж у неактивованої, зносостійкість вище на 40-70% , за рахунок формування нанокристалічних структур [6].
Вуглецеві нанонаповнювачі по відношенню до ПТФЕ проявляють структурну активність і впливають на морфологію і ступінь впорядкованості модифікованої полімерної матриці. Характер і ефективність цього впливу залежать від зміни розмірів елементів структури, розмірності частинок і концентрації наповнювача.
Проведені дослідження відкривають можливість використання активованого ПТФЕ як матриці фторполімерних композитів для отримання композитного матеріалу з високими фізико-механічними властивостями для вузлів тертя машин і устаткування різного призначення.

1. Машков, Ю.К. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Структурная модификация / Ю.К. Машков, З.Н. Овчар, В.И. Суриков, Л.Ф. Калистратова. – М. : Машиностроение, 2005. – 240 с. : ил. – ISBN 5-217-03288-Х.
2. Сиренко, Г.А. Антифрикционные карбопластики / Г.А. Сиренко. - Киев : Техника, 1985. – 195 с.
3. Briscoe, B.J. The review of tribology of polymer composites / B.J. Briscoe, P.J. Treedale // Tribol. compos. mater. : Proc. [ASM Ind] conf., Oak Ridge, Tehn. 1-3 May, 1990. – Materials Park (Ohio), 1990. – P. 15-23.
4. Влияние механической активации политетрафторэтиленовой матрицы на ее физико-химические и эксплуатационные свойства / О.А. Будник, В.А. Свидерский, К.В. Берладир, А.Ф. Будник, П.В. Руденко // Научно-теоретический журнал «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова». – 2014. - № 4. - С. 10-17.
5. Углефторопластовые композиты с бинарным наполнителем для работы в узлах трения / А.Ф. Будник, В.А. Свидерский, А.А. Томас, П.В. Руденко, К.В. Берладир // Материалы IX Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании», 31 мая - 7 июня 2013 г. – Варна, Болгария, 2013. - Т. 3. – С. 27-29.
6. Підвищення фізико-механічних та експлуатаційних властивостей триботехнічних ПТФЕ композитів методами механічної активації / О.А. Будник, Х.В. Берладір, А.Ф. Будник, П.В. Руденко // Проблеми тертя та зношування. – 2014. – № 4 (65). – С. 130-135.