Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого

Allayarov S.R.1, Olkhov Yu.A1, Muntele C. I.2, Ila D.2, Dixon D.A.3, Kalinin L.A4. Effect of photons (γ-rays,
laser) and accelerated particles on fluoropolymers and copolymers
1
Institute of Problems of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Russia;
2
Center for Irradiation of Materials, Alabama A&M University, Normal Alabama, USA,
3
Department of Chemistry, the University of Alabama, Tuscaloosa, USA;
4
V.A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus
Various types of fluorine - containing (co-) polymers (FPs) of trade marks: F-4, F-4D, Mechanical Grade
PTFE Sheet, Teflon® PTFE, F-40, Tefzel, F-2M, Kynar, F-4MB, F-3M, F-10, F-50, PE, PP were treated with lowand high-energy radiation (CO2 laser, γ-rays of 60Co, accelerated ions H+, He+, He2+). Measurements of thermal
stability and molecular morphology were carried out using thermomechanical analysis, electron paramagnetic resonance, and computational chemistry methods to explore the influence of various types of radiation on polymers. An
original technique of thermomechanical analysis allowed to determine complex molecular morphologies and molecular mass distributions of FPs of different chemical structures, including low soluble or practically insoluble ones,
e.g., polytetrafluoroethylene (PTFE). Different features of the radiation destruction of TFE-copolymers and PTFE
have been studied. Polymer films of 100-500 µm thickness were bombarded with 1-4 MeV particles or irradiated
by continuous CO2 laser beam. Samples of various forms (films, sheets, powder, granules) were irradiated with γrays to explore role of the form on the radiolysis. The thermal stability of irradiated FPs is less than that of virgin
polymers in all cases. For example, the thermal destruction of the virgin copolymer F-40, it’s γ-irradiated (120 kGy)
and proton bombarded (4 MeV, 2×1015 protons/cm2) samples begins at 380 oC, 170 oC and 198 oC, respectively.
Comparative study of the destruction processes in FPs under the action of different types of energy fluxes
allows to reveal physical and chemical peculiarities. Thus, the crystallinity of F-4 is increased under laser irradiation, in contrast to a sharp decrease under irradiation with γ-rays or accelerated protons. Gamma-irradiated F-4 has
a narrower set of MM distribution curves than that of virgin or proton bombarded one.
Interesting results were obtained in experiments on consecutive irradiation of F-4 with γ-rays and beam of
CO2 laser. A complicated dependence of the fibrous products output during laser ablation of the γ-irradiated F-4 on
dose requires a special examination which will be performed in future work.
Olkhov Yu.A.1, Allayarov S.R.1, Tolstopyatov E.M.2, Dobrovolskii Yu.A.1, Dixon D.A.3 Influence of continuous CO2 laser beam on thermal and molecular-topological properties of polytetrafluoroethylene
1
Institute of Problems of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Russia;
2
V.A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus;
3
Department of Chemistry, the University of Alabama, Tuscaloosa, USA
Irradiation of bulk polytetrafluoroethylene (PTFE) in a vacuum using a continuous CO 2 laser beam is accompanied with gas evolving and fibers formation. Two types of fibrous products (“Cotton” and "Felt”) are produced
depending on the process conditions. These products were established to have no difference from the original polymer, according to their IR spectra, XRD and DSC data. However, the fiber material subjected to secondary action of
the laser beam, ablates in another way than virgin PTFE. In this work we tried to look for differences between both
materials using thermomechanical analysis (TMA).
The virgin PTFE sheets have an amorphous and several crystal topological regions in TMA spectrum. In the
"felt" modification of PTFE there are two crystal portions against four in the virgin PTFE at practically similar
weight fractions of an amorphous phase (0.48 and 0.38). The averaged between topological regions molecular mass
(MM) of the felt modification is lower by an order of magnitude than that of virgin PTFE. The felt material fusion
temperature is lower than that of virgin PTFE. Similar molecular-topological changes are observed in cotton modification. An exception is high MM of the cotton material in comparison with the felt one. In this respect the effect of
the laser irradiation is similar to influence of gamma-radiation on PTFE. The DSC and TG curves of cotton and felt
modifications are practically similar and follow the trend of the virgin polymer curve up to the melting point. The
enthalpy of melting of laser modifications of PTFE depends on irradiation conditions and in most cases is lower than
that of virgin polymer. This testifies an increase of crystallinity of PTFE under laser irradiation. Rate of the thermal
destruction of the laser modified PTFE is higher than that of virgin PTFE. This fact is an evidence of slightly decreased thermal stability of the fibrous products of laser ablation.
Thus, fibrous PTFE obtained by laser treatment of virgin polymer has different molecular-topological characteristics
depending on the process conditions. These products can be operated in the same temperature range as commercial
PTFE (up to melting point).
Адериха В.Н., Шаповалов В.А. Изменение структуры и эксплуатационных характеристик композитов
ПТФЭ-Арселон под влиянием плазмохимической обработки наполнителя
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
Снижение дефектности межфазного слоя в полимерных композитах является первоочередной целью при разработке способов повышения комплекса эксплуатационных характеристик армированных полимерных материалов. Наряду с методами физико-химического модифицирования поверхности компонентов,
такими как обработка ПАВ, аппретами и полифункциональными соединениями, эффективным является
также создание полимерных или олигомерных слоев близких или идентичных по химической природе полимерному связующему композита. В случае фторполимерных матриц такие слои получают плазмохимиче-
ской обработкой (ПХО) субстратов в среде фторсодержащих газов предельного или непредельного строения, широко используемой при создании тонких слоев фторорганической природы на поверхности различных субстратов в микроэлектронике, медицине и др. областях. В докладе представлены результаты изучения
структуры и особенностей поведения при механических и триботехнических испытаниях композитов
ПТФЭ-Арселон, наполнитель которых модифицировали по режимам, применяемым при ПХО обработке
углеволокон для ПТФЭ-композита «Суперфлувис».
Механические испытания показали, что модифицированные композиты обладают повышенной
прочностью ( на 20 %) и пластичностью ( 50 %) при растяжении при практически неизменном значении
модуля упругости. При сжатии модуль упругости, напротив, существенно выше ( 30 %) у композита на
модифицированном наполнителе, но 10% практически одинакова. Модифицирование поверхности наполнителя обеспечивает повышение нагрузочной способности композита на 30 % до 4,5 МПам/с и существенный прирост износостойкости, причем с ростом удельной нагрузки различие между исходным и модифицированным композитом в износостойкости возрастает до 50…100%. Энергетический фактор износа Кw при
максимальной рабочей нагрузке (4,5 МПа) составляет 4,510-7 мм3/(Нм), что соответствует показателям
лучших промышленных ПТФЭ композитов. Анализ морфологии сколов и поверхностей разрушения при
механическом нагружении и изнашивании свидетельствует об увеличении прочности связи между матрицей
и наполнителем в модифицированных композитах, что и является основной причиной повышения комплекса эксплуатационных характеристик.
Адериха В.Н., Шаповалов В.А. Особенности структурообразования, трения и изнашивания ПТФЭ,
наполненного разными марками технического углерода
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
Активное изучение влияния наноразмерных наполнителей на триботехнические характеристики
ПТФЭ показало возможность значительного их повышения – на 2 и даже 3 порядка при введении, как правило, 10…20 мас. % керамик, ультрадисперсных алмазов, фуллеренов и технического углерода (ТУ). Последний является единственным в этом перечне крупнотоннажным и дешевым промышленным продуктом с
широким марочным ассортиментом и, соответственно, широким интервалом изменения структурных характеристик, что не встречается в других классах ультрадисперсных наполнителей. Это представляет дополнительные возможности и обусловливает интерес к изучению особенностей его влияния на структуру и эксплуатационные свойства композитов ПТФЭ – ТУ.
Изучение особенностей структурообразования малонаполненных композитов ПТФЭ – ТУ показало,
что тип надмолекулярной структуры и степень кристалличности определяются активностью наполнителя:
ТУ малой активности инициирует образование сферолитоподобных надмолекулярных структур и значительный рост степени кристалличности. При введении ТУ высокой активности (и большой площади удельной поверхности) наблюдается вытеснение части наполнителя в межструктурную область и снижение степени кристалличности с сохранением надмолекулярной структуры ленточного типа. Различия в морфологии
влияют на характер изменения показателей механических свойств и фрикционное поведение композитов. В
конечном итоге, зависимость коэффициента трения композитов от степени наполнения определяется изменением степени кристалличности и соотношением механических и адгезионных характеристик композита в
соответствии с представлениями Боудена-Тейбора.
Установлен деламинационный механизм изнашивания композитов малонаполненных ПТФЭ-ТУ и
показано, что скорость изнашивания композитов снижается на два и более порядков при введении 1…5 %
активных марок ТУ с высокой площадью удельной поверхности. Обнаружено, что износостойкость композитов ПТФЭ возрастает пропорционально величине удельной площади поверхности наполнителя, что, повидимому, обусловлено способностью активных центров поверхности ТУ тормозить макрорадикальные
процессы, неизбежно сопровождающие рост усталостных трещин разрушения в подповерхностном слое
композитов ПТФЭ-ТУ при трении.
Будник А.Ф.1, Бурмистр М.В.2, Будник О.А.2, Руденко П.В1. Научно-технологические основы формирования структуры углеволокнистого наполнителя фторопластоматричного композита.
1
Сумский государственный университет, Сумы, Украина,
2
Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, Украина
Современным и наиболее перспективным наполнителем политетрафторэтилена (фторопласта-4) при
создании композитов на его основе является углеродное волокно (УВ) благодаря ряду ценных, исключительных качеств. Этим объясняется неиссякаемый интерес к такого рода наполнителям на протяжении последних десятилетий. Причем, чем пристальнее этот интерес и глубже исследования, тем более многообразнее и перспективнее оказывается возможность использования их уникальных свойств для получения перспективных композитных материалов.
Свойства фторопластоматричного углеволокнистого композита определяются, в основном, длиной
армирующих волокон, их распределением по длинам и объёму композита и адгезионным взаимодействием
наполнителя (УВ) и матрицы (Ф-4). Проведённые исследования показали, что среди УВ с различной конечной температурой обработки карбонизированные УВ (с низкотемпературной обработкой) обладают лучшей
смачиваемостью, большим адсорбционным и адгезионным взаимодействием с фторопластом-4 по сравнению с графитированными УВ (с высокотемпературной обработкой). Карбонизованные УВ подвергаются
меньшему разрушению в процессе получения и переработки наполненного Ф-4. Следовательно, наиболее
целесообразными в применении оказались карбонизированные волокна, которые и стали предметом нашего
исследования.
Материалом для исследований послужили фторопластоматричные углеволокнистые композиты, полученные различными технологическими методами. Варьируемыми факторами при выборе оптимальной
технологии подготовки УВ явились: время дробления углеродной ткани и волокна, число оборотов рабочих
органов измельчителя, форма измельчающего элемента.
Анализ проведенных исследований и их практическая проверка показали, что наиболее эффективными схемами повышения реакционной способности УВ наполнителя фторопластоматричных композитов следует
считать: вакуумную обработку УВ при его измельчении плюс дальнейшее измельчение УВ с Ф-4 в соотношении 1:0,5 (по массе); термоокислительную обработку УВ при 573-673 К плюс дальнейшее измельчение
УВ с Ф-4 в соотношении 1:0,5 (по массе). Оптимальное соотношение показателей технологического процесса при этом будет определяться методами математического моделирования.
Будник А.Ф1., Бурмистр М.В2., Будник О.А.2, Руденко П.В1. Научные основы влияния на структуру и
свойства фторопластоматричного композита с углеволокнистым наполнителем технологическими
параметрами подготовительного оборудования.
1
Сумский государственный университет, Сумы, Украина,
1
Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, Украина
Сочетание уникальных свойств термопластичной матрицы из политетрафторэтилена и высоких армирующих возможностей перспективных углеродных волокон позволяет получать мелкотоннажные, элитные материалы высоковостребованные современными разработчиками и эксплуатационниками. Несомненно, вопросы разработки современной, научно – обоснованной технологии получения фторопластоматричных углеволокнистых композитов являются актуальными и требуют пристального изучения.
Для обеспечения эффективного армирования необходимо достигнуть такого распределения углеродных волокон по длинам, при котором волокна с требуемой эффективной длиной составляли бы подавляющее большинство. При разрушении (дроблении) углеткани и последующего углеволокна существенно изменяются размеры, строение и свойства углеволокон, что влияет на свойства фторопластоматричного композита. Результатом измельчения углеволокна до требуемых размеров является его механическая активация,
что непосредственно связано с прочностью структуры композита и его физико-механическими характеристиками.
Таким образом, необходимо научно-обоснованно выбрать тип подготовительного оборудования
(измельчителя, смесителя) и подобрать режимы их работы наиболее полно и широко обеспечивающие максимальные эксплуатационные свойства создаваемого композита. Ограниченное количество публикаций по
переработке фторопласта-4 и композиций на его основе и незначительное количество статей посвящено,
главным образом, свойствам наполненных фторопластов, их применению и лишь изредка упоминаются некоторые виды оборудования. Технологии же подготовки наполнителей композита и получения самой композиции уделено крайне недостаточно внимания, что является основанием для проведения масштабных исследований в этой области технологии композиционных материалов на основе политетрафторэтилена.
Регулируемое число оборотов исполнительных органов модернизированного оборудования, возможность
подогрева, охлаждения и вакуумирования рабочей камеры, автоматического отбора проб, быстрой смены
исполнительных органов с различной формой поперечного сечения, позволили провести исследования в
полном соответствии с составленной и согласованной с потенциальным потребителем композитного материала программой научных исследований.
Бузник В.М.1, Харитонов А.П.2, Ксенофонтов М.А.3, Островская Л.Е.3, Васильева В.С.3 Структурные
особенности и сорбционные свойства фторированного пенополиуретана
1
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия
2
Филиал института энергетических проблем химической физики РАН, Черноголовка, Россия
3
НИИ прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко БГУ, Минск, Беларусь
Модифицирование поверхности углеводородных материалов прямым фторированием позволяет
направленно изменять некоторые свойства полимеров. В процессе фторирования происходит замещение
водорода на фтор и частичное превращение полимера во фторполимер, придавая ему больше свойств, присущих фторсодержащим материалам.
Целью настоящей работы являлось изучение влияния объемного фторирования на поглощающие
свойства сорбента Пенопурм®, разработанного и серийно выпускаемого в НИИПФП им. А.Н. Севченко
БГУ. Сорбент является газонаполненным полиуретановым композитом, эффективно поглощающим поверхностные, растворенные и эмульгированные нефтепродукты. Полимерная матрица, состоящая как из гибких,
длинных, линейных сегментов полиэфира, так и сравнительно жестких ароматических групп, содержит гид-
рофобные неполярные алифатические и полярные уретановые эфирные, сложноэфирные, амидные, мочевинные и другие:
~O-C=N-R~R1N-C(O)NHR1~-R-N=C=O

где R:
,
C=O
R1: -CH(CH)3CH2-O)n-(CH2CH(CH3)O)m
HN-~ R1N-C(O)NHR1-~- R-N=C-O-~,
Фторирование полимерной матрицы композита производилось газообразной смесью фтора и гелия
при разных концентрационных, временных и температурных режимах. Методами ИК спектроскопии установлено взаимодействие фтора с полимерной матрицей с образованием -СF и -CF2 групп. Фторирование
позволило повысить скорость и поглощающую способность материала по нефти, индустриальному маслу и
другим нефтепродуктам (таблица).
Таблица – Кинетика поглощения индустриального масла
Время сорбции, мин
Исходный образец
Фторированный образец
0
0
0
5
22,1
69,7
30
31,6
70,5
60
36,4
71,0
Васильков А.Ю.1,3, Никитин Л.Н.1, Толстопятов Е.М2., Дедушенко С.К.3, Перфильев Ю.Д.3, Иоскевич
Н.Н4. Мессбауэровская спектроскопия композитов железо-политетрафторэтилен
1
Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия
2
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
3
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
4
Гродненский государственный медицинский университет, Гродно, Беларусь
Композитные материалы на основе полимера, содержащие наночастицы железа, считаются перспективными для получения биосовместимых полимерных систем. На сегодняшний день известны некоторые
подходы к созданию таких композитов, именно, термохимическое разложение карбонилов железа в расплаве полимера, электрохимическое восстановление внутри набухшей полимерной матрицы, ионная имплантация и восстановление in situ в крейзированных полимерах. Новым и перспективным путём получения композитов железо-политетрафторэтилен (Fe-ПТФЭ) является пропитка ультратонкого волокнисто-пористого
ПТФЭ органозолями железа, приготовленными металлопаровым синтезом.
Волокнисто-пористый материал (ВПМ) в виде ваты и фетра был получен абляцией массивного блока
ПТФЭ излучением СО2 лазера с интенсивностью 60...1000 Вт/см2. Фетр получен осаждением продуктов абляции на твёрдых поверхностях. Морфологию и характеристики пористой структуры варьировали изменением режимов лазерного облучения.
Дополнительно пористая структура ВПМ была развита воздействием сверхкритического диоксида
углерода (СК-СО2) (170 oC, 75 МПа, 2 часа), с последующей быстрой декомпрессией.
Органозоль железа синтезировали путём испарения металлического железа-57 и со-конденсации паров с
толуолом в охлаждаемом реакторе.
Финишной операцией была обработка образцов пористого ПТФЭ органозолями железа в атмосфере
аргона. После удаления избытка органозоля образцы осушали при 70 oC в вакууме и выдерживали в сухом
аргоне. Структура и фазовое содержание полученных композитов изучали мёссбауэровской спектроскопией,
рентгеновским анализом и сканирующей электронной микроскопией.
Получены мёссбауровские спектры железа, осаждённого в ВПМ. Установлено, что содержание железа в композите варьируется в пределах 0,2...4 % по массе. Кроме ультратонких частиц железа композиты
содержат окисленное железо, которое, вероятно, образуется в результате окисления высокоактивных частиц
железа.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследование (проекты №№ 07-03-91584, 08-03-00294, 08-03-90012 и 08-03-12152) и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Т08Р-116).
Воропаев В.В., Горбацевич Г.Н. Триботехнические фторкомпозиты для герметизирующих статических и динамических систем
ОАО «Гродненский механический завод», Гродно, Беларусь
Гродненский государственный университет им. Я. Купалы. Гродно, Беларусь
Традиционным методологическим подходом, реализуемым при разработке триботехнических фторкомпозитов, является введение в состав полимерной матрицы наполнителей и модификаторов различного
состава и дисперсности – порошков углеродсодержащих компонентов, оксидов, керамик, силикатов, фрагментов углеродных, стеклянных и др. волокон. При экспериментально наблюдаемом эффекте значительного
повышения износостойкости и деформационной жесткости композиты, содержащие твердофазные наполни-
тели и модификаторы, обладают повышенным коэффициентом трения и прочностными характеристиками,
заметно уступающими характеристикам базового политетрафторэтилена. Эффект резкого снижения показателей деформационно-прочностных характеристик наполненных фторкомпозитов обусловлен низкой активностью макромолекул политетрафторэтилена к адсорбционному взаимодействию с частицами модификатора практически любого состава.
Рассмотрены методы повышения термодинамической совместимости компонентов фторкомпозитов, основанные на механохимическом взаимодействии на стадиях подготовки компонентов (измельчение, смешивание), их прессования и монолитизации. Установлен эффект повышения деформационно-прочностных и триботехнических характеристик фторомпозитов, наполненных механоактивированными фрагментами углеродных волокон (УВ), обусловленный прививкой фрагментов продуктов механокрекинга к поверхности
наполнителя с минимальной площадью контактного взаимодействия. При аппретировании наполнителей
фторсодержащими олигомерными и полимер-олигомерными компонентами наблюдается повышение износостойкости изделий из фторкомпозитов, благодаря формированию устойчивого перенесенного слоя на контактных поверхностях элементов трибосистемы. Применение механоактивированных на различных стадиях
технологического процесса углеродных наполнителей позволяет получить высоконаполненные фторкомпозиты с содержанием УВ – 35-40 масс.% с показателями прочности при растяжении не менее 30 МПа. Разработанные составы композиционных триботехнических композитов по показателям деформационнопрочностных и триботехнических характеристик в 1,5-2 раза превосходят отечественные и зарубежные аналоги: материалы Флубон, Флувис, Ф4К20 и др.
Горбенко О.М., Игнатьева Л.Н., Машталяр Д.В., Цветников А.К., Термические свойства продуктов
сублимации нанодисперсного политетрафторэтилена.
Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия
Промышленный политетрафторэтилен (ПТФЭ) относится к термостойким полимерам. Для ряда
современных технологий представляют интерес модифицированные формы ПТФЭ, имеющие более низкие
температуры плавления, размягчения и разложения. К таким формам относится нанодисперсный политетрафторэтилен (НПТФЭ), полученный термогазодинамическим методом (торговая марка ФОРУМ ®). ФОРУМ® имеет диапазон термического разложения от 50 до 550 оС; в ПТФЭ этот диапазон – 425 570 оС. Такое отклонение связано с наличием в составе порошка фаз с различной термической стойкостью, обусловленной различной молекулярной массой макромолекул, образующих эти фазы. Эта особенность дает возможность дальнейшего модифицирования материала, разделения его на фракции, отличающиеся молекулярным весом, морфологией, строением.
В данной работе представлены результаты изучения термического поведения фракций, выделенных
сублимацией порошка ФОРУМ® при температурах 70, 180 и 300 оС. В ходе исследования выявлено:
- Низкотемпературная фракция (70 оС) возгоняется из расплава в температурном интервале 50  150
о
С, плавится при 83 оС. Энергия активации возгонки фракции - 7,15 кДж/моль. При 151 оС происходит окисление части образующихся при нагревании продуктов. Низкая температура плавления делает этот продукт
технологически перспективным для нанесения покрытий, заполнения пор, создания композитов.
- Фракция, выделенная при 180 оС, возгоняется без плавления в интервале 90  200 оС в одну стадию. Энергия активации возгонки этой фракции - 93,13 кДж/моль.
- Высокотемпературная фракция возгоняется в две стадии: 90  225 и 225  320 оС. Первая стадия сопровождается эндотермическим эффектом при 215 оС, связанным с плавлением образца, а вторая - экзотермическим эффектом, связанным с окислением части образующихся при возгонке продуктов. Энергия активации первой стадии возгонки - 27,21 кДж/моль, второй – 151,82 кДж/моль. Представлены результаты испытаний фракции в качестве «сухой» смазки и антифрикционного противоизносного компонента в смазочных
материалах, работающих при высоких температурах.
Гракович П.Н., Иванов Л., Рябченко И.Л., Смирнов А.В Опыт промышленного использования фильтров «Гриф»
Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь;
Белорусский научный и проектный институт нефти, Гомель, Беларусь;
Сумское машиностроительное НПО им. М.В.Фрунзе, Сумы, Украина
В последние годы фильтры «Гриф» нашли широкое применение для очистки различных технологических сред. Это связано со специфическим комплексом свойств основного компонента фильтра – волокнисто-пористого фторопласта «Грифтекс». Высокая пористость, развитая поверхность при характерной для
фторопласта низкой поверхностной энергии и наличие долгоживущего электретного заряда обеспечивают
фильтровальному слою высокую олеофильность и гидрофобность при минимальном сопротивлении потоку
и большой грязеемкости. Многослойная конструкция фильтра «Гриф» включает дополнительно слои из
других волокнисто-пористых материалов. При этом наружный слой выполняет функции фильтра грубой
очистки и коалесцера частиц аэрозоля, а внутренний служит для улавливания возможного вторичного аэрозоля. Особенность конструкции фильтра позволяет обеспечить многолетнюю работу фильтра в широком
диапазоне давлений в режиме самоочистки.
Фильтры «Гриф» используют для очистки сжатого воздуха от водо-маслянного аэрозоля, например
в процессах покраски, при барботировании гальванических ванн, в системах пневмоавтоматики, очистке
коллекторов генераторов на электростанциях и т.п. Наиболее широко фильтры применяются для очистки
природного газа от масла и конденсата в системах подготовки топливного газа для двигателей. В настоящее
время они установлены на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), серийно
выпускаемых на Сумском МНПО им. Фрунзе. Большими фильтрами, состоящими из 50-60 фильтроэлементов, защищены газотурбинные двигатели мощностью 16 МВт на электростанциях в Горловке и Ново-Яворе.
Начата работа по продвижению фильтров «Гриф» для систем подготовки топливного газа на газокомпрессорных насосных станциях магистральных газопроводов.
Весьма перспективным является применение фильтров «Гриф» в химической промышленности. В
настоящее время идет монтаж фильтра для очистки водород-углеводородно сжатого технологического газа
от масла и конденсата на Мозырском НПЗ. На ОАО «Гродно-Азот» испытывается система очистки горячего сжатого (до 200 атм) углекислого газа в установке синтеза карбамида. Для этой цели разработана новая
серия фильтров «Гриф-Т» с рабочей температурой до 200 оС.
Гриценко К.1, Коломзаров Ю.1, Литвин О.1, Федоряк О.1, Сваток О.2, Иванов Л.3, Beyer H.4, Ksenzou
V.4, Schrader S.4 Превращения в пленках Au+ПТФЭ при обработке лазером и отжиге
1
Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, Киев, Украина.
2
Киевский государственный университет им. Т. Шевченко, Украина.
3
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь.
4
Технический университет Вилдау, Германия.
Нанокластеры золота и серебра используются для усиления люминесценсии и рамановского рассеяния
веществ, находящихся на их поверхности на дистанции ближнего поля. В настоящее время проводятся интенсивные исследования в области интегральнооптических чипов, поверхность которых представляет собой микрообласти кластеров золота, допированных набором различных органических соединений, каждое из которых
чувствительно к определенному типу веществ. Такой чип содержит тысячи реагентов, что позволяет изготовить оптический искусственный нос.
В работе исследовали зависимость размера кластеров золота от его концентрации в матрице политетрафорэтилена методом просвечивающей электронной микроскопии. Дальнейшая модификация размера кластеров и их оптических свойств достигалась отжигом, причем оптические изменения детектировались в
процессе отжига. Установлено, что оптические изменения плазмонного пика кластеров золота имеют неоднородный характер в зависимости от температуры нагрева.
При обработке пленок излучением эксимерного лазера получены области с размером в десяток микрон, в которых размер кластеров пропорционален плотности излучения лазера, а так же зависит от концентрации золота и материала подложки.
Данченко C.Г.1, Покаташкин М.М.1, Смирнов А.В.2 Особенности разработки и производства композиционных материалов для поршневых уплотнений компрессоров
1
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси Гомель, Беларусь
2
ОАО “Сумское машиностроительное НПО им. М.В. Фрунзе”, Сумы, Украина
Ресурс работы и надежность поршневых компрессоров определяют уплотнительные элементы –
поршневые, сальниковые и опорные кольца. Материал уплотнений работает в очень жестких условиях: знакопеременная нагрузка, высокие температуры и давления, большие скорости перемещения. В настоящее время
почти все компрессора выпускаются с уплотнениями из различных композиционных материалов на основе
фторопласта. Ведется разработка новых материалов для компрессоров. Нами разработаны такие материалы,
как Флувис, Вакофлувис, Суперфлувис, которые успешно используются в качестве поршневых уплотнений
компрессоров.
При работе с потребителями выяснилось, что для надежной работы поршневого компрессора недостаточно использовать качественные современные материалы, необходим правильный расчет конструкции
узла трения, учитывающий их свойства. Для этого необходимо знать целый ряд параметров и характеристик, описывающих свойства и поведение материала в условиях близких к работающему узлу. Но, здесь
существует проблема, так как производители материалов выдают вместе с партией композита сертификат
или паспорт где указаны параметры, которые практически бесполезны для большинства потребителей, в том
числе разработчиков компрессорной техники. Это происходит по причине того, что технические условия
(ТУ) на подобного рода композиционные материалы традиционно пишутся с целью контроля качества у
производителей материалов и не отражают требования потребителей.
Однако в настоящее время ТУ на фторопластовые композиты не предусматривают определение необходимых конструктору параметров, а лишь тех которые традиционно измерялись на заводе изготовителе
(прочность на разрыв при комнатной температуре, износ массовый, плотность гидростатическим методом).
Поэтому необходимо провести анализ работы разработчиков, изготовителей и потребителей композиционных материалов и создать технические условия на материалы, которые бы учитывали и требования потребителей.
Для решения этой проблемы проанализированы характеристики и параметры композиционных материалов, определены наиболее важные из них для расчета узлов компрессорного оборудования, предложена новая схема работы предприятия изготовителя материала, его разработчика и потребителя ОАО ”Сумское машиностроительное НПО им. М.В. Фрунзе” Разработаны ТУ на композиты для уплотнительных колец
поршневых компрессоров.
Зверев Г. А., Игнатьева Л. Н., Курявый В. Г. Деструкция стальных электродов и политетрафторэтилена в плазме импульсного высоковольтного разряда.
Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия
Разработан метод деструкции политетрафторэтилена (ПТФЭ) в плазме высоковольтного разряда.
Процесс может проводиться на воздухе или в иной атмосфере, с использованием различных электродов, в
закрытых кварцевых камерах разного объема. В ходе деструкции ПТФЭ с подложки собирается порошковый материал, цвет которого изменяется в зависимости от условий проведения эксперимента: газовой среды, размера реактора, состава используемых электродов.
В настоящем сообщении представлены результаты изучения материала, полученного при деструкции
ПТФЭ и использованием стальных электродов, на воздухе или в аргоновой атмосфере, в камерах разного
объема. Исследования выполнены комплексом физико-химических методов: ЭСМ и АСМ микроскопии, ИК
и РЭС спектроскопии, рентгенофазового анализа.
Изучены формы и размеры частиц при различных условиях проведения эксперимента. Установлено,
что полученный материал в целом состоит из частиц размера 30-100 нм. Методами РФА и ИКспектроскопии выявлено, что в состав полученного материала входит ПТФЭ, по данным РЭС располагающийся преимущественно на поверхности частиц. РЭС исследование поверхности частиц полученных порошков показывает присутствие в их структуре CF, CF2, CF3 групп, алифатического углерода, фторидов и
оксидов металлов. Количественный состав компонент, входящих в состав исследуемого материала, зависит
от условий эксперимента. При проведении эксперимента в аргоновой атмосфере частица полностью заключена в оболочку из ПТФЭ. Данные РФА показывают, что фазовый состав полученных порошков соответствует FeF3 и FeF2. Выявлена зависимость соотношения количества фаз FeF 3 и FeF2, ПТФЭ и аморфного
углерода от условий эксперимента.
ИК - спектры порошков характеризуются присутствием интенсивных полос при 560 см -1, соответствующих колебаниям Fe-F и Fe-O, а так же фторидов и оксидов других металлов, обычно присутствующих
в составе стальных электродов, например хрома.
Таким образом, в результате деструкции ПТФЭ в плазме высоковольтного электрического импульсного разряда образуется композитный порошковый материал, состоящий из наночастиц.
Калинин Л.А.1, Смотрин И.С.2, Жандаров К.Н.2 Влияние эластических обтураторов из композитного
материала на показатели метаболизма экспериментальных животных с наружными кишечными
свищами
1
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь;
2
Гродненский медицинский университет, Гродно, Беларусь
Одной из наиболее сложных задач абдоминальной хирургии является лечение свищей желудочнокишечного тракта. Для консервативного лечения наружных кишечных свищей в клинической практике применяются различные обтураторы. Впервые для лечения наружных кишечных свищей предложено использовать обтураторы из композитного материала - пенополиуретана (ППУ), покрытого слоем волокнистопористого фторопласта «Грифтекс». Для изготовления основы эластических обтураторов использовался медицинский ППУ плотностью 38-40 кг/м3, пористостью 98,5%. На поверхность основы методом лазерной
абляции наносится слой волокнисто-пористого фторопласта «Грифтекс» с толщиной слоя 2 мм и пористостью около 85%. Ранее методами ИК- спектроскопии было установлено, что в процессе нанесения фторопласта деградации материала на границе раздела ППУ-фторопласт не происходит.
Целью исследования явилось изучение влияния обтураторов из композитного материала на показатели метаболизма экспериментальных животных с наружными кишечными свищами. Экспериментальные
исследования проведены на кроликах обоего пола массой 1,5-1,7 кг. Животные были разделены на 4 группы:
1-я группа - контрольная (6 животных) - эластические обтураторы не имплантировались;
2-я группа - плацебо (18 животных) – под калипсоловым наркозом, косым разрезом в правой подвздошной области послойно вскрывалась брюшная полость, на расстоянии 5-7 см от илеоцекального угла
кишка подшивалась к брюшине, рана ушивалась;
3-я группа - «свищ» (18 животных). Животным под наркозом в подвздошной области вскрывалась
брюшная полость и к париетальной брюшине подшивалась петля подвздошной кишки, просвет которой
вскрывался на протяжении 3 мм, в результате образовывался открытый свищ в полость кишечника.
4-я группа - «свищ + фторопласт» (18 животных). Выполнялась такая же операция, как и во второй, но
после формирования свища на стенку кишки помещали эластический обтуратор из пенополиуретана, покрытый слоем фторопласта.
Животные выводились из эксперимента на 3, 7 и 14 сутки после операции.
Состояние метаболизма оценивалось по следующим биохимическим показателям: общему белку крови, уровню мочевины, активности аланинаминотрансферазы (АлАТ), аспартатаминотрансферазы (АсАТ),
щелочной фосфотазы (ЩФ), гаммаглютаминтранспептидазы (ГТП).
У животных 3 группы на сутки после операции отмечено снижение уровня общего белка крови, мочевины, активности АлАТ. Такие метаболические нарушения вызваны потерей кишечного содержимого
через свищевой ход. Эта тенденция прослеживалась на 7 и 14 сутки после оперативного вмешательства.
При этом из 18 животных из-за расстройства метаболизма погибли 6 животных. В 4 группе животных также
отмечено снижение уровня общего белка крови, мочевины, активности аланиаминотрасферазы на все сроки
исследования. Однако из 18 животных в данной группе погибло лишь одно животное.
Таким образом, эластические обтураторы из композитного материала, имплантированные в область
свищевого хода, препятствует потере кишечного содержимого, что благоприятно влияет на течение метаболических процессов у экспериментальных животных.
Ковтун В.А., Рябченко Т.В. Применение методов моделирования для исследования контактных давлений в металлополимерных порошковых покрытиях.
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
Создание высоконаполненных композиционных металлополимерных порошковых материалов и покрытий на их основе методами порошковой металлургии требует огромного числа экспериментов, больших
материальных, энергетических и людских ресурсов, затрачиваемых на проведение технологических работ и
испытаний, что не всегда оправдывается экономически. Применение методов компьютерного моделирования позволяет на начальной стадии разработки композитов исключать целый ряд трудоёмких работ по изготовлению образцов и исследованию их свойств в процессе оптимизации компонентного состава и режимов
технологической обработки.
В работе на примере компьютерной модели металлополимерного порошкового покрытия медьПТФЭ с учётом изменения процентного содержания полимерного наполнителя от 10 об.% до 34 об.% решена новая контактная задача, позволяющая одновременно учитывать характер взаимодействия поверхностей
компонентов порошковой системы между собой, а также особенности взаимодействия порошковой системы
с поверхностью подложки при воздействии распределённой сжимающей нагрузки 800 Н. Установлено, что
при содержании 10 об.% частиц ПТФЭ максимальные значения контактных давлений достигают 894 МПа, а
при их содержании в количестве 34 об.% исследуемые значения не превышают 830 МПа. В области контакта частиц ПТФЭ с медными частицами наблюдаются минимальные значения контактных давлений, составляющие 99,3 МПа при содержании 10 об.% частиц ПТФЭ в композиции. Дальнейшее увеличении процентного содержания полимерного наполнителя до 34 об.% позволяет снизить значения контактных давлений до
92,2 МПа. При этом на границе взаимодействия поверхностей медь-медь наблюдается значительное повышение контактных давлений до 794 МПа при 10 об.% частиц ПТФЭ и до 737 МПа при содержании в композиции частиц ПТФЭ в количестве 34 об.%.
Показаны пути развития данного подхода к решению контактных задач, что позволит в дальнейшем
учитывать характер распределения контактных давлений в металлополимерном материале после технологической обработки с целью использования полученных значений в качестве исходных данных при решении
задач оптимизации компонентного состава композиционных высоконаполненных покрытий и моделирования процессов их трения и изнашивания при заранее заданных условиях эксплуатации
Купчинов Б. И., Родненков В. Г., Матюшенко В.Я. Исследование поверхностной энергии фторпарафиных лыжных мазей, модифицированных жидкими кристаллами.
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого, Гомель, Беларусь
Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь
Установлено, что для уменьшения трения в системе лыжа – снег необходимо применение специальных мазей, которые наносятся на скользящую поверхность лыжи и позволяют уменьшить как адгезионную,
так и деформационную составляющие коэффициента трения. С целью уменьшения адгезионной составляющей, особенно в условиях мокрого снега, применяют мази, в состав которых входят низко- и высокофторированные парафины. Возможности фторпарафинов в качестве лыжной мази практически исчерпаны и идет
интенсивный поиск различных добавок и модификаторов, позволяющих сохранить антиадгезионные свойства фторпарафинов, и уменьшить деформационную составляющую коэффициента трения за счет изменения механических свойств мази
Показано, что жидкие кристаллы (ЖК), а в их числе и холестерические, обладают уникальными трибологическими свойствами. В состав молекул последних входит алкильный радикал, имеющий такое же
строение, как и парафины лыжных мазей. Это обстоятельство должно каким-то образом влиять на структуру
и, следовательно, на свойства поверхностных слоев парафинов и фторпарафинов, модифицированных указанными жидкими кристаллами.
В связи с этим представляет интерес исследовать закономерности влияния жидкокристаллических соединений на работу адгезии воды к модифицированным ими фторпарафинам в тонких слоях и установить ее взаимосвязь с содержанием в них ЖК различного строения.
Работу адгезии воды к поверхности модифицированной мази оценивали по двум методикам: путем
измерения краевого угла смачивания исследуемой поверхности водой и с использованием современного
высокочувствительного метода микроадгезиометрии, разработанного в ИММС НАН Беларуси.
Исследования показали, что зависимости величины удельной работы адгезии модифицированных мазей от
содержания ЖК, полученные двумя независимыми методами, имеют одинаковый вид и для всех исследованных ЖК носят экстремальный характер. Однако для жидких кристаллов с коротким алкильным радикалом (13 атома углерода) на наблюдается максимум, в то время как при длине алкильного радикала 7 и более атомов углерода характерен минимум в области концентраций 1030 мас. % ЖК в мази. Анализ полученных зависимостей показал, что модифицирование фторпарафинов ЖК позволяет в ряде случаев уменьшить удельную работу адгезии модифицированных мазей на 6080% и, как показали исследования, повысить их триботехнические свойства.
Курявый В.Г., Игнатьева Л.Н., Зверев Г.А., Суховерхов С.В. Совместная деструкция политетрафторэтилена и различных электродов в плазме высоковольтного разряда
Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия;
Варьируя методы деструкции политетрафторэтилена (ПТФЭ), можно получать различные материалы,
обладающие полезными свойствами. Например, производство нанодисперсного ПТФЭ FORUM основано на
термической деструкции ПТФЭ, волокнисто-пористый материал “Грифтекс” изготовляют методом лазерной
абляции ПТФЭ, приготовление порошка “ТОМФЛОН” включает этапы радиационной и механической деструкции ПТФЭ. В данной работе сообщается об исследовании деструкции ПТФЭ в плазме импульсного
высоковольтного разряда, при использовании электродов из различных материалов, в разных газовых средах. Определено, что исходные продукты деструкции ПТФЭ и материала электродов вступают в химическое
взаимодействие. Получены и изучены газообразные и твердые вещества. Основной состав газообразных
продуктов зависит от газовой среды, в которой проводилась деструкция. По данным газовой хроматомассспектрометрии в случае аргоновой среды это тетрафторэтилен (С2F4), в случае воздуха – смесь С3F8 и С4F10.
В малых количествах в газообразных продуктах деструкции содержатся низкомолекулярный политетрафторэтилен (от С6F14 до С8F16), перфторбензол (С6F6), его производные (С7F8, С8F8, С9F8) и F4N2. Твердые
вещества были изучены набором микроскопических и спектроскопических методов. Они являются нанодисперсными порошками, состоящими из оксидов, фторидов и оксифторидов электродных металлов, а так же,
политетрафторэтилена и фторированной сажи. Соотношение синтезируемых компонент поддается регулировке в широких пределах, подбором физических условий эксперимента. Политетрафторэтилен и сажа могут быть удалены из порошков отжигом. Таким образом, совместная деструкция ПТФЭ и электродов в импульсном высоковольтном разряде является способом синтеза фторорганических соединений и получения
нанодисперсных веществ и нанокомпозитов с фторопластом.
Лиопо В.А., Авдейчик С.В., Михайлова Л.В. Низкоразмерные модификаторы функциональных композиционных материалов: методология оценки параметров, технология получения, механизм действия
Учебно-методический центр «Промагромаш» ОАО «Белкард», Гродно, Беларусь
В технологии нанокомпозиционных функциональных материалов на основе полимерных и олигомерных матриц важнейшую роль играют низкоразмерные модификаторы, определяющие механизмы формирования молекулярной, надмолекулярной и фазовой структуры. Несмотря на интенсивно развивающиеся исследования особенностей строения низкоразмерных частиц и механизма их модифицирующего действия в
высокомолекулярных системах, существуют методологические проблемы оценки наносостояния как особого состояния частицы конденсированного твердого тела. За границу, разделяющую наноразмерные частицы
от микрочастиц, принято считать величину 100 нм, однако физическое обоснование этого параметра отсутствует. В ряде исследований отмечено, что при размерах около 100 нм частицам многих материалов свойственны параметры характеристик макрообъектов.
Предложена методология оценки размерных параметров частиц конденсированных сред с использованием в
качестве критерия температуры Дебая, которая определяет условную границу применения квантовых представлений к описанию вещества. С применением различных подходов получено аналитическое выражение
для определения размера Ln частицы, при котором она проявляет наносвойства:
Ln  230
температура Дебая.
Предложенная формула позволила исследованием табулированных значений
D
D
, где
D
–
определить размер-
ный диапазон частиц наиболее распространенных материалов, применяемых в качестве модификаторов
функциональных полимерных материалов, в т.ч., конструкционных и триботехнических. Осуществлен анализ строения низкоразмерных частиц различного состава и технологии получения (ультрадисперсных продуктов эксплозивного синтеза с отрицательным балансом УДА и УДАГ, природных силикатов, продуктов
термолиза металлсодержащих соединений, продуктов термической деструкции политетрафторэтилена и
др.). Проведена оценка проявления размерного эффекта в частицах различного строения и технологии получения. Показана возможность проявления наносвойства по одному, двум или трем направлениям в зависимости от особенностей кристаллохимического строения и применяемой технологии диспергирования.
Макаренко А.В.1, Михневич А.С.2, Сосновский С.В.3 Применение герметизирующего материала на
основе поливинилиденфторида в запорной арматуре нефтепроводов
1
Мозырский государственный педагогический университет им. И. П. Шамякина, Мозырь, Беларусь
2
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
3
РУП «Гомельтранснефть «Дружба», Гомель, Беларусь
Совершенствование современного оборудования, используемого в запорной арматуре магистральных
нефтепроводов, выдвинуло задачу создания химически стойких полимерных уплотнительных материалов,
которые сохраняют высокие физико-механические, герметизирующие и триботехнические характеристики
при эксплуатации в условиях интенсивного температурно-силового воздействия. Уникальной комбинацией
химических и физических свойств обладают фторсодержащие гомополимеры и их сополимеры, из которых
наибольшей стойкостью к истирающим нагрузкам и деформации под давлением обладает поливинилиденфторид (ПВДФ). Однако его применение в качестве герметизирующего материала в значительной степени ограничивается высокой жесткостью исходного полимера.
В Институте механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси по заказу РУП
«Гомельтранснефть «Дружба» осуществлена разработка кольцевых уплотнительных элементов из смеси
ПВДФ и силиконового эластомера, предназначенных для использования в шиберных задвижках Grove G4N
класса 400 с диаметром условного прохода до 800 мм. Уплотнения получают методом экструзии длинномерного жгута диаметром 7 мм с последующим соединением его отрезков в кольца необходимого диаметра.
Сшивание полимера осуществляется в две стадии. Первая термическое воздействие и вторая радиационная
обработка поглощенной дозой 50 кГр. Условия эксплуатации: рабочая среда – сырая нефть, давление рабочей среды до 8,0 МПа, перепад на рабочем органе шиберной задвижки – от 0 до 8,0 МПа, герметичность
затвора не ниже класса «А», количество циклов срабатывания открытие-закрытие не менее 1000. В 2008 г.
на стенде участка ремонта крупногабаритной запорной арматуры при ЦБПО РУП «Гомельтранснефть
«Дружба» проведены испытания уплотнительного элемента, смонтированного на задвижке GROVE G4N
Ду-400. По результатам испытаний сделан вывод, что конструкция и материал уплотнительного элемента
отвечают конструктивным особенностям шиберных задвижек фирмы GROVE и условиям их эксплуатации.
Начато внедрение разработанных фторсиликоновых уплотнений при осуществлении профилактического
ремонта запорной арматуры магистрального нефтепровода «Дружба».
Никитин Л.Н1., Васильков А.Ю1,2., Вопилов Ю.Е.2, Хохлов А.Р1,2., Бузник В.М3. Исследование воздействия сверхкритического диоксида углерода на порошковые полимеры и создание металлополимерных композитов
2
Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова, РАН, Москва, Россия,
2
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия;
3
Институт металлургии и материаловедения им. А.А Байкова, РАН, Москва, Россия
В работе изучено воздействие сверхкритического диоксида углерода (СК-СО2) на различные порошковые полимеры (сверхвысокомолекулярный полиэтилен, СВМПЭ; ультрадисперсный политетрафторэтилен, УПТФЭ; поливинилпирролидон, ПВП; хитозан, ХН) с целью проведения их предварительного модифицирования (повышение пористости) для дальнейшего создания металлсодержащих нанокомпозиов с помощью металлопарового синтеза (МПС). В случае СВМПЭ и ХН модифицирование СК-СО2 приводило к возрастанию пористости порошков по механизму «вспучивания» после экспозиции и быстрого, «импульсного»
сброса давления (метод импульсного модифицирования, МИМ). Для УПТФЭ и ПВП пористость увеличивалась как за счет механизма по МИМ, так и из-за выноса низкомолекулярных фракций этих полимеров после
растворения в СК-СО2 (метод сепарационного модифицирования, МСМ). Показано, что как МИМ, так и его
сочетание с МСМ, приводят к эффективному изменению пористости порошковых полимеров. После повышения пористости полимеров, они становятся более приемлемыми для эффективного синтеза внутри пор
наночастиц различных металлов (Ag, Au, Fe, Co, Cu и др.) с помощью МПС.
Полученные экспериментальные данные и их интерпретация полезны для оптимизации технологических процессов при формировании нанокомпозиционных материалов с помощью СК-СО2, а также сепарации фракций полимеров с определенным составом по ММ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского ФФИ (проекты 07-03-91584, 08-0300294, 08-03-12152 и 08-03-90012), РАН (грант в рамках программы ОХНМ РАН «Создание новых металлических, керамических, стекло, полимерных и композиционных материалов») и Президиума РАН (программа
П27 «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов»).
Овчинников Е.В., Антонов А.С., Кравченко В.И. Механизмы противоизносного действия фторсодержащих полимер-олигомерных компонентов
Учебно-методический центр «Промагромаш» ОАО «Белкард», Гродно, Беларусь;
Гродненский государственный аграрный университет, Гродно, Беларусь
Полимер-олигомерные компоненты, полученные по различным технологиям, представляют распространенный вид триботехнических модификаторов.
Методами ДТА, ИК-, ЭПР-, ТСТ-спектроскопии и АСМ-микроскопии исследованы триботехнические характеристики продуктов термогазодинамического синтеза (ТГД-синтеза) политетрафторэтилена
(ПТФЭ). Установлено, что при ротапринтном нанесении на поверхности трения металлических и неметаллических подложек (сталь 45, силикатное натриевое стекло, полиамид 11) формируется композиционная
пленка с высоким уровнем адгезионного взаимодействия. Олигомерная составляющая продуктов ТГДсинтеза, являющаяся набором фракций продуктов с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч атомных единиц, благодаря способности к передеформированию, образует матрицу композиционного покрытия, в которой расположены низкоразмерные частицы полимерной фракции. Подобие молекулярного строения олигомерных и полимерных фракций обуславливает их термодинамическую совместимость и образование системы, устойчивой к процессам многократного передеформирования и термического
воздействия без структурирования. Благодаря этому показатели триботехнических характеристик стабильны
в течение длительного времени эксплуатации трибосистемы.
Предложены механизмы формирования продуктов ТГД-синтеза ПТФЭ и ротапринтных пленок на
поверхностях трения металлических и полимерных компонентов трибосистемы, основанные на реализации
процессов термического разрушения термодинамически неравновесных участков полуфабриката, сублимации, конденсации и переноса полимерных и олигомерных компонентов. Разработаны составы композиционных покрытий на основе полимер-олигомерных продуктов ТГД-синтеза, модифицированные низкоразмерными частицами с нескомпенсированным зарядом, которые выполняют функцию армирующего компонента
вследствие ориентационного воздействия на макромолекулы матрицы.
Разработаны методы модифицирования компонентов триботехнических материалов на основе
ПТФЭ с показателями служебных характеристик, превосходящих показатели распространенных аналогов
Флубон, Флувис, Ф4К20.
Овчинников Е.В., Цветников А.К., Воропаев В.В., Рыскулов А.А. Структура и триботехнические характеристики фторсодержащих ингибиторов изнашивания
Учебно-методический центр «Промагромаш» ОАО «Белкард», Гродно, Беларусь
Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия;
Гродненский государственный аграрный университет, Гродно, Беларусь
Тонкие пленки из фторсодержащих компонентов, сформированные по различным технологиям (растворным, ротапринтным, плазмохимическим), являются эффективными ингибиторами изнашивания трибосистем различного состава, эксплуатируемых без подвода внешней смазки и при смазывании нефтяными и
синтетическими маслами.
Исследованы особенности структуры и триботехнических характеристик тонкопленочных покрытий,
нанесенных на подложки из стали 45 и полиамида ПА-6 из растворов фторсодержащих олигомеров «Фолеокс» и ротапринтным методом из продуктов термогазодинамического синтеза (ТГД-синтеза) политетрафторэтилена «Форум».
Установлено, что олигомерные пленки «Фолеокс» образуют на металлических подложках упорядоченный слой хемосорбированных макромолекул. При энергетическом (тепловом, лазерном, рентгеновском)
воздействии в объеме пленки формируются армирующие нанофазы из макромолекул с высокой степенью
упорядочения. Содержание квазикристаллических областей в тонкопленочном покрытии определяется интенсивностью энергетического воздействия, строением макромолекул олигомера и зарядовым состоянием
поверхностного слоя подложки. При ротапринтном нанесении тонких пленок из продуктов ТГД-синтеза
«Форум» формируется нанофазная структура, состоящая из олигомерной матрицы и наноразмерных частиц
политетрафторэтилена.
Методами ИК-спектроскопии, ДТА и ТСТ-спектроскопии установлено, что продукты ТГД-синтеза
представляют полимер-олигомерную смесь, соотношение фракций в которой зависит от условий проведения
ТГД-синтеза. При введении продуктов ТГД-синтеза в полярную олигомерную матрицу «Фолеокс» или
«Эпилам» возможна реализация эффекта многоуровневого модифицирования. Благодаря близости молекулярного строения компонентов ТГД-синтеза и матричных олигомеров формируется нанокомпозиционная
структура с особым сочетанием параметров служебных характеристик. Олигомерные полярные макромолекулы способствуют образованию граничного слоя с высокой адгезионной прочностью. Одновременно часть
полярных молекул диффундирует в поверхностный слой полимерных частиц, способствуя увеличению
прочности граничного слоя между олигомерной и полимерной фракциями.
Охлопкова А.А., Петрова П.Н., Гоголева О.В. Исследование влияния бинарного наполнения на механизмы трения и изнашивания полимерных композитов на основе политетрафторэтилена
Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия
Изучение закономерностей влияния наполнителей на процессы формирования композитов, их физико-механические и триботехнические характеристики позволит управлять служебными свойствами материалов, что является одной из важных проблем современного материаловедения.
В данной работе приведены результаты исследований влияния сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (Ф-4МБ), ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ), нанодисперсных порошков
шпинели магния (НН) на свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ).
На основании термодинамических исследований установлено, что Ф-4МБ и УПТФЭ усиливают межфазное взаимодействие между компонентами композита, тем самым инициирует процессы кристаллизации
ПТФЭ в присутствии структурно-активных наночастиц наполнителя. Это сопровождается повышением деформационно-прочностных и триботехнических характеристик ПКМ.
Для подтверждения изменения механизма кристаллизации смесей фторопластов, обусловленного
участием частиц НН в структурообразовании связующего, проведены исследования топографии и изображений фазового контраста поверхностей, образцов методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Показано,
что микрогеометрическая развитость поверхности ПКМ возрастает с увеличением содержания НН. Уровень
максимального изменения значения фазы колебаний характеризует максимальное изменения в структуре,
увеличение плотности упаковки структурных элементов, что приводит к изменению свойств материала. Исходя из структурных исследований топографии поверхности ПКМ, можно заключить, что частицы НН способствуют возрастанию кинетики кристаллизации ПТФЭ.
Одним из факторов, определяющих механизмы трения и изнашивания полимерных систем, является
структура поверхностных слоев контактирующих тел, формирующаяся в процессе эксплуатации. На поверхности трения зарегистрирована повышенная концентрация частиц наполнителей и ориентация поверхностных слоев по направлению скольжения, что приводит к существенному повышению износостойкости и
снижению коэффициента трения ПКМ.
Установлены факторы, определяющие механизмы трения и изнашивания смесей фторопластов, модифицированных нанонаполнителями: 1) частицы НН участвуют в формировании износостойкого поверхностного слоя ПКМ; 2) частицы НН повышают адгезионное взаимодействие в межфазных границах системы
и участвуют в формировании межфазных слоев; 3) частицы НН усиливают адгезионное взаимодействие
пленки переноса к контртелу.
Охлопкова А.А., Стручкова Т.С. Нанокомпозиты на основе политетрафторэтилена, модифицированного бинарным наполнителем
Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия
Использование наномодификаторов при создании полимерных композиционных материалов (ПКМ)
является эффективным способом получения композитов с неординарными свойствами.
Механические характеристики ПКМ определяли по стандартным методикам (ГОСТ 11262-80) на универсальной испытательной машине UTS-2. Триботехнические характеристики (коэффициент трения, скорость изнашивания) определяли на машине трения СМЦ-2 по ГОСТ 11629-75. Надмолекулярную структуру
ПКМ исследовали методом растровой электронной микроскопии на микроскопе JSM-6480 LV «JEOL».
Введение в композит на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и кокса, предварительно активированного в планетарной мельнице наномодификатора - шпинели магния приводит к уменьшению износа в 3-4 и
коэффициента трения в 2-3 раза по сравнению с промышленно выпускаемым аналогом марки Ф4К20. Оптимальная концентрация наношпинели магния в ПКМ – 0,5-2 мас. %. Увеличение содержания наночастиц в
ПКМ сопровождается снижением износостойкости материала, что может быть связано с агломерированием
частиц шпинели в композите.
Введение в ПТФЭ кокса и наношпинели магния приводит к изменению надмолекулярной структуры
связующего. Основными элементами структуры композитов становятся разнообразные по форме и размерам
надмолекулярные образования, которые в ненаполненном состоянии не наблюдаются. Частицы наполнителя
агломерированы, распределены в матрице неравномерно и концентрируются, в основном, в неупорядоченных областях полимера. В высоконаполненных композитах отмечается появление рыхлоупакованных агрегатов с образованием пустот, что ведет к низкой степени кристалличности. При этом исследованные ПКМ
на основе ПТФЭ, кокса и шпинели магния характеризуются высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения.
Показано, что при трении происходит миграция частиц наполнителей в подповерхностный и поверхностный слои материала. Концентрация частиц наполнителя более высокая в поверхностном слое, кроме
того, частицы кокса и наношпинели магния с материалом ПТФЭ образуют определенные структурные образования, ориентированные по направлению скольжения. Сформированные под действием сил трения
структурные образования, состоящие из ПТФЭ и наполнителей, локализуют сдвиговые деформации и
предохраняют материал от изнашивания.
Парникова А.Г., Петрова П.Н., Охлопкова А.А. Получение и свойства нанокомпозитных материалов
на основе фторполимеров
Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия
Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова, Россия
Рост требований, предъявляемых к полимерным композиционным материалам, стимулирует поиск
новых наполнителей, способных на молекулярном уровне воспринимать внешние нагрузки и адаптивно на
них реагировать. Цель данной работы - исследование влияние наноразмерного оксида алюминия на свойства
нанокомпозитов на основе фторполимеров.
В качестве полимерной матрицы был использован политетрафторэтилен (ПТФЭ), в качестве наполнителя - нанопорошок Al2O3: - и -фаза (размер кристаллитов 9–11 нм), полученный термическим
окислением солесодержащих продуктов при 800-1200 оС.
В работе исследованы различные технологии получения нанокомпозитов: простое смешение полимера с наполнителем, механоактивация наполнителя и совместная активация компонентов композита, позволившая добиться равномерного распределения частиц модификатора в полимерной матрице. Исследованы физико-механические, триботехнические, термодинамические и структурные свойства нанокомпозитов.
Показано, что модификация ПТФЭ этим наполнителем приводит к существенному улучшению
свойств нанокомпозита: прочность увеличивается на 10-35%, относительное удлинение в 1,5 раза, износостойкость увеличивается в 200 раз по сравнению с исходным ПТФЭ. Зарегистрировано необычное поведение свойств исследуемого ПКМ: уменьшение коэффициента трения с увеличением концентрации наномодификатора. Это свидетельствует о пластифицирующем действии наномодификатора при трении и изнашивании композита. Исследование распределения элементов в объеме наноматериалов показало равномерность их распределения в объеме полимерной матрицы. Исследования надмолекулярной структуры показали, что с увеличением содержания наномодификатора в полимерной матрице уменьшаются размеры сферолитов, а при механоактивации образуется более упорядоченная мелкая сетчатая структура.
Таким образом, показана перспективность модифицирования ПТФЭ наноразмерным оксидом алюминия с целью получения материала с улучшенными деформационно-прочностными и триботехническими
характеристиками.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №.06-08-00931а)
Авторы выражают благодарность Институту общей и неорганической химии НАН Беларуси за предоставленные нанонаполнители
Рогачев А.А.1, Ярмоленко М.А.2, Рогачев А.В.2, Тамулявичус С.3, Просичевас И.И.3 Молекулярная архитектура наноразмерных слоев политетрафторэтилена, формируемых из активной газовой фазы
1
Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь
2
Гомельский государственный университет имени Ф. Скорины, Гомель, Беларусь
3
Каунасский технологический университет, Каунас, Литва
Исследования физико-химических процессов, протекающих при формировании тонких полимерных
слоев из газовой фазы, их молекулярной структуры и свойств относятся к одному из наиболее активно и
эффективно развивающихся в последние годы направлений физики тонких пленок. Основной целью данной
работы является изучение морфологии, молекулярной архитектуры наноразмерных слоев политетрафторэтилена (ПТФЭ), осажденных из активной газовой фазы, генерируемой электронно-лучевым диспергированием исходного полимера в вакууме.
Объектами исследования являлись покрытия ПТФЭ толщиной 2 – 500 нм. Морфологию поверхности
полимерных пленок исследовали методом атомно-силовой микроскопии. Изучение молекулярной архитектуры полимерных покрытий осуществлялось методом поляризационной ИК Фурье-спектроскопии с помощью приставки МНПВО. Химическая структура нанесенных полимерных слоев была исследована методом
фотоэлектронной рентгеновской спектроскопии.
Установлено, что молекулярная ориентация и упорядоченность формируемых слоев немонотонно меняется в процессе роста покрытия. Максимальная упорядоченность наблюдается в межфазном слое, расположенном на расстоянии до 100 нм от подложки. Рассмотрены технологические приемы управления процессами зарождения полимерной фазы, которые влияют на морфологию, молекулярную структуру и смачиваемость наноразмерного покрытия ПТФЭ. Исследованные молекулярные особенности осаждаемых слоев
проанализированы в рамках развиваемом авторами полимеризационно-диффузионном механизме роста покрытий из активной газовой фазы.
Саркисов О.А. Адгезионные свойства полимерной пленки ПМФ-351, обработанной в барьерном разряде
Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь
Исследовали адгезионную прочность сварного соединения ПИ–ФТ от дозы обработки изоляционной полиимидно-фторопластовой ламинированной пленки ПМФ-351, обработанной в плазме барьерного
разряда.
Обработка пленки производилась в плазме барьерного разряда при атмосферном давлении на установке мощностью 300 Вт. Об адгезионных свойствах пленок судили по величине адгезионной прочности
сварного соединения ПИ–ФТ, которую измеряли методом нормального отрыва на разрывной машине РМП2. Сварное соединение получали путем выдержки пленок в течение 45 секунд между плитами пресса при
температуре 350 оС и удельном давлении 0,24 Н/см2.
Установлено, что зависимость адгезионной прочности сварного соединения ПИ–ФТ от дозы обработки
пленки ПИ в плазме барьерного разряда неоднозначна, она описывается кривой с максимумом (380 г/см),
имеющим место при дозе обработки 0,028 МДж/м2. При последующем увеличении дозы обработки значение
адгезионной прочности снижается (230 г/см) и стабилизируется.
Присутствие максимума адгезионной прочности объясняется комплексным воздействием заряженных
частиц, ультрафиолетового излучения на поверхность полимера, в результате которого происходит удаление
остатков растворителя, низкомолекулярных фракций, продуктов деструкции, образующих неустойчивые
адгезионные связи. На поверхности ПИ происходит накопление активных кислородсодержащих групп, образующихся в результате присутствия молекул озона, генерируемых разрядом в воздухе. Также на поверхности присутствуют ненасыщенные соединения (NO2, NO3), возникающие в результате разрушения имидных циклов. Снижение адгезионной прочности происходит в результате снижения когезионной прочности
приповерхностных слоев фторопласта при повышении дозы обработки.
Селькин В.П., Копылов С.В. Радиационная деструкция политетрафторэтилена в макрогетерогенной
металлополимерной системе
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси Гомель, Беларусь
3
Московский государственный открытый университет, Москва, Россия
Рассмотрены особенности воздействия ионизирующего излучения на макрогетерогенную систему
политетрафторэтилен-металл, в частности, на радиационно-химическую деструкцию контактирующего с
металлом слоя полимера. О деструкции Ф-4 после воздействия гамма излучения судили по изменению
прочности и эластичности тонких пленок Ф-4, находившихся при облучении в плотно сложенном металлополимерном пакете на различном расстоянии (0-800 мкм) от поверхности металла (медь, алюминий, свинец).
Экспериментально установлено, что после воздействия дозой гамма-излучения 5-10 кГр степень радиационной деструкции контактирующего с медью или свинцом слоя Ф-4 толщиной несколько десятков
мкм превышает значения соответствующие более удаленным от подложки слоям. В то же время различия в
степени изменения физико-механических характеристик слоев Ф-4 в пакете политетрафторэтиленалюминий находятся в пределах ошибки эксперимента.
Обнаруженные особенности протекания радиационно-химических процессов в гетерогенной системе политетрафторэтилен-металл вблизи границы раздела фаз можно объяснить следующим образом. Из
многих видов взаимодействия с веществом гамма-квантов значимые радиационно-химические превращения
в полимерах вызывают комптоновское рассеяние и фотоэлектрический эффект, которые обусловливают образование вторичных электронов различных энергий. При этом в однородном материале устанавливается
электронное равновесие. Однако в рассматриваемой системе вблизи границы раздела фаз электронное равновесие нарушается, так как массовые коэффициенты поглощения энергии фотонного излучения полимером
и металлом значительно отличаются. Поскольку пробег вторичных электронов в конденсированных фазах
невелик, основное количество дополнительной кинетической энергии, поступающей в полимерный материал с электронами, покидающими объем металла, должно поглощаться вблизи границы раздела. Соответственно в таком деструктирующем под воздействием ионизирующего излучения полимере как Ф-4 на границе с металлом, имеющим значительно более высокую по сравнению с ним плотность, должно происходить увеличение частоты разрыва главных цепей макромолекул.
Полученные результаты показывают, что при эксплуатации макрогетерогенных металлополимерных систем в зоне воздействия ионизирующих излучений необходимо учитывать влияние возможного
нарушения электронного равновесия на границе раздела фаз на степень локального изменения физикомеханических характеристик полимерного материала.
Сенатрев А.Н., Ахметов Т.А, Сергиенко В.П., Биран В.В. Роль ультрадисперсных наполнителей в
процессе структурообразования композитов на основе ПТФЭ
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
Важной характеристикой ультрадисперсных частиц различного химического состава и технологического
происхождения является их высокая физическая и химическая активность в процессе структурообразования при
взаимодействии с дисперсионной средой. Как правило, эффективность применения ультра- и наноразмерных порошков в качестве наполнителей полимерной, в том числе фторполимерной, матрицы обусловлена энергетическими параметрами поверхности частиц наполнителей. Это обстоятельство предоставляет широкие возможности для
реализации разнообразных физико-химических процессов на межфазных границах наполнителей и матричного
полимера. Известно, что ультрадисперсные наполнители, в частности нитриды и оксиды переходных металлов, оказывают существенное влияние на образование сферолитной структуры в объеме композита. При этом отмечается
значительное повышение износостойкости, при одновременном снижении прочности композитов независимо от
химической природы частиц наполнителя.
В настоящей работе исследована возможность повышения износостойкости фторполимерных композитов
без снижения механической прочности материала. Для реализации поставленной задачи в композит вводили объемно-армирующие олигоимидные компоненты и модифицированные структурно-активные ультрадисперсные
наполнители (измельченный кокс марки КЛ, размер частиц 35-40 мкм; измельченное и фракционированное базальтовое волокно, размер частиц 5х50 мкм; алмазная шихта Б-2-94, дисперсность 610 нм, удельная площадь поверхности 360400 м2/г). Показано, что при значительном увеличении износостойкости композита в сравнении с исходным ПТФЭ (в 700-900 раз), его прочность не изменяется и, например, при растяжении сохраняется на уровне 22-24
МПа.
Установлено, что у всех модельных многофазных систем с содержанием олигоимида до 5 масс. % величина
относительной деформации (отн) при одноосном сжатии (давление – 10 МПа, время нагружения – 24 часа) составляет не более 1,5-1,7%, в то время как у исходного ПТФЭ отн – 5,6-8,0 %. Для композитов характерно также увеличение теплостойкости в среднем на 75-80 оС и твердости по Бринеллю на 10-12%. В соответствии с предложенным
механизмом структурообразования высказана гипотеза, что увеличение сопротивления изнашиванию и термомеханических характеристик наполненных ПТФЭ вызвано дополнительным структурирующим влиянием олигоимидного компонента и его способностью к улучшению термодинамической совместимости дисперсных частиц и матричного полимера. Предложенные подходы к повышению износостойкости наполненных фторполимерных композитов позволяют существенно расширить область их применения, в первую очередь, в условиях трения без смазочного материала при воздействии динамических нагрузок и повышенных температур
Слепцова С.А., Афанасьева Е.С., Григорьева В.П. Нанокомпозиты на основе ПТФЭ и природных слоистых силикатов
Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова, Россия
В работе представлены результаты исследований влияния слоистых силикатов на физикомеханические, триботехнические и структурные характеристики ПТФЭ. В качестве наполнителей использованы серпентин (разновидность хризотил) и вермикулит, в количестве 2-10 мас.%.
Физико-механические характеристики материалов определяли по ГОСТ 11262-80 на универсальном
оборудовании UTS-2, триботехнические характеристики по ГОСТ 11629-75 на серийной машине трения
СМЦ-2. Механическое активирование наполнителей проводили в планетарных мельницах АГО-2 и «Пульверизетте-5». Оценка дисперсности наполнителей до и после активации проведена с использованием оптического микроскопа Olympus BH2, структурные исследования проведены методами АСМ на СЗМ NTEGRA
Prima, идентификацию состава поверхности трения композитов производили на ИК-Фурье-спектрометре
Varian.
Слоистые силикаты, представляют собой, как правило, слои толщиной около 1 нм, образующие скопления с межплоскостными расстояниями от 1 до 1,5 нм. Прочность сцепления слоев зависит от природы
замещающих катионов, компенсирующих поверхностные заряды слоев. Подбором оптимального режима
механоактивации можно увеличить межслойное расстояние. В этом случае возможна интеркаляция полимерных цепей в процессе спекания между слоями наполнителей.
Результаты исследований показывают перспективность использования слоистых силикатов в качестве
модификаторов ПТФЭ для разработки триботехнических материалов. Во всех композициях зафиксировано
снижение коэффициента трения. Значительное повышение износостойкости ПТФЭ показано при его модификации серпентином. Физико-механические свойства композитов, включающих серпентин, остаются на
уровне показателей исходного полимера, тогда как у композита с вермикулитом эти значения понижены.
Возможно, это связано с различной структурой силикатов. В отличие от вермикулита, имеющего крупнопластинчатую чешуйчатую структуру, структура серпентина представляет собой смесь пластинчатой и волокнистой составляющих, что может способствовать дополнительному армированию материала. Показано,
что в процессе трения в результате трибохимических реакций активные частицы наполнителя локализуются
на поверхности трения и образуют высокоориентированный слой. Данный слой выполняет роль защитного
экрана, предохраняющего материал от изнашивания. Результаты структурных исследований, подтверждаемые ИК-спектрами, показывают, что на поверхности трения композитов, содержащих серпентин, концентрация наполнителя выше, чем у композитов, содержащих вермикулит.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09-03-98504-р_восток_а)
Струк В.А., Горбацевич Г.Н. Методологические основы технологии функциональных фторкомпозитов
Учебно-методический центр «Промагромаш» ОАО «Белкард», Гродно, Беларусь
Гродненский механический завод, Гродно, Беларусь
По признаку структуры фторсодержащей матрицы разработана классификация ингибиторов изнашивания трибосистем, содержащих детали трения в виде конструкционных изделий, покрытий, смазочных
пленок на основе низкомолекулярных, олигомерных, полимер-олигомерных и полимерных соединений.
Показана роль функционального модификатора, введенного во фторсодержащие связующие, в механизмах формирования надмолекулярной и фазовой структуры триботехнических конструкционных изделий
или покрытий. Малоактивные модификаторы (углеродные, арамидные, стеклянные, базальтовые волокна,
порошки оксидов, технического углерода, графита, слоистых силикатов) механически препятствуют деформированию матрицы. Влияние химического состава и морфологии поверхности частиц проявляется через
надмолекулярные структуры в матрице, которые изменяют кинетику деформационных процессов в зоне
фрикционного контакта. При активировании дисперсных частиц механическим, лазерным, температурным,
ионизирующим воздействием наблюдается эффект упорядочения кристаллической фазы и аморфной составляющей матрицы. Эффективным технологическим приемом, обеспечивающим комплексное модифицирующее действие и формирование граничных слоев с повышенной прочностью, является фторирование поверхностного слоя частиц наполнителя с помощью низкомолекулярных, олигомерных, полимеролигомерных и полимерных модификаторов. Разработаны методы прививки к частицам фторсодержащих
фрагментов путем механохимических воздействий, обработки в активных газообразных продуктах термодеструкции фторполимеров, ротапринтного и растворного нанесения модификаторов. Триботехнические композиты, содержащие модифицированные фторкомпонентами наполнители, обладают комплексом повышенных служебных характеристик.
Стручкова Т.С. Триботехнические материалы на основе политетрафторэтилена, модифицированного
углеродными волокнами и наношпинелями магния
Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия
В работе приведены результаты по разработке новых антифрикционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), наполненного углеродными волокнами (УВ) и наношпинелью магния (НШ). Исследованы структурные изменения, протекающие при введении углеродных волокон и наношпинели магния
в полимерную матрицу. Выявлена взаимосвязь структуры со свойствами материалов. Исследованы процессы изнашивания.
Триботехнические характеристики (коэффициент трения, скорость изнашивания) определяли на машине трения СМЦ-2 по ГОСТ 11629-75. Надмолекулярную структуру полимерных композиционных материалов (ПКМ) исследовали методом растровой электронной микроскопии на микроскопе JSM-6480 LV
«JEOL».
С целью улучшения триботехнических показателей ПКМ для модификации ПТФЭ использовали бинарный наполнитель, состоящий из УВ и НШ. Концентрация наномодификатора в ПКМ соответствовала 1
мас.%, концентрация УВ варьировалась от 5 до 20 мас.%.
Наполнение ПТФЭ (5-15 мас.% УВ) приводит к улучшению износостойкости композитов в 2-30 раз
по сравнению с промышленно выпускаемыми аналогами. Во всем концентрационном интервале приработка
материалов заканчивается через 1-2 часа. Это связано с тем, что при трении исследуемых материалов образуется стабильная пленка переноса на поверхности контртела, и в дальнейшем образец из ПКМ трется по
аналогичному материалу.
Структурными исследованиями ПКМ показано, что УВ в ПТФЭ распределены хаотично, структурными элементами матрицы являются крупные несовершенные сферолиты. Причиной их формирования может быть присутствие в системе структурно-активных наночастиц шпинели магния, являющихся центрами
кристаллизации структурных образований и изменивших процессы структурообразования.
Таким образом, показана перспективность введения в ПТФЭ бинарного наполнителя, содержащего
УВ и НШ. Разработанные антифрикционные материалы, характеризуемые улучшенными служебными
свойствами, могут быть использованы для эксплуатации в экстремальных условиях.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09-03-98504-р_восток_а)
Тюкин А.В., Разборов А.Б., Байбарацкий А.А Трибоэлектрические процессы в металлополимерных
трибосистемах с полимерными композиционными материалами на основе ПТФЭ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Омск, Россия
Специфика эксплуатации узлов трения, изготовленных с применением полимерных материалов,
заключается в том, что их работа в составе машин сопровождается процессами трибоэлектризации.
Трибоэлектричество может оказывать значительное влияние на работоспособность пары трения, приводя к
изменению триботехнических свойств материалов, эффективности машин и срока их эксплуатации.
Цель работы – исследование влияния электрических процессов на триботехнические свойства
полимерных композиционных материалов (ПКМ), влияния режимов трения и концентрации наполнителя на
трибо-ЭДС.
Для проведения исследований собрана специальная установка на базе настольного сверлильного
станка. В рабочем узле стенда реализуется торцовая схема трения «палец-диск». Образцом является палец,
выполненный из ПКМ на основе ПТФЭ, где в качестве наполнителя использовался ультрадисперсионный
скрытокристаллический графит (СКГ), марки ГЛС-3 (ГОСТ 5420-74) с удельной поверхностью частиц 55 70 м2/г.
Результаты исследований показали, что тип схемы включения металлополимерного узла трения в
электрическую цепь влияет на его износостойкость. При этом увеличение контактного давления и температуры вызывает уменьшение трибо-ЭДС. Изменение концентрации наполнителя позволяет проследить её
влияние на трибо-ЭДС вследствие увеличения проводимости ПКМ. На основе полученных закономерностей трибоэлектризации предлагается описание механизма процессов образования электрического заряда,
массопереноса и формирования пленки фрикционного переноса в металлополимерных трибосистемах.
Цветников А.К. Антифрикционная противоизносная добавка к маслам и смазкам ФОРУМ®
Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия
Впервые ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ) был получен в Институте химии ДВО
РАН в 1980-х годах оригинальным термогазодинамическим методом, основанном на сочетании термоградиентного и термоударного методов синтеза. Развитие метода привело к созданию установки для получения
УПТФЭ и ее модификации для проведения термодеструкции ПТФЭ в «кипящем слое». С целью придания
новых свойств порошку УПТФЭ, зарегистрированному под товарным знаком ФОРУМ® и расширения областей применения, термодеструкцию ПТФЭ проводили в восстановительных и окислительных средах. Установлено, что в восстановительной среде получается порошок с повышенной лиофильностью к апротонным
растворителям, а в окислительной – с повышенной адгезией к металлическим поверхностям по сравнению с
обычным порошком ФОРУМ®. Исследование влияния масляных композиций ФОРУМ® на работу двигателей внутреннего сгорания и различных механизмов выявило снижение виброактивности, снижение износа
трущихся деталей, увеличение срока службы масла.
Антифрикционная противоизносная добавка Форум  прошла весь комплекс испытаний в ряде научных и промышленных организаций России и за рубежом (АЗЛК, 25-й Институт МО РФ, 21-й НИИИ МО
РФ, КАМАЗ, ВНИИТрансмаш, ВНИПТИ АЭК "Динамо", Аэрокосмический Университет (Самара), Политехнический Университет (Харбин, КНР), компания JSN, испытательный центр Nissan (Япония), Du Pont
(США)) и допущена Государственной межведомственной комиссией к применению в автотранспорте. Испытания подтвердили, что добавка Форум содержит частицы ПТФЭ субмикронного размера, существенно
снижает износ двигателя и трансмиссии, уменьшает угар и нагарообразование, снижает износ масла, экономит топливо и повышает мощность двигателя.
Совместным решением ГАБТУ МО РФ, ЦУРТГ МО РФ и НТЦ ОАО «КАМАЗ» антифрикционная
противоизносная добавка к маслам Форум допущена к применению в двигателях и агрегатах трансмиссии
АБШ «КАМАЗ», поставляемых для федеральных (государственных) нужд.
В докладе представлены и проанализированы результаты многочисленных испытаний ПТФЭ ФОРУМ  в составе смазочных композиций в России и за рубежом.
Цветников А.К., Матвеенко Л.А., Николенко Ю.М., Курявый В.Г. Нанопленки политетрафторэтилена ФОРУМ®. Получение, свойства, применение
Институт химии ДВО РАН, Владивосток, Россия
В Институте химии ДВО РАН в 1994 году налажено опытное производство порошка нано- и микродисперсного политетрафторэтилена марки Форум®. Особенностью строения субмикронных частиц ПТФЭ
марки ФОРУМ® является сферическая форма и наличие множества нанопленок толщиной 2-5 нанометров,
сформированных подобно капустному вилку. Каждая частица имеет внутреннюю полость, открытую с одной стороны, что позволяет использовать порошок ФОРУМ ® в качестве микроконтейнера для различных
веществ, включая лекарственные препараты. Наличие нанопленок в составе частицы придает ей особые
свойства, принципиально отличающие ФОРУМ® от других видов ПТФЭ. Незначительное давление приводит к распаду частицы на нанопленки, которые, в свою очередь, легко распределяются при натирании по
поверхности слоем толщиной в несколько нанометров и прочно на ней удерживаются.
Нанопленки легко наносятся и на поверхность полимеров, например, поликарбоната, что делает его
более устойчивым к атмосферному воздействию и ультрафиолетовому излучению. Но наибольший интерес
вызывает поведение нанопленок ФОРУМ® в условиях эксплуатации различных механизмов и другой техники. Проведенные исследования показали, что добавка порошка ФОРУМ ® в масло для двигателей внутреннего сгорания приводит к образованию на трущихся поверхностях однородной пленки полностью закрывающей дефекты поверхности (микро-и нанотрещины).
Для выяснения срока службы пленки и эффективности сцепления с поверхностью металла, были
получены рентгеноэлектронные спектры (РЭС) поверхности шатунного вкладыша с двигателя автопогрузчика Hino Мод. H 07D. Двигатель лишь однажды был обработан добавкой ФОРУМ® и после этого проработал 1000 часов. При этом масло менялось регулярно, но уже без добавки ФОРУМ. Энергия связи F1s совпадает с энергией связи F в ПТФЭ (689.8±0.1 эВ)
Для проверки стойкости пленки ФОРУМ® в экстремальных условиях, оружейный ствол калибра
14,5-мм обрабатывались порошком ФОРУМ методом натирания, затем были проведены 104 выстрела. После этого ствол был распилен на части, и каждая часть исследовалась методом РЭС. В спектрах поверхностей всех образцов обнаружен сигнал F1s с ЕСВ 689.6±0.3 эВ.
В заключение следует отметить, что работа, связанная с модификацией и исследованием нанопленок ФОРУМ® продолжается, расширяются области применения и линейка товарных продуктов товарной
марки ФОРУМ®. В докладе представлены результаты исследования строения нанопленок ПТФЭ ФОРУМ  ,
полученных при различных температурных и газодинамических условиях.
Шелестова В.А., Гракович П.Н. Комплексный подход к разработке и применению фторопластовых
композиционных материалов
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
Наряду с целым рядом достоинств, особенности политетрафторэтилена (ПТФЭ, фторопласта-4) приносят и множество проблем при создании композиционных материалов на их основе. Главные из них – недостаточное адгезионное взаимодействие инертного ПТФЭ с поверхностью наполнителя любой природы, по мнению некоторых исследователей, и полное его отсутствие. Вторая – многостадийность процесса формирования
композита и, как следствие, многофакторность влияния на конечные свойства материала. Поэтому управлять
структурой и свойствами композитов на основе ПТФЭ, особенно высоконаполненных, – достаточно сложная и
актуальная задача.
В работе представлен обзор работ отдела № 9 по созданию и исследованию фторопластовых композитов, включающих разработку новых способов модифицирования компонентов материала, обеспечение оптимального фракционного состава при измельчении углеволокнистого наполнителя, учет особенностей разных
марок порошка фторопласта-4.
Ключевой разработкой является метод нанесения на углеволокнистый наполнитель фторполимерного
нанопокрытия в низкотемпературной плазме электрического разряда. Использование модифицированных углеродных волокон, выпускаемых под маркой Белум, позволило создать композит с улучшенными характеристиками - Суперфлувис, который применяется в наиболее ответственных узлах трения без смазки.
Изучено влияние на характеристики композита фракционного состава измельченных углеродных волокон. Оптимальные физико-механические характеристики композита достигаются при использовании волокон
длиной 50-100 мкм. Рассмотрены пути регулирования фракционного состава волокон с учетом их упругопрочностных свойств, которые должны использоваться при расчете оптимального механического воздействия
и конструкции измельчительного оборудования.
Проведены сравнительные исследования свойств фторопласта-4 разных марок и производителей. Отмечены различия в структуре ПТФЭ разных марок и их влияние на свойства композита.
Представлен опыт сотрудничества с производителями и потребителями композитов для дифференцированного применения в разных условиях эксплуатации, максимального учета свойств и прогнозирования поведения материалов при проектировании узлов трения.
Шелестова В.А., Покаташкин М.М. Исследование фторполимерных продуктов, полученных плазмохимическим и лазерным воздействием
Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь
Уникальные особенности ПТФЭ, в частности его неплавкость и нерастворимость, обусловливают
поиск новых, оригинальных методов получения различных фторполимерных продуктов. В последнее время
все более пристальное внимание исследователей направлено на высокоэнергетические методы воздействия
на ПТФЭ и на газообразные фторсоединения: плазменное, лазерное, электронно-лучевое. Преимущественно
эти методы используются для получения фторполимерных пленок, покрытий, а также ультрадисперсного
порошка ПТФЭ.
Цель работы – сравнительное исследование структуры и свойств различных фторполимерных продуктов высокоэнергетических воздействий, а также промышленно выпускаемых марок ПТФЭ.
Фторполимерные пленки и покрытия на различных подложках и углеродных волокнах получали в
плазме высокочастотного (ВЧ) разряда в среде октафторциклобутана (ОФЦБ) и продуктов термического
разложения ПТФЭ. Высокодисперсный порошок получали двумя методами: в плазме ВЧ-разряда и лазерным разложением блочного ПТФЭ. В плазме барьерного разряда в среде воздуха проводили обработку порошка ПТФЭ и его смеси с углеродными волокнами. Для исследования структуры и свойств объектов использованы методы ИК-спектроскопии, растровой электронной микроскопии (РЭМ), микрокалориметрии
(ДСК).
Изучены особенности получаемых фторполимерных пленок и порошков в зависимости от метода и
режимов воздействия, рассмотрены возможности их практического использования в производстве композиционных и смазочных материалов.
Показано, что пленки и покрытия, полученные в плазме ВЧ-разряда из фторсодержащих газов по
составу близки к ПТФЭ, но отличаются наличием в макромолекулах сшивок, двойных связей и концевых
групп СF3. Подобное фторполимерное покрытие на углеродных волокнах способствует улучшению взаимодействия с фторопластовой матрицей при формировании композита. Установлено, что полученное покрытие
достаточно устойчиво на поверхности волокон и сохраняется после их измельчения.
Порошкообразные продукты отличаются высокой дисперсностью (размер частиц 0,5-2 мкм), сыпучестью, пониженной молекулярной массой по сравнению с ПТФЭ. Показана перспективность их применения в качестве модификаторов композиционных и смазочных материалов.
Воздействие плазмы барьерного разряда в среде воздуха на порошок ПТФЭ и его смесь с углеродными волокнами приводит к плазмохимическому модифицированию поверхности компонентов и улучшению их технологической совместимости при формировании композита.