Исследовано влияние различных нанонаполнителей (нановолокна Al2O3 и углерода, нанопорошки меди и Sio2) на физико-механические и триботехнические свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Установлено, что модифицирование сверхвысокомолекулярного полиэтилена нановолокнами и наночастицами в пределах 0,1-0,5 мас.% приводит к существенному повышению его деформационно-прочностных характеристик и многократному увеличению износостойкости. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии показано, что модифицирование полимера указанными нанонаполнителями приводит к формированию упорядоченной (ламеллярной) надмолекулярной структуры. Выявлено, что нановолокна быстрее формируют устойчивую пленку фрикционного переноса в сравнении с наночастицами. Определены оптимальные составы нанонаполнителей, определяющие высокую износостойкость и низкий коэффициент трения полимера. Механическая активация порошков связующего и наполнителя обеспечивает равномерное распределение нанопорошка в связующем и дополнительно повышает физико-механические и триботехнические характеристики композита.

С целью разработки биосовместимых антифрикционных композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в первой части работы определены механические и триботехнические характеристики гибридной полимерной матрицы в виде смеси СВМПЭ с политетрафторэтиленом (ПТФЭ) в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания указанного материала в условиях сухого трения скольжения снижается более, чем вдвое в сравнении с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются несущественно. В условиях граничной смазки (дистиллированная вода) износостойкость матричного материала близка к таковой при сухом трении скольжения. В условиях абразивного изнашивания износостойкость композиций мало отличается от износостойкости исходного СВМПЭ. Обсуждаются механизмы изнашивания полимерной смеси СВМПЭ—ПТФЭ в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.??.

Исследовано влияние механической активации исходных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена на физико-механические свойства полимера. Установлено, что механоактивация приводит к повышению деформационно-прочностных и триботехнических характеристик сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, оптической и электронной микроскопии показано, что механоактивация исходного порошка определяет структурную организацию полимера.

Исследовано влияние нано- и микронаполнителей, включая нановолокна и ультрадисперсный порошок Al2O3, а также оксигидроксиды алюминия AlO(OH), на механические и триботехнические свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Установлено, что модифицирование его нановолокнами Al2O3 в пределах 0,1-0,5 мас.% обеспечивает существенное повышение его прочности и многократное увеличение износостойкости. Модифицирование ультрадисперсными порошками Al2O3(200-500 нм) в тех же количествах несущественно изменяет триботехнические характеристики полимера. Наполнение сверхвысокомолекулярного полиэтилена микронных размеров (3-50 мкм) в количестве 20 мас.% приводит к повышению износостойкости исходного полимера, сравнимому с износостойкостью при малом содержании нановолокон. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии показано, что введение в сверхвысокомолекулярный полиэтилен нановолокон Al2J3 приводит к формированию принципиально иной надмолекулярной структуры в сравнении с использованием микронаполнителей.

С целью разработки экструдируемых антифрикционных материалов исследованы механические и триботехнические (в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа) свойства нано- и микрокомпозитов на гибридной матрице (сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ)). В условиях сухого трения скольжения применение матрицы СВМПЭ + 10 вес.% ПТФЭ снижает интенсивность изнашивания нано- и микрокомпозитов на 10—30% при значительном уменьшении механических характеристик микрокомпозитов и несущественном — нанокомпозитов. При граничной смазке дистиллированной водой влияние дисперсности наполнителей на износостойкость аналогично. При абразивном изнашивании износостойкость микрокомпозитов существенно выше, чем у матрицы СВМПЭ + 10 вес.% ПТФЭ, а введение в эту матрицу нанонаполнителей незначительно влияет на её износостойкость. Методами растровой электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и оптической микроскопии исследованы надмолекулярная структура, степень кристалличности и топография поверхностей изнашивания разработанных материалов, обсуждаются механизмы их изнашивания в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.

Проведена сравнительная оценка двух компатибилизаторов - винилтриметоксисилана (VTMS) и малеинового ангидрида (SMA) - по влиянию на механические и триботехнические характеристики композитов на основе химически модифицированного СВМПЭ. Методами ИК-спектроскопии, сканирующей дифференциальной калориметрии и электронной микроскопии исследована надмолекулярная структура нанокомпозитов на основе блок-сополимера UHMWPE +10% HDPE- g- VTMS и проведено сравнение их механических и триботехнических характристик с характеристикаминанокомпозитов на основе UHMWPE +10% HDPE- g- SMA. Показано, что нанокомпозиты на основе блок-сополимеров с указанными компатибилизаторами имеют подобную (сферолитную) структуру и примерно равную износостойкость, которая близка к износостойкости нанокомпозитов на основе немодифицированного полимера. Установлено, что износостойкость нанокомпозитов на основе СВМПЭ определяется наличием и равномерностью распределения наполнителей в матрице, определяющих условия кристаллизации и, как следствие, тип формирующейся надмолекулярной структуры.

Исследовано абразивное изнашивание нанокомпозитов на основе СВМПЭ с нанонаполнителями Al2O3, C, Cu, SiO2. Установлено, что нанонаполнители, в отличие от микронаполнителей, в существенно меньшей степени (до 55%) повышают абразивную износостойкость СВМПЭ (при использовании абразива зернистостью Р 240). Методами оптической профилометрии и микроскопии, ИК-спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и растровой электронной микроскопии исследованы структура и поверхность изнашивания образцов СВМПЭ и нанокомпозитов на его основе. Показано, что абразивная износостойкость нанокомпозитов слабо зависит от типа наполнителя и определяется структурой (кристалличностью, упорядоченностью) матрицы и зернистостью абразива контртела. Проведен сравнительный анализ механизмов изнашивания нанокомпозитов на основе СВМПЭ при наличии абразива и в условиях сухого трения скольжения.

Исследованы механические и триботехнические свойства химически модифицированного СВМПЭ. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей дифференциальной калориметрии и электронной микроскопии изучены надмолекулярная структура и поверхность трения полимера с различным содержанием привитых сополимеров в виде привитых малеиновым ангидридом СВМПЭ и полиэтилена низкого давления. Показано, что введение привитого СВМПЭ не влияет на вязкоупругие параметры полимер-полимерного композита, а введение привитого полиэтилена низкого давления заметно улучшает его технологические свойства (текучесть, пластичность) при сохранении прочности. Химическое модифицирование СВМПЭ существенно (в 2-3 раза) повышает его износостойкость, что обусловлено особенностями кристаллизации и формирования надмолекулярной структуры полимера.

Проведена оценка механических и триботехнических свойств нанокомпозитов на основе сверхмолекулярного полиэтилена. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей дифференциальной калориметрии и электронной микроскопии исследованы надмолекулярная и химическая структура нанокомпозитов на основе блок-сополимеров СВМПЭ - привитый СВМПЭ и СВМПЭ- привитый ПЭНД. Показано, что механические и триботехнические свойства нанокомпозитов на основе блок-сополимеров несущественно отличаются от свойств нанокомпозитов на основе немодифицированного СВМПЭ. Установлено, что кристаллизация и формирование надмолекулярной структуры в исследуемых гетерогенных материалах определяются равномерностью распределения нанонаполнителей. По мнению авторов, химическим модифицированием в виде прививки полярных мономеров не удается повысить адгезию нанонаполнителей к высокомолекулярной матрице (СВМПЭ). Таким образом, износостойкость нанокомпозитов на основе СВМПЭ в значительной степени определяется условиями кристаллизации и типом формирующейся при кристаллизации надмолекулярной структуры (сферолитной либо ламеллярной).

Исследовано абразивное изнашивание чистого СВМПЭ и дисперсно-армированных композитов на его основе, образованных наполнением микрочастицами АlO(OH) и Al2O3. Установлено, что абразивная износостойкость указанных микрокомпозитов может возрастать до (16-18) раз в сравнении с исходным СВМПЭ в зависимости от зернистости абразива. Методами оптической профилометрии, ИК-спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и растровой электронной микроскопии исследованы надмолекулярная структура и поверхность трения образцов указанных антифрикционных материалов. Показано, что абразивная износостойкость композитов определяется природой, содержанием и в большей степени соотношением размеров микронаполнителя и зернистости абразива. Обсуждается механизм абразивной износостойкости микрокомпозитов на основе СВМПЭ.