Влияние модифицированных углеродных волокон золь-гель методом на свойства политетрафторэтилена
Автор: Иванова А. А., Васильев А. П., Охлопкова А. А., Стручкова Т. С.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 8 т.17, 2024 года.
Бесплатный доступ
В работе исследованы физико-механические, триботехнические и термодинамические свойства полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и углеродных волокон (УВ), модифицированных золь-гель методом. Показано, что наполнение ПТФЭ углеродными волокнами в количестве 3 мас.% приводит к повышению прочности при растяжении на 18-22 %, в композитах с содержанием 5-10 мас.% УВ сохраняется на уровне полимерной матрицы. Твердость по Шору Д и напряжение при сжатии композитов относительно исходного ПТФЭ повысились на 10-14 % и 21 % соответственно. При исследовании термодинамических параметров выявили, что с увеличением содержания УВ от 3 до 10 мас.% энтальпия плавления повышается на 8-12 %, а в случае с модифицированными УВ уменьшается на 13-22 % относительно исходного ПТФЭ. Исследование триботехнических свойств композитов на основе ПТФЭ показало значительное улучшение износостойкости при сохранении низкого коэффициента трения. В композитах с 10 мас.% волокон износостойкость повысилась в 775 раз по сравнению с исходным полимером. Показано, что композиты с модифицированными УВ имеют более низкие значения коэффициента трения относительно композитов, содержащих волокна без модификации. Изучение поверхности трения композитов проводили методом сканирующей электронной микроскопии и ИК-спектроскопии.
Политетрафторэтилен, полимерные композиционные материалы, углеродные волокна, оксид цинка, износостойкость
Короткий адрес: https://sciup.org/146282963
IDR: 146282963
Список литературы Влияние модифицированных углеродных волокон золь-гель методом на свойства политетрафторэтилена
- Кондрашов С. В., Шашкеев К. А., Петрова Г. Н., Мекалина И. В. Полимерные композиционные материалы конструкционного назначения с функциональными свойствами. Авиационные материалы и технологии, 2017, (S), 405–419 [Kondrashov S. V., Shashkeev K. A., Petrova G. N., Mekalina I. V. Polymer composite materials of structural purpose with functional properties. Aviation materials and technologies, 2017, (S), 405–419 (In Rus.)]
- Kosicka E. et al. Influence of the Selected Physical Modifier on the Dynamical Behavior of the Polymer Composites Used in the Aviation Industry. Materials, 2020, 13(23), 5479
- Ren Y., Zhang L., Xie G.et al. A review on tribology of polymer composite coatings. Friction, 2021, 9, 429–470
- Lemal D. M. Perspective on fluorocarbon chemistry. The Journal of organic chemistry, 2004, 69(1), 1–11
- Stankovi M., Vencl A., Marinkovi A. A review of the tribological properties of PTFE composites filled with glass, graphite, carbon or bronze reinforcement. 13th International Conference on Tribology – Serbiatrib’13, 2013, 135–140
- Petrova P. N., Markova M. A., Tikhonov R. S. Frictional Characteristics of Polymer Composites Based on Polytetrafluorethylene and Carbon Fibers. Russian Engineering Research, 2022, 42, 40–45
- Khedkar J., Negulescu I., Meletis E. I. Sliding wear behavior of PTFE composites. Wear, 2002, 252(5–6), 361–369
- Conte M., Igartua A. Study of PTFE composites tribological behavior. Wear, 2012, 296(1–2), 568–574
- Markova M. A., Petrova P. N. Influence of Carbon Fibers and Composite Technologies on the Properties of PCM Based on Polytetrafluoroethylene. New technologies for obtaining and processing materials, 2021, 12(2), 551–557
- Li S. et al. The effect of different layered materials on the tribological properties of PTFE composites. Friction, 2020, 8, 542–552
- Johansson P., Marklund P., Björling M., Y. Shi Y. Mechanisms behind the environmental sensitivity of carbon fiber reinforced PTFE. Friction, 2023, 1–19
- Suresha B. et al. Three-body abrasive wear behaviour of carbon and glass fiber reinforced epoxy composites. Materials Science and Engineering: A, 2007, 443(1–2), 285–291
- Alshammari B. A., Alsuhybani M. S., Almushaikeh A. M., Alotaibi B. M., Alenad A. M., Alqahtani N. B., Alharbi A. G. Comprehensive review of the properties and modifi cations of carbon fi ber-reinforced thermoplastic composites. Polymers, 2021, 15(13), 2474
- Liu P. et al. Tribological properties of modified carbon fabric/polytetrafluoroethylene composites. Wear, 2012, 289, 17–25
- Zhang Y. et al. Improving thermal properties of ultrafine-glass-fiber reinforced PTFE hybrid composite via surface modification by (3-aminopropyl) triethoxysilane. Journal of Polymer Research, 2019, 26, 1–11
- Mao Y., Li Q., Wu C. Surface modification of PET fiber with hybrid coating and its effect on the properties of PP composites. Polymers, 2019, 11(10), 1726
- Li Q. et al. Improved properties of PTFE composites filled with glass fiber modified by sol-gel method. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2021, 32(18), 23090–23102
- Gallyamova R. et al. Investigation of protective coatings for carbon fibers by the sol-gel method. Solid state phenomena, 2018, 284, 1242–1247
- Gallyamova R., Galyshev S., Musin F. Preparation of Barrier SiO2 Coating on Carbon Fibers by the Sol-Gel Method. Materials Today: Proceedings, 2019, 11(1), 286–289
- Gallyamova R., Safiullin R. L., Musin F. F. Formation of TiO2 Coating by the Sol-Gel on Carbon Fibers. Defect and Diffusion Forum, 2021, 410, 537–541
- Szczurek A. et al. Improvement of interaction in a composite structure by using a sol-gel functional coating on carbon fibers. Materials, 2017, 10(9), 990
- Авдейчик С. В., Антонов А. С., Лесун А. Н. Концепт многоуровневого модифицирования в технологии высоконаполненных фторкомпозитов. Восточно-европейский научный журнал, 2021, 11–2(75), 25–31 [Avdeychik S. V., Antonov A. S., Lesun A. N. Concept of multilevel modification in the technology of highly filled fluorocomposites. East European Scientific Journal, 2021, 11–2(75), 25–31 (In Rus.)]
- Mazur K., Gądek-Moszczak A., Liber-Kneć A., Kuciel S. Mechanical Behavior and Morphological Study of Polytetrafluoroethylene (PTFE) Composites under Static and Cyclic Loading Condition. Materials, 2021, 14(7), 1712
- Kaplan Y. Role of Reinforcement Materials on Mechanical and Tribological Properties of PTFE Composites. Polymer (Korea), 2020, 44(4), 436–444
- Василец В. Н. и др. Структура и теплофизические характеристики композитов политетрафторэтилена с малослойными графеновыми нанопластинками. Химия высоких энергий, 2019, 53(4), 274–279 [Vasilets V. N. et al. Structure and thermophysical characteristics of composites of polytetrafluoroethylene with low-layer graphene nanoplates. High Energy Chemistry, 2019, 53(4), 274–279 (In Rus.)]
- Sawae Y., Morita T., Takeda K., Onitsuka S., Kaneuti J., Yamaguchi T., Sugimura J. Friction and wear of PTFE composites with different filler in high purity hydrogen gas. Tribology International, 2021, 157, 106884
- Башлакова А. Л., Шелестова В. А., Гракович П. Н., Иванов Л. Ф. Исследование влияния модифицированных углеродных волокон на кристалличность политетрафторэтиленовой матрицы. Полимерные материалы и технологии, 2020, 6(1), 78–84 [Bashlakova A. L., Shelestova V. A., Grakovich P. N., Ivanov L. F. Investigation of the influence of modified carbon fibers on crystallinity of polytetrafluoroethylene matrix. Polymeric Materials and Technologies, 2020, 6(1), 78–84 (In Rus.)]
- Будник О. А., Берладир К. В., Будник А. Ф., Руденко П. В. Структурные изменения матрицы ПТФЭ – композитов. Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова, 2015, (4), 104–112 [Budnik O. A., Berladir K. V., Budnik A. F., Rudenko P. V. Structural changes in the matrix of PTFE – composites. Bulletin of BSTU named after V. G. Shukhov, 2015, (4), 104–112 (In Rus.)]
- Gu J., Li N., Tian L., Lv Z., Zhang Q. High thermal conductivity graphite nanoplatelet/UHMWPE nanocomposites. Rsc Advances, 2015, 46(5), 36334–36339
- Khedkar J., Negulescu I., Meletis E. I. Sliding wear behavior of PTFE composites. Wear, 2002, 252(5–6), 361–369
- Ludema K. C., Ajayi L. Friction, Wear, Lubrication: A Textbook in Tribology Second Edition (2nd ed.), CRC press, 2018. 263[.
- Quaglini V., Dubini P. Friction of polymers sliding on smooth surfaces. Advances in Tribology, 2011, 2011, 1–8
- Amenta F. et al. Sliding wear behaviour of fibre-reinforced PTFE composites against coated and uncoated steel, Wear, 2021, 486, 204097
- Jamroziak K., Roik T. Structure and properties of the new antifriction composite materials for high-temperature friction units. Proceedings of the 7th International Conference on Fracture Fatigue and Wear, 2019, 628–637
- Sinha S. K., Briscoe B. J. Polymer Tribology. WEAR OF POLYTETRAFLUOROETHYLENE AND PTFE COMPOSITES, 2009, 347–37
- Struchkova T. S. et al. Mechanical and Tribological Properties of Polytetrafluoroethylene Composites Modified by Carbon Fibers and Zeolite. Lubricants, 2021, 10(1), 4
- Burris, D. L. Polymeric nanocomposites for tribological applications. Macromolecular Materials and Engineering, 2007, 292(4), 387–402
- Корнопольцев В. Н. и др. Получение, исследование и применение композитов на основе фторполимерных отходов. Журнал прикладной химии, 2021, 94(7), 818–823 [Kornopoltsev V. N. et al. Preparation, research and application of composites based on fluoropolymer wastes. Journal of Applied Chemistry, 2021, 94(7), 818–823 (In Rus.)]
- Okhlopkova A. A., Vasilev A. P., Struchkova T. S. et al. Study of the Influence of Carbon Fibers and Bentonite on the Tribological Properties of PTFE. Journal of Friction and Wear, 2020, 41(6), 571–577