Повышение механических и триботехнических свойств СВМПЭ-композитов введением кремнийсодержащих волокон, функционализированных сиалоновыми реагентами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Хуан Цитао

• Хуан Цитао
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Хуан Цитао

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Структура, свойства и применение СВМПЭ

1.2 Наполнители для композитов на основе полиолефинов

1.2.1 Общие неорганические наполнители

1.2.2 Нанонаполнители

1.2.3 Армирующие волокна

1.3 Роль адгезии в полимерных композитах и методы ее повышения

1.3.1 Роль адгезии в полимерных композитах

1.3.2 Связующие агенты и совместимость для композитов на основе полиолефинов

1.4 Промоутеры адгезии

1.5 Износ СВМПЭ и влияние условий испытаний на его износостойкость

1.5.1 Механизм износа СВМПЭ

1.5.2 Влияние условий испытаний на износостойкость СВМПЭ

1.6 Постановка задачи исследований

Глава 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Материалы исследований

2.1.1 Исходные материалы

2.1.2 Функционализация (аппретирование) наполнителей

2.1.3 Подготовка порошковых смесей и горячее прессование

2.2 Методики исследований

Глава 3 ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ИСХОДНОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОРОШКА И СПОСОБА АППРЕТИРОВАНИЯ ВОЛОКОН ВОЛЛАСТОНИТА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СВМПЭ

3.1 Введение к главе

3.2 Результаты и обсуждение

3.3 Заключение по главе

Глава 4 РАЗРАБОТКА ИЗНОСОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ СВМПЭ, НАПОЛНЕННЫХ ВОЛОКНАМИ ВОЛЛАСТОНИТА С ПОВЫШЕННЫМ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИЛАНСОДЕРЖАЩИХ АППРЕТОВ УРОВНЕМ АДГЕЗИИ

4.1 Введение к главе

4.2 Механические характеристики и надмолекулярная структура

4.3 Трибологические характеристики

4.4 Вычислительный дизайн наполненного СВМПЭ-композита для мягких нагрузочно-скоростных условий трибонагружения Р=60 Н, К=0,3 м/с (металло-полимерный узел трения)

4.5 Вычислительный дизайн наполненного СВМПЭ-композита для жестких нагрузочно-скоростных условий трибонагружения Р=140 Н, К=0,5 м/с (металло-полимерный узел трения)

4.6 Заключение по главе

Глава 5 ОПТИМИЗИРОВАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ ИЗ СВМПЭ И РОЛЬ РАЗЛИЧНОЙ АДГЕЗИИ ПУТЕМ ДОБАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИЛАНСОДЕРЖАЩИХ МОДИФИКАТОРОВ

5.1 Введение к главе

5.2 Механические характеристики и надмолекулярная структура

5.3 Трибологические характеристики

5.4 Построение поверхностей трибологических характеристик для установления влияния адгезии на сопротивление изнашиванию

5.5 Заключение по главе

Глава 6 РОЛЬ АДГЕЗИИ В ФОРМИРОВАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕКЛОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА C РАЗНЫМ РАЗМЕРОМ ЧАСТИЦ ИСХОДНОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОРОШКА

6.1 Введение к главе

6.2 Механические характеристики, надмолекулярная структура и трибологические характеристики

6.3 Разработка требований к свойствам армированных СВМПЭ композитов

6.4 Алгоритм разработки рецептуры композита для футеровочных плит

6.5 Заключение по главе

ВЫВОД

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение механических и триботехнических свойств СВМПЭ-композитов введением кремнийсодержащих волокон, функционализированных сиалоновыми реагентами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Полимерные композиционные материалы широко применяются в современной технике, в том числе машиностроительной, транспортной, перерабатывающей и добывающей отраслях. Среди полимерных смол сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) занимает особое место благодаря уникальному сочетанию свойств (низкий коэффициент трения, высокая износо-, химическая стойкость, работоспособность в широком интервале температур и пр.). Дополнительную перспективу его использования в различных отраслях машиностроения представляет введение различных наполнителей, что позволяет заметно повышать механические и трибологические свойства композиционных материалов на его основе. Однако из-за низкой адгезии между минеральными наполнителями и термопластичной матрицей требуемые высокие механические свойства не могут быть достигнуты.

Одним из путей решения указанной материаловедческой проблемы является функционализация (аппретирование) наполнителей, прежде всего армирующих волокон. В случае кремний-содержащих наполнителей их обработка силансодержащими реагентами позволяет целенаправленно повышать адгезию между наполнителем и матрицей. Это обеспечивает возможность формирования композиционных материалов с повышенными механическими и трибологическими свойствами, а также расширять области их применения. При этом известно, что функционализация армирующих волокон обеспечивает эффективное повышение механических свойств, а эффект аппретирования проявляется в большей степени по мере возрастания длины волокон. Важным аспектом при проведении этих исследований является анализ формирующейся структуры композитов во взаимосвязи с обеспечиваемой ею свойствами. Тема исследований актуальна в приложении к разработке футеровочных материалов для строительной и дорожной техники, автомобильного и железнодорожного транспорта (ковши экскаваторов, кузова вагонов-думпкаров), а также деталей узлов трения изделий машиностроения (втулки, шестерни, уплотнения), ориентированных на работу в условиях сухого трения скольжения.

Актуальность работы подтверждается выполнением исследований в рамках следующих проектов: проект фундаментальных исследований государственных академий наук № Ш.23.1.3. «Научные основы многоуровневого подхода к мониторингу, оценке механического состояния и диагностике предразрушения конденсированных сред и мягкой материи (soft matter)» (2017-2020 гг.); грант Президента РФ поддержки ведущих научных школ НШ-5875.2018.8 «Многоуровневый подход к исследованию и разработке структурно -неоднородных материалов, ориентированных на цифровые технологии их изготовления для приложений в медицине, аэрокосмической отрасли и машиностроении» (2018-2019 гг.).

Степень разработанности темы исследования. Исследования в области изнашивания СВМПЭ и композитов на его основе достаточно активно проводятся и представлены на страницах ведущих научных журналов. Следует отметить работы различных авторов, в том числе S.M. Kurtz, V. Saikko, K.G. Plumlee, C.J. Schwartz, А.П. Краснова, А.А. Охлопковой, М.Д. Соколовой, С.Д. Калошкина, Д.И. Чукова, Е.Ю. Шиц, В.О. Алексенко и мн. др.

Особый интерес представляют исследования в области повышения межфазной адгезии при введении силансодержащих промоутеров адгезии. K.G. Plumlee изучал химические механизмы повышения межфазной связи при введении силансодержащих реагентов. R.M. Kumar, Jiongrun Chen, Wenying Zhou, M. Naffakh, G. Wang, K. Yang и мн. др. исследовали влияние функционализации минеральных наполнителей их обработкой силансодержащими модификаторами с позиции возможного увеличения механических свойств полимерных композитов. Однако в литературе встречается не так много публикаций, посвященных влиянию силансодержащих реагентов на трибологические свойства композитов на основе СВМПЭ. По этой причине представляет значительный научный и практический интерес провести систематическое исследование роли межфазной связи между кремний-содержащими наполнителями и СВМПЭ в формировании механических и трибологических свойств композитов, обеспечиваемой с использованием силансодержащих промоутеров адгезии.

Цели и задачи. Целью диссертационного исследования является разработка волоконно-наполненных композитов СВМПЭ, обладающих повышенными механическими свойствами за счет введения промышленно выпускаемых силансодержащих аппретов и анализ их трибологических свойств в широком диапазоне нагрузочно-скоростных условий трибоиспытаний.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методику обработки (функционализации) волокон волластонита связующим агентом Пента-1006 с инициацией процесса гидролиза и оценить степень повышения механических характеристик и износостойкости полимерных композитов при различных размерах исходного порошка СВМПЭ и разных нагрузочно-скоростных условиях трибоиспытаний.

2. Изучить влияние различных силансодержащих промоутеров адгезии (КН550, Пента-1006, ОТБ) на изменение механических свойств и сопротивления изнашиванию композитов, наполненных различным количеством микроволокон волластонита. Оценить влияние «мягких» и «жестких» условий трибонагружения на изменение трибологических характеристик композитов СВМПЭ и определить более предпочтительные для их последующего практического применения.

3. Для композитов СВМПЭ с рублеными стекловолокнами определить наиболее эффективный силансодержащий промоутер адгезии (КН550, Пента-1006, OTS), способствующий максимальному повышению механических свойств. Для различных нагрузочно-скоростных условий трибоиспытаний оценить влияние степени адгезии таких композитов (пропорциональную пределу текучести) на сопротивление изнашиванию в условиях сухого трения скольжения.

4. Исследовать влияние исходного размера порошка СВМПЭ (марок GUR 2122, ОиЯ 4120, ОиЯ 4022-6) на формирование надмолекулярной структуры, механические и трибологические характеристики композитов, наполненных молотыми и рублеными стекловолокнами, аппретированными силансодержащим агентом ^£^50.

5. На основании анализа результатов механических и триботехнических испытаний (включая ударный изгиб, растяжение, износ при сухом трении и частицами закрепленного абразива) определить рациональный состав

стеклокомпозитов СВМПЭ с различным размером исходного порошка полимера для практических приложений: изготовление методом компрессионного спекания футеровочных плит для защиты портовых отбойников, строительной техники и транспорта.

Научная новизна

1. В работе впервые предложен способ функционализации волокон волластонита связующим агентом Пента-1006 (полиорганосилоксан) с инициацией процесса гидролиза, что позволило существенно повысить механические характеристики композитов на основе СВМПЭ.

2. Впервые выявлена и количественно оценена роль повышения межфазной адгезии за счет аппретирования волокон волластонита различными силансодержащими реагентами в изменении механических свойств и сопротивления изнашиванию композитов на основе СВМПЭ при различных нагрузочно-скоростных режимах трибоиспытаний.

3. Реализован подход к разработке композиций на основе СВМПЭ, наполненных рублеными стекловолокнами, аппретированными различными силансодержащими реагентами, позволяющий на основе полученных экспериментальных данных и выбранных управляющих параметров, определять рациональный состав композитов, обладающих заданными механическими/ трибологическими характеристиками.

4. Впервые выявлена роль адгезии между неполярной матрицей СВМПЭ (при варьировании размера исходного порошка полимера) и наполнителем (стекловолокнами длиной сотни микрон и единицы миллиметров), функционализированным силансодержащим модификатором КН550, в формировании механических и трибологических характеристик композитов, включая варьирование нагрузочно-скоростных условий трибоиспытаний.

Теоретическая значимость работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, расширяют представления в области полимерного материаловедения, и заключаются в выявлении роли адгезии между неполярной матрицей СВМПЭ и кремний содержащими волокнистыми наполнителями,

обеспечиваемой путем их функционализации силансодержащими реагентами, в формировании механических и триботехнических характеристик композитов.

Обоснована роль размера исходного порошка СВМПЭ в формировании структуры и повышении механических и трибологических свойств СВМПЭ-композитов со стекловолокнами, обработанными силансодержащим модификатором. Развит экспериментально-теоретический подход к разработке рациональных составов композитов на основе СВМПЭ, обладающих набором заданных физико-механических свойств.

Практическая значимость работы. По совокупности всех исследованных физико-механических и трибологических свойств, включая результаты испытаний на ударный изгиб, растяжение, износ при сухом трении и частицами закрепленного абразива, состав на основе крупнодисперсного порошка СВМПЭ «ОЦК4022-6 + РСВзмм» с аппретом КН550 рекомендуется для изготовления футеровочных плит для защиты морских отбойников, строительной техники (ковши экскаваторов и бульдозеров), а также транспортной техники (кузова самосвалов и жд-вагонов для перевозки сыпучих грузов) методом компрессионного спекания. В случае невозможности введения аппрета, например, для исключения налипания влажных сыпучих сред при перепадах температур может быть использован состав на основе мелкодисперсного <^ЦК2122 + РСВзмм», что, однако, снижает технологичность и повышает стоимость композита.

Автор принимал участие в выполнении работ по проекту ФЦП «Разработка с использованием многоуровневых компьютерных моделей иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для применения в узлах трения и футеровки деталей машин и механизмов, работающих в условиях Крайнего Севера» (уникальный идентификатор проекта RFMEFI60417X0154, 2017-2018 гг.).

Методология и методы исследования. Основными методами исследования в работе являются растровая электронная микроскопия, оптическая микроскопия, инфракрасная спектроскопия на основе Фурье-преобразования, а также дифференциальная сканирующая калориметрия. Использованы методы измерения

механических свойств и триботехнических испытаний, а также методы статистической обработки данных.

Положения, выносимые на защиту

1. Способ повышения модуля упругости на ~28 % композитов на основе СВМПЭ ^ЦК2122) с 20 вес.% волокон волластонита с одновременным увеличением износостойкости до 3 раз в диапазоне нагрузок P=60-140 Н и скоростей скольжения V=0,3-0,5 м/с, основанный на аппретировании связующим агентом Пента 1006 с инициацией процесса гидролиза, что сопровождается формированием новых пиков в ИК-спектрах.

2. Рациональный состав износостойкого композита с волокнами волластонита для работы в металло-полимерных узлах трения, обладающий в два раза большей износостойкостью по сравнению с ненаполненным СВМПЭ. В «мягких» условиях трибонагружения (Р=60 Н, У=0,3 м/с) это достигается введением аппрета КН550 при максимальном содержании волластонита 23 вес. % и определяется эффективным удерживанием частиц наполнителя полимерной матрицей. В «жестких» условий трибонагружения (Р=140 Н, V=0,5 м/с), когда происходит повышение температуры в трибоконтакте и снижение механических свойств, аппретирование волластонита является нецелесообразным.

3. Рациональный состав композита «СВМПЭ+ 10 вес. % стекловокон», в котором максимальное повышение механических свойств за счет высокой адгезии стекловолокна к полимерной матрице достигается об введением силансодержащего аппрета КН550; одновременно он обладает повышенной износостойкостью в «жестких» условиях трибонагружения (Р*У= 42-70 Н*м/с) за счет лучшего удерживания стекловолокон в полимерной матрице и минимизации их повреждающего воздействия.

4. Определенный экспериментально-расчетным методом композит на основе крупнодисперсного порошка СВМПЭ с функционализированными рублеными стекловолокнами <^ЦЕ4022-6 + 10 вес.% РСВ3мм + КН550» рекомендуется для изготовления футеровочных плит строительной техники и транспорта методом компрессионного спекания, что обусловлено рациональным

сочетанием повышенных физико-механических и триботехнических свойств (включая ударную вязкость и сопротивление изнашиванию частицами закрепленного абразива).

Степень достоверности. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных исследовательских методов и сертифицированного оборудования, систематическим характером проведения экспериментов, измерений и обработки данных, а также согласием полученных данных с результатами работ других авторов.

Апробация результатов. Результаты работы были представлены на всероссийских и международных семинарах и конференциях: Международная конференция и молодежная школа «Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении» 09 - 11 июня 2016 г., Томск, Россия; Международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» 09 - 13 октября 2017 г., Томск, Россия; Международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» и «Химия нефти и газа» в рамках Международного симпозиума «Иерархические материалы: разработка и приложения для новых технологий и надежных конструкций» 1 - 5 октября 2018 г., Томск, Россия; Международная научно-техническая конференции «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства» 26-28 февраля 2019 г., Омск, Россия.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 13 публикациях, из них 4 статьи в научных журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ, 9 статей в журналах, включенных в библиографические базы данных цитирования Web of Science и Scopus.

Личный вклад автора. Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, проведении механических и триботехнических испытаний, статистической обработке полученных результатов. Постановка задач, обсуждение всех научных результатов и положений, изложенных в работе, проведено совместно с научным

руководителем профессором С.В. Паниным. По результатам исследования написаны статьи в соавторстве и сделаны доклады на научных конференциях.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует пункту 1 «Теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных связей состава и структуры материалов с комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств с целью обеспечения надежности и долговечности материалов и изделий» и пункту 4 «Разработка физико-химических и физико-механических процессов формирования новых материалов, обладающих уникальными функциональными, физико-механическими, эксплуатационными и технологическими свойствами, оптимальной себестоимостью и экологической чистотой» паспорта специальности 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение).

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 1 74 использованных источников. Всего 174 страницы, в том числе 66 рисунков и 17 таблиц.

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Структура, свойства и применение СВМПЭ

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) является термопластичным полукристаллическим полимером, состоящим из повторяющихся звеньев (С2Н4)П, где n - степень полимеризации. Его получают полимеризацией этилена в газовой фазе, в эмульсии в присутствии перекисных катализаторов [1-3]. СВМПЭ относится к полукристаллическим термопластичным полимерам. Он имеет молекулярную структуру, состоящую из длинных линейных цепочек; его молекулярная масса составляет от 1 до 9 млн. г/моль при степени полимеризации n > 36 000 (согласно правилам международной организации по стандартизации ISO) [4,5].

Кристаллическая структура СВМПЭ имеет ромбическую решетку с параметрами элементарной ячейки 0,74*0,49*0,25 нм. Все ячейки соединены между собой ковалентными связями [6]. Макромолекулы укладываются однородно либо неоднородно, формируя решетку кристалла. На границе кристаллитов часть цепочек образует петли, которые не формируют кристаллическую структуру или проникают в состав других кристаллитов. Такая некристаллическая структура представляется собой проходные цепи. Согласно теории конформационной энтропии массовая доля некристаллической структуры СВМПЭ выше, чем кристаллическая структура [7].

Высокие физико-механические свойства СВМПЭ определяются структурой макромолекул (таблица 1.1). Благодаря тому, что кристаллизация СВМПЭ происходит из расплава, все элементы в той или иной мере связаны между собой проходными макромолекулами. По сравнению с ПЭВП (полиэтилен высокой плотности) СВМПЭ обладает более высокой прочностью и ударной вязкостью.

Таблица 1.1 - Структура и физико-механические характеристики ряда полиэтиленов [8-10]

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) Сверхвысокомолекулярный

полиэтилен СВМПЭ

Типовая микроструктура разветвленная сферолитная ламеллярная

Степень кристалличности (%) 40-50 60-80 45-55

Плотность (г/см3) 0,91-0,925 0,95-0,965 0,93-0,945

Молекулярный вес (г/моль) < 50,000 50,000-200,000 2х106-6х10б

Модуль упругости при растяжении (ГПа) 0,17-0,26 0,4-4,0 1,5

Предел текучести при растяжении (МПа) 4-16 26-33 19-23

Вследствие чрезвычайно длинных и перепутанных цепей СВМПЭ отличается более высокой износостойкостью по сравнению с политетрафторэтиленом (ПТФЭ) [4]. Температура эксплуатации СВМПЭ как и полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) должна быть ниже температуры плавления и зависит от ряда условий (например, давления, продолжительности приложения нагрузки, условий окружающей среды и др.) Важной особенностью СВМПЭ является сохранение высоких механических свойств в широком интервале температур (-200°С до +80°С) [1]. При эксплуатации при низкой температуре СВМПЭ превосходит многие суперконструкционные полимеры по возможности сохранения механических и трибологических свойств. При низких температурах перемещение длинных молекул полиэтилена затруднено, поэтому и возрастает роль сил межмолекулярного взаимодействия [8].

Химическая устойчивость СВМПЭ определяется, главным образом, структурой полимерных цепей и молекулярной массой. Благодаря высокой химической стойкости, наряду с другими важными свойствами, СВМПЭ широко применяется для изготовления различных изделий, контактирующих с

химическими реагентами. С другой стороны, высокая химическая стойкость затрудняет его химическую модификацию.

СВМПЭ обладает исключительной стойкостью к воздействию щелочей высокой концентрации и водных растворов кислот (муравьиная кислота, уксусная кислота, соляная и плавиковая кислота высокой концентрации). При комнатной температуре СВМПЭ обладает достаточной стойкостью к серной кислоте (80% концентрации). Однако СВМПЭ, как и другие виды полиэтиленов, изменяет свои свойства и разрушается под действием различных окислителей: даже азотная кислота низкой концентрации интенсивно влияет на структуру и механические свойства изделий из СВМПЭ. При увеличении температуры и концентрации окислителей, в СВМПЭ развивается интенсивное окисление и инициируется разрушение [9-12].

Видно (рисунок 1.1), что СВМПЭ имеет достаточно низкий коэффициент трения по сравнению с другими полимерами (например, полиэфирэфиркетоном (ПЭЭК); полиимидом (ПИ), фенольными смолами, т.д.). Износостойкость и коэффициенты трения СВМПЭ и некоторых других полимеров приведены в таблице 1.2 [9-12].

Известно, что механические свойства полимеров определяются главным образом их надмолекулярной структурой. Благодаря высокой молекулярной массе, изделия из СВМПЭ значительно превосходят другие виды полимерных материалов по усталостной прочности, ударной вязкости, износостойкости, низкому коэффициенту трения и способности к самосмазыванию [16-19].

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

* 4? ^ ^ ^^ * * #

Рисунок 1.1 - Коэффициенты трения различных полимеров ПТФЭ -политетрафторэтилен; ПВДФ - Поливинилиденфторид; СВМПЭ -Сверхвысокомолекулярный полиэтилен; ПА - Полиамид; ПФС -полифениленсульфид; ПВХ - поливинилхлорид; ПЭВД - полиэтилен высокого давления; ПЭНД - полиэтилен низкого давления; 1111 - полипропилен; ПС -полиамидная смола; ДП - древесный пластик [13-15]

Таблица 1.2 - Износостойкость и коэффициенты трения ряда полимеров и композитов [16-19]

Полимер Плотность по ГОСТ 1513969, кг/м3 Твёрдость по ГОСТ 467077, МПа Износостойкость, мин/мм3 Коэффициент Трения (контртело сталь ШХ15)

СВМПЭ 934 40 18,4 0,08

СВМПЭ + МoS2 1150 55 31,6 0,08

ПЭВД 950 55 10,5 0,10

ПЭВД 900 28 2,79 0,27

Полипропилен 850 51 2,08 0,35

Полиамидная смола 1080 109 12,9 0,22

Древесный пластик 1260 312 1,3 0,22

Благодаря вышеуказанным уникальным свойствам, СВМПЭ применяется в тех областях, где обычные типы полимерных материалов не выдерживают крайне жестких условий эксплуатации. В ряде случаев СВМПЭ способен заменять металлические материалы. Он часто применяется в машиностроении и медицине (например, для производства медицинских имплантатов, эндопротезирования различных суставов: тазобедренного, коленного, плечевого и др., а также межпозвоночных дисков). В различных отраслях машиностроения СВМПЭ используется в узлах трения машин и механизмов; для футеровки кузовов карьерной техники [20-23]; для изготовления подшипников, щелевых и торцевых уплотнителей, дисков гидропят и облегченных коррозионностойких рабочих колес [24, 25].

В последние годы СВМПЭ начал применяться в качестве подшипников с водной смазкой для судостроения. Основная причина применения подшипников СВМПЭ для судостроения связана с необходимостью предотвращения загрязнения морской воды смазочными средствами [23].

Крупные производители спортивных лыж изготавливают скользящую поверхность из СВМПЭ-композита с добавлением ~10 вес. % частиц графита и фторуглеродистых соединений. Такой СВМПЭ-композит не только улучшает скольжения по снегу и воде, но и уменьшает накопление электростатического заряда, а также сопротивление водной коррозии [26].

В области сельского хозяйства применение СВМПЭ в комбайнах значительно снижает разрушение зерен по сравнению с металлическими футеровками [27]. В настоящее время в области железнодорожного транспорта активно используются детали и конструкционные элементы из СВМПЭ. Благодаря его высокому электрическому сопротивлению детали из СВМПЭ используются в качестве изолирующих вкладышей в узлах крепления рельсов [28,29].

1.2 Наполнители для композитов на основе полиолефинов

Полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (1111) относятся к категории «товарных полимерных смол» в отличие от технических полимерных смол в силу их относительно невысоких механических свойств и рабочих температур эксплуатации. С другой стороны, композиты на основе полиолефинов могут использоваться во многих инженерных приложениях, включая введение волокон и наполнителей с целью повышения механических и других физических свойств [30, 31].

1.2.1 Общие неорганические наполнители

Большинство таких наполнителей можно рассматривать как «функциональные наполнители», особенно когда аспектное отношение (длина / диаметр) превышает 10. Вообще говоря, при обеспечении должного диспергирования в полимерной матрице, частицы наполнителя за счет передачи нагрузки от полимерной матрицы к армирующим включениям, способны заметно повышать механические свойства. При условии, что наполнитель не загрязнен, размер и форма его частиц постоянны, а сами частицы хорошо диспергированы, наполнитель будет влиять на механические свойства соединения предсказуемым образом.

Минеральные наполнители обычно повышают твердость, жесткость и ударную вязкость. Они также помогают сохранять размерную стабильность. Последняя, а также устойчивость к царапанию за счет введения ряда наполнителей, являются крайне важными в инженерных применениях, в том числе для полипропилена для автомобильной промышленности [32-34].

Карбонат кальция (CaCOз) является наиболее часто используемым наполнителем в полиолефинах. Например, производители товарной тары и

упаковки из ПЭВП (полиэтилена высокой плотности) активно используют этот наполнитель. Однако мелкие частицы СаС03 при степени наполнения 10-60 %, в том числе прошедшие должную поверхностную обработку (например, связующим агентом для связывания их с полимером) также имеют тенденцию увеличивать жесткость, твердость и размерную стабильность. Одновременно, снижаются прочности на разрыв и ударная вязкость в зависимости от марки СаСО3 и типа аппрета [32].

Волластонит представляет собой минерал, состоящий из оксидов кальция и кремния (метасиликат, состав CaSiO3). Он используется в качестве наполнителя в форме игольчатых (иглоподобных) частиц с аспектным соотношением от 5 до 20 и длиной от 2 до 40 микрон. Он часто применяется при степени содержания 1020% в качестве армирующего наполнителя. Это позволяет, например, увеличить прочность полиуретановых композитов на растяжение и изгиб, а также обеспечить более высокую размерную стабильность и меньшую усадку, по сравнению с введением талька или СаС03. Игольчатая или волокнистая форма волластонита обеспечивает свойства, аналогичные свойствам, придаваемым стеклянными волокнами. Однако, в отличие от другого минерального волокна, в частности асбеста, его частицы не токсичны [32-36].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хуан Цитао, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семенова, А.С. Регулирование свойств полиэтилена высокой плотности / А.С. Семенова, Е.Я. Парамонков, М.И. Лейтмен // Пластические массы. - 1973. - №5. - С. 3-4.

2. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности / И. Н. Андреева, Е. В. Веселовская, Е .И. Наливайко и др. - Л.: Химия, 1982. - 80 с.

3. Донцова, Э. П. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен / Э. П. Донцова, А. М. Чеботарь, С. Н. Дегтярева // Полимерные материалы. - 2003. - № 3. - С. 18 - 21.

4. Erdemir, Ali. Modern Tribology Handbook / Ali. Erdemir. -CRC Press LLC, 2001, - 766-767 p.

5. Kurtz, S. M. UHMWPE Biomaterials Handbook: Ultra-High Molecular Weight Polyethylene in Total Joint Replacement and Medical Devices / S. M. Kurtz. -3rd Edition. - William Andrew, 2015. - 840 p.

6. Sperling, L. H. Introduction to physical polymer science / L. H. Sperling. -4th Edition. - Wiley, 2006. - 866 p.

7. Семчиков, Ю. Д. Высокомолекулярные соединения: Учеб. для вузов / Ю. Д. Семчиков. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 368 с.

8. Селютин, Г.Е. Композиционные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена: свойства, перспективы использования / Г.Е. Селютин, Ю. Ю. Гаврилов, Е. Н. Воскресенская, В. А. Захаров, В. Е. Никитин, В. А. Полубояров // Химия в интересах устойчивого развития. - 2010. -№ 3. - С. 375 - 388.

9. Domininghaus, H. Plastics for Engineers: Materials, Properties and Applications / Oxford University Press 1993. - P.785.

10. Osswald, T.A. Materials Science of Polymers for Engineers / T.A. Osswald, G. Hanser Menges. - Polymer International, 1995. - P. 475.

11. Миллс, Н. Конструкционные пластики - микроструктура, характеристики, применение. Пер. с англ.: Учебно-справочное руководство / Н. Миллс. - Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. - 512 с.

12. Li, S. Ultra-high molecular weight polyethylene. The mаterial and its use in total joint implants / S. Li, A.H. Burstein // Jourml of Bone and Joint Surgery. -1994. -American Vol. 76, №7, - P.1080-1090.

13. Díaz, C. Tribological studies comparison between UHMWPE and PEEK for prosthesis application / C. Díaz, G. Fuentes // Surface and Coatings Technology. -2017. - Vol. 325. - P. 656 - 660.

14. Wang, Q. Experimental investigation on tribological behavior of several polymer materials under reciprocating sliding and fretting wear conditions / Qiufeng Wang, Yunxia Wang, Hongling Wang, Na Fan, Fengyuan Yan, // Tribology International. - 2016. - Vol. 104. - P. 73 - 82.

15. Friedrich, K. Polymer composites for tribological applications / K. Friedrich // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. - 2018. - Vol. 1, № 1. - P. 3 - 39.

16. Liu, C.Z. Tr^log^al behaviours of PA. UHMWPE btend under dry and luto^ting condition / C.Z. Liu, L.Q. Ren, J. Tong, A.D. Arnell // Wear. - 2006. - Vol. 260. - P. 109-115.

17. Xue, Y. Tribological behaviour of UHMWPE / HDPE blends reinforced with multi-wall carbon nanotubes / Y. Xue, O. Jacobs, B. Schdel // Polymer Testing. -2006. - Vol. 25. - P. 221-229.

18. Kuo, Hsien C. The influence of injection molding on tr^log^al characteristics of ultra-high mоlecular weight polyethylene undеr dry sliding / Hsien C. Kuo, Ming C. Jeng. // Wear. - 2010. - Vol. 268. - P. 803-810.

19. Ferreira, AE. Extraordinary mechanical performance in disentangled UHMWPE films processed by compression molding / AE Ferreira, MR Ribeiro, H Cramail, JP Lourenfo, V Lorenzo, E Pérez, ML Cerrada. // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2019. - Vol. 90. - P. 202 - 207.

20. Liu, C.Z. Tribological behaviours of PA. UHMWPE blend under dry and lubricating condition / C.Z. Liu, L.Q. Ren, J. Tong, A.D. Arnell // Wear. - 2006. - Vol. 260. - P. 109-115.

21. Xue, Y. Tribological behaviour of UHMWPE / HDPE blends reinforced with multi-wall carbon nanotubes / Y. Xue, O. Jacobs, B. Schdel // Polymer Testing. -2006. - Vol. 25. - P. 221-229.

22. Kuo, Hsien C. The influence of injection molding on tribological characteristics of ultra-high molecular weight polyethylene under dry sliding / Hsien C. Kuo, Ming C. Jeng. // Wear. -2010. - Vol. 268. - P. 803-810.

23. Chang, Tie. Study on influence of Koch snowflake surface texture on tribological performance for marine water-lubricated bearings / Tie Chang, Zhiwei Guo, Chengqing Yuan // Tribology International. - 2019. - Vol. 129 - P. 29 - 37.

24. Бажайкин, С. Г. Опыт применения композиционных материалов при совершенствовании центробежных насосов типа ЦНС / С. Г. Бажайкин, В. С. Велижанин, А. С. Михеев // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2017. - № 4. - C. 186 - 192.

25. Михайлин, Ю. А. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен / Ю. А. Михайлин // Полимерные материалы. - 2003. - № 4. - С. 24 - 27.

26. Полховский, А. В. Современные конструкции и материалы для лыж / А. В. Полховский, С. А. Прохорчик, С. В. Шетько // Труды БГТУ. - 2019. - № 1. -С. 163 - 168.

27. Пахомов, В. И. Исследование воздействия компонентов убираемого зернового материала на поверхность рабочих органов комбайна с покрытием из СВМПЭ / В. И. Пахомов, М. Н. Московский, В.Н. Веснин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2019. - Т. 15. - № 4. - С. 531 - 533.

28. Громаков, А. В. Оптимизация параметров рабочего органа для полойной безотвальной обработки почвы с применением высокомолекулярного полиэтилена / А. В. Громаков, С. К. Филатов // Вестник аграрной науки Дона. -2018. - № 1. - С. 45 - 52.

29. Житарь, Б. Е. Выбор полимеров и полимерных композиций с требуемыми свойствами для конструкционных элементов железнодорожного пути / Б. Е. Житарь, В .В. Самойлов // Сборник научных трудов ДОНИЖТ. - 2018. - № 50. - С. 36 - 41.

30. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P.69.

31. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P.71.

32. Maier, C. Polypropylene: The Definitive User's Guide and Databook, Plastics Design Library / C. Maier, T. Calafut Maier, T. Calafut. - William Andrew, 1998. - P. 57-59.

33. Pasquini, N. Polypropylene Handbook / N. Pasquini, A. Addeo. -Cincinnati: Hanser/Gardner ,2005. - P. 518.

34. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P. 90-91.

35. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P.74.

36. Lemke, R. Improving adhesive performance / R. Lemke, J.U. Zilles // Adhes Adhes Sealants, -2010. -Vol. 7. - P. 16-18.

37. Chu, J. Scratch resistance of mineral-filled polypropylene materials / J. Chu, C. Xiang, H. J. Sue, R. D. Hollis // Polymer Engineering and Science. - 2000. -Vol. 40, № 4. - P. 944-955

38. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P.79.

39. Markarian, J. Functional fillers: making modifications with minerals / J. Markarian // Compd. World, - 2014. - № 8. - P. 3-20.

40. Suffner, J. In-Situ Coating of Silica Nanoparticles with Acrylate-Based Polymers / J. Suffner, G. Schechner . H. Sieger. H. Hahn // Chemical Vapor Deposition. - 2007. - Vol. 13, № 9. - P. 459-464

41. Kadir, N.A. Physical and Mechanical Properties of Mineral Fillers Filled Polypropylene Composites / N.A. Kadir, M. Jaafar, S. Palaniandy // Applied Polymer Science. - 1999. -Vol. 74, № 11. - P. 1361-1365

42. Setsuda, R. Effects of fly ash in composites fabricated by injection molding / R. Setsuda, I. Fukumoto, Y. Kanda // Polymer Composites. - 2012. -Vol. 33, № 8. -P. 1351-1359

43. Ling, T. Feasibility of using recycled glass in architectural cement mortars / Tung-Chai Ling, Chi-Sun Poon, Shi-Cong Kou // Cement and Concrete Composites. -2011. -Vol. 33, № 8. - P. 848-854

44. Tres, P.A. Hollow Glass Microspheres Stronger Spheres Tackle Injection Molding/ P.A. Tres // Plastics Technology. - 2007. - № 5 - P. 1-3

45. Yalcin, B. Hollow Glass Microspheres for Plastics, Elastomers, and Adhesives Compounds / Baris Yalcin, Stephen E. Amos, - William Andrew, 2015. - P. 35-105

46. Njuguna, J. Nanofiller-reinforced polymer nanocomposites / J. Njuguna, K. Pielichowski, S. Desai // Polymers for Advanced Technologies. - 2008. -Vol. 19, № 8. - P. 947-959

47. Zaman, I. From clay to graphene for polymer nanocomposites—a survey / Izzuddin Zaman, Bukhari Manshoor, Amir Khalid, Sherif Araby // Journal of Polymer Research. - 2014. -Vol. 21. - P. 429.

48. Ramasubramanian, H. Nanocomposites Fast Track to Commercialisation / H. Ramasubramanian // Plastics Engineering. -2007. -Vol. 11. - P. 50-54.

49. Han, L. Study of UHMWPE Fiber Surface Modification and the Properties of UHMWPE/Epoxy Composite / L. Han, H. Cai, X. Chen, C. Zheng, W. Guo // Polymers -2020. -Vol. 12. - P. 521

50. Schijve, W. High performance at medium fibre length in long glass fibre polypropylene / Warden Schijve // Plastics, Additives and Compounding. -2005. -Vol. 2, № 12. - P. 14-21

51. Poucke, J. V. Long glass fiber polypropylene technology for automotive applications / J. Van Poucke, A. James // Society of Plastics Engineers Automotive (Composites Conference, September 12-14). -2006.

52. Zini, E. Green composites: an overview / E. Zini, M. Scandola // Polymer Composites. -2011. -Vol. 32, № 12. - P. 1905-1915.

53. Blum, H.R. Functional fillers: a solution towards polymer sustainability & renewability. Proceedings of the Functional Fillers for Plastics / H.R. Blum // PIRA Intertech Corp., Atlanta, GA, September - 2008.

54. Sushant, A. Plastics in Buildings and Construction / Agarwal Sushant, Gupta Rakesh // Applied Plastics Engineering Handbook - William Andrew, 2011. - P. 553-564.

55. Pritchard, G. Plants move up the reinforcement agenda / G. Pritchard // Plastics, Additives and Compounding. - 2007. -Vol. 9, № 4. - P. 40-43.

56. Fagan, J. Stainless steel-filled thermoplastic composites for use in electromagnetic shields / J. Fagan, C. Peek // Auto Technol. - 2007 - № 7. - P. 40-43.

57. Carlen, J. W. Performance, Production, and Applications of Compression Molded Metal/Thermoplastic Composite Laminates / James W. Carlen, Frederick S. Deans // SAE Technical Paper - 1988. - P. 880158.

58. Patent №: US 6,565,712B2 from May 20, 2003. Peter Lindenfelser, Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material

59. Богданов, Ю.Г. Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов / Ю.Г. Богданов. - М.: МГУ, 2010. - 68 с.

60. Дьяконов, А. А. Азработка двухслойных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и эластомеров: дис. .. .канд. техн. наук: -Якутск, 2019. - С. 13-35

61. Panchal, J. Effect of hyperdispersants in polyethylene masterbatch and rigid polyvinylchloride compound: ANTEC'07, Society of Plastics Engineers conference proceedings /J. Panchal. -2007. - P. 153

62. Mittal, K. L. Silanes and Other Coupling Agents, Volume 4 / Kash L. Mittal, - 4rd Edition. -CRC Press, 2007. -P. 3-199

63. Tolinski, M. Real improvements for 'Fake Wood' / M. Tolinski // Plastics Engineering. - 2006 - Vol. 62, № 6. - P. 32-34.

64. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P.135-137

65. Bowlan, C. A formulation study of long fiber thermoplastic polypropylene (Part 1): the effects of coupling agent, glass content & resin properties on the mechanical properties / C. Bowlan // Automotive Composites Conference & Exhibition, Society of Plastics Engineers (conference proceedings) -2008. - P. 5-19.

66. Patent №: US 3639331A from 24, 3, 1969. Kiyoshi Hattori, Elby Leon Richardson, Glass fiber reinforced resins containing dispersion aid

67. Toensmeier, P. Ongoing developments in medical plastics are speeding innovations that could extend the reach, effectiveness, and safety of medical devices / Pat Toensmeier // Plastics Engineering. - 2016. -№ 4. - P. 15-20.

68. Monte, S.J. Neoalkoxy titanate and zirconate coupling agent additives in thermoplastics / S.J. Monte // Polymers and Polymer Composites. - 2002 - Vol. 10, № 1. - P. 121-172.

69. Plueddemann, E.P. Silane coupling agents / E.P. Plueddemann - 2rd Edition. - Plenum Press, 1991. - P. 15-200.

70. Pape, P.G. Methods for improving the performance of silane coupling agents / Peter G. Pape, Edwin P. Plueddemann // Journal of Adhesion Science and Technology -1991. -Vol. 5, № 10. - P. 831-842.

71. Seymour, R.B. History of polymeric composites / R.B. Seymour, R.B. Deanin. - VSP International Science Publishers, 1987, - P. 105139

72. Dayyoub, T. Treating UHMWPE surface for enhancing the adhesion properties by cellulose grafting / T. Dayyoub, A. V. Maksimkin, F. S. Senatov, S. D. Kaloshkin, A. Zimina, E. A. Kolesnikov // International Journal of Adhesion and Adhesives. -2019 -Vol. 98. - P. 7.

73. Ishida, H. Molecular orientation of the coupling agent interphase of fiberglass reinforced plastics / H. Ishida, J.L. Koenig // Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition, - 1979 -Vol. 17. - P. 1807.

74. Chaudhaury, M.K. Study of adhesion through interdiffusion and IPN formation in the interphase region of composites / M.K. Chaudhaury, T.M. Gentle, E.P. Plueddemann // Journal of Adhesion Science and Technology. - 1987. -№1. - P. 29-38.

75. Pape, P.G. Improvements in silane coupling agents for more durable bonding at the polymer-reinforcement interface / P.G. Pape, E.P. Plueddemann // Eng Plas. - 2013. -Vol. 6. - P 196-207.

76. Shirin, S. Silane Coupling Agents in Polymer-Based Reinforced Composites / Shokoohi Shirin, Ahmad Arefazar, and Ramin Khosrokhavar // Journal of Reinforced Plastics and Composites. - 2008 -Vol. 27, № 5. - P. 481-485.

77. Patent №: US. 4,231,910A from 4, 11, 1980. E.P. Plueddemann,

78. Coulter, D.R. Chemical bonding technology for terrestrial photovoltaic modules / D.R. Coulter, E.F. Cuddihy, E.P. Plueddemann // Publication, NASA Jet Propulsion Lab, Pasadena, CA. -1983. - P 83-86.

79. Dong, Y. Experimental characterisation and object-oriented finite element modeling of polypropylene/organoclay nanocomposites / Y. Dong, D. Bhattacharyya, P.J. Hunter / Composites Science and Technology. - 2008. -Vol. 68, № 14. - P. 286-2875.

80. Smith, G. Evaluation of silane coupling agents in mineral-filled polypropylene / G. Smith // Society of Plastics Engineers, Dallas, TX - 1990. - № 5. -P. 1946-1948.

81. Артеменко, С.Е. Наукоемкая технология полимерных композиционных материалов, армированных базальтовыми, углеродными и

стеклянными нитями / С.Е. Артеменко, С.Е. Артеменко // Пластические массы. -2003. - №2.-С. 5-6.

82. Wang, A. Lubrication and wear of ultrahigh molecular weight polyethylene in total joint replacements / A. Wang, A. Essner, V. K. Polineni, C. Stark, J. H. Dumbleton // Tribology International, -1998, -Vol. 31. - P. 17-33.

83. Galetz, M. C. Molecular Deformation Mechanisms in UHMWPE During Tribological Loading in Artificial Joints / M. C. Galetz, U. Glatzel // Tribology Letters.

- 2010. - Vol. 38. - P. 1 - 13.

84. Wang, A. Mechanistic and morphological origins of ultra-high molecular weight polyethylene wear debris in total joint replacement prostheses / A. Wang, C. Stark, J. H. Dumbleton // Proc Inst Mech Eng H. - 1996. - Vol. 210. - P. 141 - 155.

85. Benninghoff, A. Form und bau der Gelenkknorpel in ihren Beziehungen zur Funktion / A. Benninghoff // Z. Zellforsch Mikrosk Anat. - 1925. - Vol. 2. - P. 814

86. Артеменко С.Е. Наукоемкая технология полимерных композиционных материалов, армированных базальтовыми, углеродными и стеклянными нитями / С.Е.Артеменко // Пластические массы. - 2003. - №2.-С. 56.

87. Galetz, M. C. Molecular Deformation Mechanisms in UHMWPE During Tribological Loading in Artificial Joints / M. C. Galetz, U. Glatzel // Tribology Letters.

- 2010. - Vol. 38. - P. 1 - 13.

88. Ge, S. Wear behavior and wear debris distribution of UHMWPE against Si3N ball in bi-directional sliding / S. Ge, S. Wang, N. Gitis, M. Vinogradov, J. Xiao // Wear. - 2008. - Vol. 264, № 7 - 8. - P. 571 - 578.

89. Wang, J. Friction and wear behavior of ultra-high molecular weight polyethylene sliding against GCr15 steel and electroless Ni-P alloy coating under the lubrication of seawater / J. Wang, F. Yan, Q. Xue // Tribology Letters. - 2009. - Vol. 35. - P. 85 - 95.

90. Shi, W. Tribological behaviour and microscopic wear mechanisms of UHMWPE sliding against thermal oxidation-treated Ti6Al4V / W. Shi, H. Dong, T. Bell // Materials Science and Engineering: A. - 2000. - Vol. 291, № 1 - 2. - P. 27 - 36.

91. Yuan, Q. Nanoscale near-surface deformation in polymer nanocomposites / Q. Yuan, N. Ramisetti, R.D.K. Misra // Acta Materialia. - 2008 - Vol. 56. - P. 20892100.

92. Clarke, C.G. The water lubricated, sliding wear behavior of polymeric materials against steel / C.G. Clarke, C. Allen // Tribology Internation. - 1991. - Vol. 24. - P. 109-118.

93. Acunto, M.D. Fast formation of ripples induced by AFM. A new method for patterning polymers on nanoscale / M.D. Acunto, S. Napolitano, P. Pingue, P. Giusti, P. Rolla // Materials Letters. - 2007. - Vol. 61, № 14-15 - P. 3305-3309.

94. Dasari, A. Atomic force microscopy assessment of mechanically induced scratch damage in polypropylenes and ethylene-propylene di-block copolymers / A. Dasari, J. Rohrmann, R.D.K. Misra // Materials Science and Engineering: A. - 2003. -Vol. 354, № 1-2. - P. 67-81

95. Dasari, A. Atomic force microscopy characterisation of mechanically induced surface damage in ethylene-propylene diblock copolymeric materials / A. Dasari, J. Rohrmann, R.D.K. Misra // Materials Science and Technology. - 2003. - Vol. 19. - P. 1458-1466.

96. Dasari, A. Atomic force microscopy characterisation of scratch deformation in long and short chain isotactic polypropylenes and ethylene-propylene copolymers / A. Dasari, J. Rohrmann, R.D.K. Misra // Materials Science and Technology. - 2003. - Vol. 19. - P. 1298-1308.

97. Dasari, A. On the scratch deformation of micrometric wollastonite reinforced polypropylene composites / A. Dasari, J. Rohrmann, R.D.K. Misra // Materials Science and Engineering: A. - 2004. - Vol. 364. - P. 357-369.

98. Zhang, S.L. Slip process of stick-slip motion in the scratching of a polymer / S.L. Zhang, J.C.M. Li // Materials Science and Engineering: A. - 2003. - Vol. 344. -P. 182-189.

99. Tong, J. Effects of the wollastonite fiber modification on the sliding wear behavior of the UHMWPE composites / J. Tonga, Y. Ma, M. Jiang // Wear. - 2003. -Vol. 255. - P. 734-741.

100. Wang, F.C. Microscopic asperity contact and deformation of ultrahigh molecular weight polyethylene bearing surfaces/Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers / F.C. Wang, Z.M. Jin, H. McEwen, J. Fisher // Journal of Engineering in Medicine. - 2003. - Vol. 217. - P. 477-490.

101. Fisher, J. Tribology of alternative bearings / J. Fisher, Z. Jin, J. Tipper, M. Stone, E. Ingham // Clinical Orthopaedics and Related Research, - 2006. - Vol. 453. -P. 25-34.

102. Jin, Z.M. Large femoral heads for cross-linked UHMWPE cups, / Z.M. Jin // 48th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society. - 2002. - No. 990. - P. 1

103. Fusaro, R.L. Effect of sliding speed and contact stress on tribological properties of ultra-high-molecularweight polyethylene / R. L. Fusaro // NASA Technical Paper. - 1982. - Vol. 2059. - P. 1-21.

104. Kurtz, S.M. UHMWPE Biomaterials Handbook: Ultra High Molecular Weight Polyethylene in Total Joint Replacement and Medical Devices / S.M. Kurtz -3rd Edition. - William Andrew Publishing: Norwich, NY, USA, 2016. - P. 840.

105. Wang, S. The mechanical property and tribological behavior of UHMWPE: Effect of molding pressure / S. Wang, S. Ge // Wear. - 2007. - Vol. 263. - P. 949-956.

106. Wang, Y. Friction and wear characteristics of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) composites containing glass fibers and carbon fibers under dry and water-lubricated conditions / Y. Wang, Z. Yin, H. Li, G. Gao, X. Zhang // Wear. - 2017. - Vol. 380-381. - P. 42-51.

107. Izdebska, J. Printing on Polymers: Fundamentals and Applications / J. Izdebska, S. Thomas -William Andrew Publishing: Norwich, NY, USA, 2016. - P. 2139.

108. Panin, S.V. Comparison of mechanical and tribotechnical properties of polymer composites made of UHMWPE powders of different size / S.V. Panin, Q. Huang, L.A. Kornienko, V.O. Alexenko, B.B. Ovechkin // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2051. - P. 020230.

109. Saikko, V. Effect of contact area on the wear and friction of UHMWPE in circular translation pin-on-disk tests / V. Saikko // Journal of Tribology. - 2017. - Vol. 139. - P. 061606.

110. Chukov, D. I. Investigation of structure, mechanical and tribological properties of short carbon fiber reinforced UHMWPE-matrix composites / D. I. Chukov, A.A. Stepashkin, A.V. Maksimkin, V.V Tcherdyntsev, S.D. Kaloshkin, K.V. Kuskov, V.I. Bugakov // Composites Part B: Engineering. - 2015. - Vol. 76. - P. 79 -88.

111. Cao, S Mechanical and tribological behaviors of UHMWPE composites filled with basalt fibers / S Cao, H Liu, S Ge, G Wu // Journal of Reinforced Plastics and Composites. - 2011. - Vol. 30, № 4. - P. 347-355.

112. Briscoe, B.J. Tribological applications of polymers and composites: Past, present and future prospects / Brian J. Briscoe, Sujeet K. Sinha // Elsevier. - 2008. - P. 1-14.

113. Galetz, M.C. Carbon Nanofibre-Reinforced Ultrahigh Molecular Weiht Polyethylene for Tribological Applications / M.C. Galetz, T. Blar, H. Ruckdaschel, K.W. Sandler, V. Alstadt // Journal of Applied Polymer Science, - 2007. - Vol. 104. -P. 4173-4181.

114. Lee, E.M. Rheological properties of UHMWPE/iPP blends / Eon Mi Lee, Young Se Oh, Hyun Soo Ha, Byung Kyu Kim // Polymers for Advanced Technologies. - 2009 - Vol. 20, № 12. - P. 1121-1126.

115. Zhai, W. Segregated conductive CNTs/HDPE/UHMWPE composites fabricated by plunger type injection molding / Wei Zhai, Ruizhou Sun, Hongling Sun // Materials Letters. - 2018. - Vol. 229. - P. 13-16.

116. Chen, J. Graphene oxide/PVA inorganic/organic interpenetrating hydrogels with excellent mechanical properties and biocompatibility / J. Chen, X. Shi, L. Ren, Y. Wang // Carbon. - 2017. - Vol. 111. - P. 18-27.

117. Torry, S.A. Kinetic analysis of organosilane hydrolysis and condensation / S.A. Torry, A. Campbell, A.V. Cunliffe, D.A. Tod // International Journal of Adhesion and Adhesives. - 2006, - Vol. 26, № 1-2. - P. 40-49.

118. Dyer, S.R. Effect of fiber position and orientation on fracture load of fiber-reinforced composite / Scott R. Dyer, Lippo V.J. Lassila, Mikko Jokinen, Pekka K. Vallittu, // Dental Materials. - 2004. - Vol. 20, № 10. - P. 947-955.

119. Wollastonite A to Z (supplier application guide, IN-403-05-1), Nyco Minerals Inc.- 2005.

120. Improving adhesive performance / R. Lemke, J.U. Zilles // Adhes Adhes Sealants, - 2010. - Vol. 7. - P. 16-18.

121. Tolinski, M. Additives for Polyolefins: Getting the Most out of Polypropylene, Polyethylene and TPO / Michael Tolinski. - William Andrew, 2015. -P.71.

122. Панин, С.В. Влияние размера исходного полимерного порошка и способа аппретирования волокон волластонита на механические и трибологические свойства композитов на основе СВМПЭ / С.В. Панин, Хуан Цитао, Д.Г. Буслович, Л.А. Корниенко, В.О. Алексенко // Фундаментальные проблемы современного материаловедения, - 2020. - Т. 17. - С. 312-322.

123. Кинлок, Э. Адгезия и адгезивы. Наука и технология / Э. Кинлок. - М.: Мир, 1991. - 484 с.

124. Mimaroglu, A. Friction and wear performance of pure and glass fibre reinforced polyether-imide on polymer and steel counterface materials / A. Mimaroglu, H. Unal, T. Arda // Wear. - 2007. - Vol. 262, № 11-12. - P. 1 407-1 413.

125. Kim, J.K. Nanoscale characterization of interphase in silane treated glass fibre composites / Jang Kyo Kim, Man Lung Sham, Jinshen Wu. // Composites, part A. - 2001. - Vol. 32. - P. 607-618.

126. Кербер, М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Уч. пос. / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин; Под ред. А.А. Берлина. - 3 изд., испр. - Санкт-Петербург: Профессия, 2011. -560с

127. Borisova, R.V. Bromination of UHMWPE surface as a method of changing adhesion to nanoparticles / R. V. Borisova, A. M. Spiridonov, T. A. Okhlopkova, L. A. Nikiforov, A. N. Golikov, N. V. Shadrinov, A. A. Okhlopkova // Materials Today Communications. - 2018. - Vol. 14. - P. 65-71.

128. Patil, A.N. UHMWPE for Biomedical Applications: Performance and Functionalization / Avinash N. Patil, J. Njuguna, B. Kandasubramanian // European Polymer Journal. - 2020. - Vol. 125 - P. 109529.

129. Weston, J.W. Improved wear and mechanical properties of UHMWPE-carbon nanofiber composites through an optimized paraffin-assisted melt-mixing process / J. Wood Weston, G. Maguire Russ, Wei Hong Zhong, // Composites Part B: Engineering. -2011. - Vol. 42, № 3. - P. 584-591.

130. Han, Y. Experimental investigation on tribological properties of UHMWPE with the addition of basalt fiber / Y. Han, J. Chen // Advanced Composites Letters. -2019. - Vol. 28. - P. 1-8.

131. Bakshi, S.R. Synthesis and characterization of multiwalled carbon nanotube reinforced ultra-high molecular weight polyethylene composite by electrostatic spraying technique / S.R. Bakshi, J.E. Tercero, A. Agarwal // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2007. - Vol. 38. - P. 2493-2499.

132. Tong, J. Free abrasive wear behavior of UHMWPE composites filled with wollastonite fibers / J. Tong, Y. Ma, R. D. Arnell, L. Ren, // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2006. - Vol. 37, № 1. - P. 38-45.

133. Yamaguchi, S. Development of novel bioactive composites by electrophoretic deposition / S. Yamaguchi, T. Yabutsuka, M. Hibino, T. Yao // Materials Science and Engineering: C. - 2009. - Vol. 29, № 5. - P. 1584-1588.

134. Panin, S.V. Functionalization of powder and fibrous microfillers for UHMWPE by treatment with polyorganosiloxane / S. V. Panin, L. A. Kornienko, Q. Huang. V. O. Alexenko, L. R. Ivanova // AIP Conference Proceedings. - 2017. - Vol. 1915. - P.030016.

135. Panin, S.V. Increasing Wear Resistance of UHMWPE by Loading Enforcing Carbon Fibers: Effect of Irreversible and Elastic Deformation, Friction Heating, and Filler Size / S.V. Panin, L.A. Kornienko, V.O. Alexenko, D.G. Buslovich, S.A. Bochkareva, B.A. Lyukshin // Materials. - 2020. - Vol. 13. - P.338.

136. Bochkareva, S.A. Development of a Wear-Resistant Extrudable Composite Material Based on an Ultrahigh-Molecular Polyethylene with Predetermined Properties

/ S. A. Bochkareva, N. Yu. Grishaeva, D. G. Buslovich, L. A. Kornienko, B. A. Lyukshin, S. V. Panin, I. L. Panov, Yu. V. Dontsov // Division for Materials Science. -2020. - Vol. 56, № 1. - P. 15-26.

137. Панин, С.В. Механические и триботехнические свойства композитов на основе СВМПЭ со стекловолокном, функционализированным силансодержащими модификаторами (часть 1) / С.В. Панин, Л.А. Корниенко, Хуан Цитао, Д. Г. Буслович, В. О. Алексенко // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2019. - Т. 8. - С. 354-360.

138. Liu, X. Study on the creep and recovery behaviors of UHMWPE/CNTs composite fiber / X. Liu, S. Zhang, X.j. Xu // Fibers Polymers. -2013. - Vol. 14. - P. 1635-1640.

139. Park, S.J. Effect of silane coupling agent on interphase and performance of glass filers/unsaturated polyester composites / S.J. Park, J.S. Jin // Journal of Colloid and Interface Science. - 2001. - Vol. 242, № 1. - P. 174-179.

140. Panin, S.V. Comparison of mechanical and tribotechnical properties of UHMWPE reinforced with basalt fibers and particles / S.V. Panin, L.A. Kornienko, V.O. Alexenko, Huang Qitao, L.R. Ivanova // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. - 2016. - Vol. 156, №1. - P. 170-176.

141. Loughlin, T.M. Wear of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) in total knee prostheses: a review of key influences / T. M Loughlin, AG. Kavanagh. // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part H Journal of Engineering in Medicine. - 2000. - Vol. 214. - P. 349- 359.

142. Liu, T. Enhanced wear resistance of high-density polyethylene composites reinforced by organosilane-graphitic nanoplatelets / T. Liu, B. Li, B. Lively, A. Eyler, W. Zhong, // Wear. - 2014. - Vol. 309, № 1-2. - P. 43-51.

143. Kumar, R.M. Effects of carbon nanotube aspect ratio on strengthening and tribological behavior of ultra high molecular weight polyethylene composite / R.M. Kumar, S.K. Sharma, B.V.M. Kumar, D. Lahiri // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2015. - Vol. 76. - P. 62-72.

144. Панин, С.В. Механические и триботехнические свойства композитов на основе СВМПЭ со стекловолокном, функционализированным силансодержащими модификаторами (часть 2) / С.В. Панин, Л.А. Корниенко, Хуан Цитао, Д.Г. Буслович, В.О. Алексенко // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2019. - Т. 9. - С. 407-414.

145. Kutz, M. Applied Plastics Engineering Handbook / Myer Kutz. - Second Edition. - William Andrew Publishing, 2017. - P. 555-572.

146. Seymour, R.B. High Performance at Medium Fibre Length in Long Glass Fibre Polypropylene / W. Schijve // Plastics Additives and Compounding. - 2000. -Vol. 2, № 12. - P. 14-21.

147. Seymour, R.B. History of polymeric composites / R.B. Seymour, R.B. Deanin. - VSP: Utrecht, The Netherlands, 1987. - P. 105-139.

148. Ishida, H. Molecular orientation of the coupling agent interphase of fiberglass reinforced plastics / H. Ishida, J.L. Koenig // Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition. - 1979. - Vol. 17. - P. 1807.

149. Chaudhaury, M.K. Study of adhesion through interdiffusion and IPN formation in the interphase region of composites / M.K. Chaudhaury, T.M. Gentle, E.P. Plueddemann // Journal of Adhesion Science and Technology. - 1987. - Vol. 1. - P. 29-38.

150. Pape, P.G. Improvements in silane coupling agents for more durable bonding at the polymer-reinforcement interface / P.G. Pape, E.P. Plueddemann // Eng Plas. - 2013. -Vol. 6. - P 196-207.

151. Shirin, S. Silane Coupling Agents in Polymer-Based Reinforced Composites / Shokoohi, Shirin, Ahmad Arefazar, and Ramin Khosrokhavar // Journal of Reinforced Plastics and Composites. - 2008. -Vol. 27, № 5. - P. 473-480.

152. Patent №: US. 4,231,910A from 4, 11, 1980. E.P. Plueddemann,

153. Coulter, D.R. Chemical bonding technology for terrestrial photovoltaic modules / D.R. Coulter, E.F. Cuddihy, E.P. Plueddemann. - Publication, NASA Jet Propulsion Lab, Pasadena, 1983. - P 83-86.

154. Адериха, В.Н. О влиянии органофилизации аэросила на трибологические свойства малонаполненных композитов СВМПЭ / В.Н. Адериха, В.А. Шаповалов, А.П. Краснов, Ю.М. Плескачевский // Трение и износ. - 2008. -№ 4. - с. 421-427.

155. Liu, T. Enhanced wear resistance of high-density polyethylene composites reinforced by organosilane-graphitic nanoplatelets / Tian Liu, Bin Li, Brooks Lively, Allen Eyler, Wei-Hong Zhong // Wear. - Vol. 309, № 1-2. - 2014, - P. 43-51.

156. Torry, S.A. Kinetic analysis of organosilane hydrolysis and condensation / S.A. Torry, A. Campbell, A.V. Cunliffe, D.A. Tod // International Journal of Adhesion and Adhesives. - Vol. 26, №. 1-2, 2006. - P. 40-49.

157. Panin, S.V. Increasing Wear Resistance of UHMWPE by Loading Enforcing Carbon Fibers: Effect of Irreversible and Elastic Deformation, Friction Heating, and Filler Size / Sergey V. Panin, Lyudmila A. Kornienko, Vladislav O. Alexenko, Dmitry G. Buslovich, Svetlana A. Bochkareva, Boris A. Lyukshin // Materials. - 2020. - Vol. 13 - P. 338.

158. Hussain, M. Ultra-High-Molecular-Weight-Polyethylene (UHMWPE) as a Promising Polymer Material for Biomedical Applications: A Concise Review / Muzamil Hussain, Rizwan Ali Naqvi, Naseem Abbas, Shahzad Masood Khan, Saad Nawaz, Arif Hussain, Nida Zahra, Muhammad Waqas Khalid // Polymers. - 2020. -Vol. 12. - P. 323.

159. Maksimkin, A. Comparison of shape memory effect in UHMWPE for bulk and fiber state, / Aleksey Maksimkin, Sergey Kaloshkin, Mikhail Zadorozhnyy, Victor Tcherdyntsev // Journal of Alloys and Compounds. - 2014. - Vol. 586. - P. 214-217.

160. Bochkareva, S.A. Development of a wear-resistant extruded composite material based on an ultrahigh-molecular polyethylene with predetermined properties / S.A. Bochkareva, N.Yu. Grishaeva, D.G Buslovich., L.A. Kornienko, B.A. Lyukshin, S.V. Panin, I.L. Panov, Yu.V. Dontsov // Mechanics of composite materials. - 2020. -Vol. 56, No. 1, - P. 1-16.

161. Liu, T. Enhanced wear resistance of high-density polyethylene composites reinforced by organosilane-graphitic nanoplatelets / T. Liu, B. Li, B. Lively, A. Eyler, W. Zhong // Wear. - 2014. - Vol. 309, №. 1-2. - P. 43-51.

162. Chen, J. Graphene oxide/PVA inorganic/organic interpenetrating hydrogels with excellent mechanical properties and biocompatibility / J. Chen, X. Shi, L. Ren, Y. Wang // Carbon. - 2017. - Vol. 111. - P. 18-27.

163. Ge, S. Increasing the wear resistance of UHMWPE acetabular cups by adding natural biocompatible particles / S. Ge, S. Wang, X. Huang // Wear. - 2009. -Vol. 267, №. 5-8. - P. 770-776.

164. Torry, S.A. Kinetic analysis of organosilane hydrolysis and condensation / S.A. Torry, A. Campbell, A.V. Cunliffe, D.A. Tod // International Journal of Adhesion and Adhesives. - 2006. - Vol. 26, №. 1-2. - P. 40-49.

165. Bochkareva, S.A. A unified approach to determining the effective physicomechanical characteristics of filled polymer composites based on variational principles / S.A. Bochkareva, N.Y. Grishaeva, B.A. Lyukshin, P.A. Lyukshin, N.Y. Matolygina, S.V. Panin, Y.A. Reutov // Mechanics of Composite Materials. - 2019. -Vol. 54, №. 6. - P. 775-788.

166. Panin, S.V. Receiving the Recipe of the Compositions Based on UHMWPE with the Assigned Properties / S.V. Panin, N.Yu. Grishaeva, P.A. Lyukshin, B.A. Lyukshin, I.L. Panov, S.A. Bochkareva, N.Yu. Matolygina, V.O. Alexenko // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. - Vol. 10, №. 2. - P. 299-304.

167. Panin, S.V. Computer aided design of extrudable polymer-polymer UHMWPE composites with specified antifriction and mechanical properties / S.V. Panin, S.A. Bochkareva, D.G. Buslovich, L.A. Kornienko, B.A. Lyukshin, I.L. Panov, S.V. Shilko // Journal of Friction and Wear. - 2019. - Vol. 40, №. 6. - P. 661-672.

168. Panin, S.V. Material Design Methodology for Optimized Wear-Resistant Thermoplastic-Matrix Composites Based on Polyetheretherketone and Polyphenylene Sulfide / S.V. Panin, B.A. Lyukshin, S.A. Bochkareva, L.A. Kornienko, N.D. Anh, L.T.M. Hiep, I.L. Panov, N.Y. Grishaeva // Materials. - 2020, - Vol. 13, №. 3. - P. 524.

169. Bergh, J. Interpolation Spaces. Part of the Grundlehren der mathematischen Wissenschaften book series / J. Bergh, J. Lofstrom, - Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, Germany, 1976. - P. 175.

170. Панин, С.В. Функционализация порошковых и волокнистых микронаполнителей для СВМПЭ обработкой в полиорганосилоксане / С.В. Панин, Л.А. Корниенко, Хуан Цитао, В. О. Алексенко, Л. Р. Иванова // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2018. - Т. 3. - С. 7-15.

171. Panin, S.V. Efficiency of glass fibers functionalization with different silane-containing modifiers for improving mechanical and tribotechnical properties of ultra-high-molecular weight polyethylene composites / S.V. Panin, Huang Qitao L.A. Kornienko, D.G. Buslovich, V.O. Alexenko // AIP Conference Proceedings. - 2019. -Vol. 2141. - P. 040006.

172. Panin, S. V. Effect of UHMWPE powder size onto tribological and mechanical properties of composites loaded with functionalized chopped glass fibers / S. V. Panin, Huang Qitao, L. A. Kornienko, V. O. Alexenko, D. G. Buslovich // AIP Conference Proceedings. - 2019. - Vol. 2141. - P. 020265.

173. Panin, S. V. Effect of type and size of KH550 modified filler on mechanical and tribotechnical properties of UHMWPE composites / Panin, S. V., Huang Qitao, L. A. Kornienko, D. G. Buslovich, V. O. Alexenko // AIP Conference Proceedings. - 2019. - Vol. 2167. - P. 020268.

174. Panin, S.V. Design of Wear-Resistant UHMWPE-Based Composites Loaded with Wollastonite Microfibers Treated with Various Silane Coupling Agents / S.V. Panin, Huang Qitao; V.O. Alexenko, D.G. Buslovich, L.A. Kornienko, F. Berto, S.A. Bochkareva, I.L. Panov, N.V. Ryabova // Applied Sciences. - 2020. - Vol. 10, № 13. - P.4511.

Приложение

TOMSK S POLYTECHNIC I UNIVERSITY I

TOMSK &BE1 ТОМСКИЙ POLYTECHNIC ЩШЩ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ UNIVERSITY ■■■ УНИВЕРСИТЕТ

ТОМСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (ТПУ)

Акт

о внедрении результатов кандидатской диссертации Цитао Хуана в учебный процесс ТПУ

Настоящим подтверждаем, что результаты диссертации Хуана Цитао «Влияние функционализацинеплановыми реагентами кремнийсодержащих волокон на структуру, механические и трибологические свойства СВМПЭ-композитов». представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.09 Материаловедение (машиностроение), используются в учебном процессе в Отделении материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий Национального исследовательского Томского политехнического университета при подготовке образовательной дисциплины «Современные проблемы наук о материалах ипроцессах» для магистров по направлению 22.04.01 - Материаловедение и технологии материалов.

Директор инженерной школы

Руководитель Отделения Материаловедения

инженерной школы новых--------------[х технологий

.А. Клименов