Разработка антифрикционных трехкомпонентных композитов на основе полиимида и полиэфиримида с углеродными волокнами и твердосмазочными наполнителями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ло Цзянкунь

• Ло Цзянкунь
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ло Цзянкунь

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Полимерные материалы для трибологического применения

1.1.1 Структура, свойства и применение полиимида и полиэфиримида

1.2 Трение и износ полимеров

1.2.1 Трибологические характеристики полимеров

1.2.2 Механизм трения и износа полимеров

1.2.3 Влияние условий испытаний на трибологические свойства полимера

1.2.4 Влияние схемы испытания на износ

1.3 Механизмы трения и износа полиимида и полиэфиримида

1.4 Способы повышения износостойкости композитов на основе полиимида/полиэфиримида

1.4.1 Композиты на основе полиимида/полиэфиримида, армированные волокнистыми наполнителями

1.4.2 Повышение адгезии между волокнами и матрицей

1.4.3 Наполнение полиимида/полиэфиримида твердосмазочными частицами

1.5 Постановка задачи исследований

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Материалы исследований

2.2 Методики исследований

3 СТРУКТУРА, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОСМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО ПОЛИИМИДА, НАПОЛНЕННОГО ФТОРОПЛАСТОМ И ОТТОЖЖЕННЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ

3.1 Введение к главе

3.2 Влияние отжига коротких углеродных волокон на механические и трибологические свойства твердосмазочных композитов на основе термопластического полиимида

3.3 Варьирование нагрузочно-скоростных параметров при трении по металлическому контртелу

Выводы по главе

4 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ И СХЕМЫ ТРИБОНАГРУЖЕНИЯ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗНАШИВАНИЮ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ТВЕРДОСМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДА

4.1 Введение к главе

4.2 Структура и физико-механические свойства композитов на основе полиимида

4.3 Трибологические испытания по схеме «шар-по-диску»

4.4 Разработка оптимального состава трехкомпонентных высокопрочных износостойких композитов на основе полиимида (схема «шар-по-диску»)

4.5 Испытания по металлическому контртелу по схеме «вал-колодка»

4.6 Обсуждение результатов

Выводы по главе

5 РОЛЬ ПЛЕНКИ ПЕРЕНОСА В ФОРМИРОВАНИИ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТИФРИКЦИОННЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДА И ПОЛИЭФИРИМИДА ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

5.1 Введение к главе

5.2 Структура и физико-механические свойства композитов на основе полиэфиримида

5.3 Трибологические характеристики антифрикционных композитов на основе полиэфиримида

5.4 Высокотемпературные трибологические испытания композитов на основе полиэфиримида

5.5 Сравнительный анализ высокотемпературных трибологических характеристик композитов на основе полиэфиримида и полиимида

Выводы по главе

6 РОЛЬ И ЭВОЛЮЦИЯ ТРИБОСЛОЯ В ФОРМИРОВАНИИ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТИФРИКЦИОННЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДА И ПОЛИЭФИРИМИДА ПРИ ЛИНЕЙНОМ КОНТАКТЕ

6.1 Введение к главе

6.2 Трибоиспытания по схеме «вал-колодка»

6.3 Обсуждение результатов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка антифрикционных трехкомпонентных композитов на основе полиимида и полиэфиримида с углеродными волокнами и твердосмазочными наполнителями»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Полиимид (ПИ) и полиэфиримид (ПЭИ) представляют класс конструкционных материалов с гармоничным сочетанием таких важных физико-механических и функциональных свойств, как высокая тепло- и термостойкость, огнестойкость, химическая, радиационная и фотостойкость, прочность при разрыве и высокий модуль упругости, а также сохранением работоспособности в широком интервале температур. Они находят применение в автомобилестроении, в космической промышленности и самолетостроении, в медицине и др. Однако, несмотря на все присущие им достоинства, ПИ и ПЭИ весьма редко применяются для изготовления деталей трибоузлов, поскольку в ненаполненном виде испытывают значительный износ при сухом трении скольжения. Повышение сопротивления изнашиванию ПИ и ПЭИ композитов является актуальной научно-технической проблемой.

Создание многокомпонентных композитов, в которых каждый наполнитель выполняет определенную функцию, является эффективным подходом. Исследования в рамках тематики настоящей диссертации ориентированы на приложения к разработке антифрикционных материалов для машиностроения, включая высокотемпературные высоконагруженные узлы трения (подшипники, шестерни, зубчатые передачи), а также уплотнительные (насосы, клапаны, задвижки) для металло- и керамополимерных трибосопряжений.

Степень разработанности темы исследования. Заметный вклад в исследования структуры, а также механизмов изнашивания и повышения износостойкости ПИ и ПЭИ внесли P. Samyn, Jayashree Bijwe, Zhong Zhang, Qihua Wang, Tingmei Wang, Fengyuan Yan, Shao-Yun Fu, С.Д. Калошкин, Ф.С. Сенатов, Н.А. Адаменко и др. Однако, несмотря на большое количество опубликованных работ, в настоящее время известно небольшое число публикаций, посвященных системным исследованиям влияния состава и структуры на механические и триботехнические свойства. Практически отсутствуют обобщенные данные о закономерностях изнашивания ПИ и ПЭИ и композитов на их основе при трении

скольжения по различным по составу (твердости и теплопроводности) контртелам при разных условиях (включая схемы трибоконтакта, интервалы температур и разные нагрузочно-скоростные режимы Р*У).

Целью диссертационного исследования является разработка и определение рационального состава высокопрочных антифрикционных трехкомпонентных композитов на основе ПИ и ПЭИ, наполненных армирующими рубленными или молотыми углеродными волокнами, а также твердосмазочными микрочастицами (ПТФЭ, графит и MoS2) для эксплуатации в узлах трения без смазочной среды (сухое трение скольжения).

Задачи:

1. Исследовать структуру, а также механические и трибологические характеристики композитов на основе термопластичного полиимида (ПИ), наполненных политетрафторэтиленом (ПТФЭ) и молотыми углеродными волокнами (МУВ, длиной 200 мкм), отожженными с целью увеличения адгезии к полимерной матрице. Разработать трехкомпонентный композит на основе ПИ для применения в безсмазочных узлах трения скольжения металло- и керамо-полимерных трибосопряжений (точечный контакт) при различных нагрузочно -скоростных режимах.

2. Определить рациональный состав антифрикционного композита на основе ПИ, наполненного твердосмазочными частицами различной природы (полимерные - ПТФЭ, кристаллические - графит и MoS2) и одновременно армированных отожжёнными рубленными углеродными волокнами (РУВ, 1=2 мм), для применения в узлах трения в условиях металло-полимерных и керамо-полимерных трибосопряжений. Оценить влияние типа твердосмазочного наполнителя на сопротивление изнашиванию в зависимости от типа трибоконтакта (точечный/линейный).

3. Провести сопоставительное сравнение структуры и трибологических характеристик при точечном контакте трехкомпонентных композитов на основе ПИ и ПЭИ, наполненных частицами ПТФЭ, графита и MoS2, а также армированных РУВ (1=2 мм), при повышенных температурах испытаний Т=23-

180(240) °С. Изучить закономерности формирование пленки переноса на контртеле и трибопленки на поверхности скольжения полимерных композитов в зависимости от типа полимерной матрицы и температуры трибоиспытаний.

4. Провести сопоставительное сравнение трибологических характеристик трехкомпонентных композитов на основе ПИ и ПЭИ, наполненных частицами ПТФЭ, графита и MoS2, а также армированных РУВ, при трибоиспытаниях по схеме «вал-колодка» (линейный контакт) при комнатной температуре Т=23 °С при варьировании нагрузочно-скоростных режимов. Выявить закономерности формирования и роль трибослоя в обеспечении триботехнических свойств.

Научная новизна исследования.

1. В работе впервые обобщены и систематизированы закономерности формирования структуры, а также механических и трибологических свойств при сухом трении скольжения по металлическому и керамическому контртелам трехкомпонентных композитов на основе ПИ, наполненных политетрафторэтиленом (ПТФЭ) и молотыми углеродными волокнами (МУВ, /=200 мкм), отожженными с целью увеличения адгезии к полимерной матрице.

2. Впервые установлена роль трибопленки на поверхности скольжения в формировании трибологических свойств высокопрочных антифрикционных композитов на основе ПИ и ПЭИ в диапазоне температур испытаний 23 ^ 180240 °С в зависимости от типа твердосмазочного наполнителя. Установлено влияние типа полимерной матрицы в закреплении трибопленки на поверхности скольжения трехкомпонентных композитов на основе ПИ и ПЭИ при испытаниях в условиях точечного контакта (по схеме «шар-по-диску»).

3. Для линейного трибоконтакта (схема «вал-колодка») в условиях высокой шероховатости контртела (^=0,2-0,3 мкм) определены закономерности формирования трибослоя, обеспечивающего для высокопрочных антифрикционных композитов на основе ПИ и ПЭИ кратное повышение сопротивления изнашиванию в интервале нагрузок (Р=10-180 Н) и скоростей (К=0,1-0,5 м/с) для металло- и керамо-полимерных трибосопряжений.

Теоретическая и практическая значимость диссертации и

использование полученных результатов. Результаты, представленные в диссертационной работе, расширяют научные представления в области материаловедения и заключаются в выявлении закономерностей формирования структуры и механизма повышения сопротивления изнашиванию композитов на основе полиимида и полиэфиримида в условиях сухого трения скольжения по стальному и керамическому контртелам в разных условиях (схемы испытаний, высокие температуры, варьирование нагрузки и скорости скольжения). Для различных режимов трибоиспытаний обоснована возможность повышения износостойкости полиимида и полиэфиримида путем одновременного введения армирующих отожжённых углеродных волокон и твердосмазочных частиц (политетрафторэтилен, либо графит, MoS2). Получил дальнейшее развитие подход к проектированию многокомпонентных антифрикционных полиимид- и полиэфиримид-композиций с заданными механическими трибологическими свойствами.

Трехкомпонентные композиты на основе термопластичных полиимида и полиэфиримида, наполненные армирующими углеволокнами и твердосмазочными частицами (политетрафторэтилен, графит, MoS2) рекомендуются для изготовления деталей, работающих в металло-полимерных и керамо-полимерных узлах трения в отсутствии смазочной среды при разных условиях эксплуатации (различные схемы трибоконтакта, высокие температуры, различные нагрузки и скорости): поршневые уплотняющие кольца, подшипники скольжения, шестерни, рабочие колеса наносов, зубчатые колеса, вентили, детали двигателей (уплотнения) с обеспечением высокой износостойкости, в том числе при повышенных температурах эксплуатации.

Результаты исследования были использованы при выполнении государственных научных программ, проектов фундаментальных научных исследований государственных академий наук:

- проект № 111.23.1.3. «Научные основы многоуровневого подхода к мониторингу, оценке механического состояния и диагностике предразрушения конденсированных сред и мягкой материи (soft matter)», выполненный в рамках

Программы фундаментальных исследований Сибирского отделения Российской академии наук (2017-2020 гг., руководитель - С. В. Панин);

- проект № 20-58-00032 Бел_а «Создание бионически адекватного полимер-полимерного эндопротеза сустава», выполненный при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (2020-2022 гг., руководитель - Б. А. Люкшин);

- проект № КТМЕЕ160417Х0154 «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», выполненный в рамках Федеральной целевой программы Минобрнауки России (2017-2018 гг., руководитель - С. В. Панин).

Методология и методы диссертационного исследования. Основными методами исследования в работе являются растровая электронная микроскопия, оптическая микроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, рентгенофазовый анализ, наноиндентирование, скрэтч-тестирование. Использованы методы измерения физико-механических свойств и триботехнические испытания, а также методы планирования эксперимента и статистической обработки данных.

Положения, выносимые на защиту

1. Атмосферный отжиг армирующих молотых углеродных волокон является эффективным способом повышения прочностных (модуль упругости возрастает с 4,5 до 5,2 ГПа) и триботехнических свойств (интенсивность изнашивания при точечном металло-полимерном контакте снижается до 3-х раз) трехкомпонентного композита ПИ/10ПТФЭ/10МУВ, что обусловлено повышением шероховатости поверхности и лучшим сцеплением с полимером, и, в свою очередь, благоприятствует удерживанию волокон в матрице и минимизирует возможность вырывания их фрагментов с последующим микроабразивным воздействием на поверхность трения.

2. Определяющая роль типа твердосмазочного мелкодисперсного наполнителя на сопротивление изнашиванию трехкомпонентных высокопрочных антифрикционных ПИ-композитов, заключающаяся в том, что при точечном контакте и низкой шероховатости контртела ^а=0,02 мкм наличие ПТФЭ за счет формирования пленки переноса и трибопленки повышает сопротивление изнашиванию до 290 раз для трения по стали ШХ15 и до 285 раз - по керамике 7г02. При линейном контакте и высокой шероховатости контртела ^=0,2 пленка переноса не способна закрепится на поверхности контртела и максимальной износостойкость достигается введением графита, когда сопротивление изнашиванию при трении по стали ШХ15 композита ПИ/10УВ/10Гр возрастает до 60 раз.

3. Формирование и закрепление пленки переноса на поверхности контретела и трибопленки на поверхности скольжения композита играют определяющую роль в формировании трибологических свойств трехкомпонентных высокопрочных твердосмазочных композитов на основе ПИ и ПЭИ в интервале температур испытаний Г=23^180(240)°С при точечном трибоконтакте с керамическим контртелом. В случае композита ПЭИ/10УВ/10ПТФЭ это обеспечивает стабильно низкий коэффициент трения ~0,1 и интенсивность изнашивания />0,3*10-6 мм3/Н*м в диапазоне Г=23^180°С, тогда как когда при более высоких температурах Т>180°С (и до 240°С) устойчивая пленка формируется и закрепляется на поверхности скольжения композита ПИ/10РУВ/23MoS2 за счет развития процессов окисления.

4. Механизм повышения сопротивления изнашиванию высокопрочных трехкомпонентных антифрикционных композитов на основе ПИ и ПЭИ в условиях линейного трибоконтакта (схема «вал-колодка»), основанный на формировании армированного разрушенными РУВ трибослоя, защищающего поверхность скольжения полимерного композита от режущего и пропахивающего воздействия неровностей на поверхности металлического/керамического контртел с ^а=0,2 мкм, закономерности формирования которого определяются нагрузочно скоростными режимами трибоиспытаний (Р- V).

Степень достоверности результатов. Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием современных исследовательских методов и оборудования, систематическим характером проведения экспериментов и измерений, статистической обработкой данных, результатами моделирования процессов изнашивания, а также согласованностью полученных результатов с данными подобных работ других авторов.

Апробация результатов. Результаты данной работы были представлены на всероссийских и международных семинарах и конференциях: XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, г. Уфа, 19-24 августа 2019 г; Международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология» (Поликомтриб-2019) 25-28 июня 2019 г., Гомель, Беларусь; 10-ая международная научно-техническая конференция «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства», 26 -29 февраля 2020 года, Омск, Россия; 2020 International Conference on Engineering Tribology and Applied Technology (ICETAT 2020). November 6-8, 2020, Chiayi, Taiwan; XIV Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций», 9-13 ноября 2020 г., Екатеринбург, XXVII Всероссийская конференция по численным методам решения задач теории упругости и пластичности, посвященная 100-летию со дня рождения Н.Н. Яненко,

5-9 июля 2021 г., Красноярск, Россия; Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии»,

6-10 сентября 2021 года, г. Томск, German-Russian Workshop "Russia and Germany in Tribology and Materials Science" 11 September 2021, Tomsk, Russia; Международная научная конференция «Механика и трибология транспортных систем - 2021», 09-10 ноября 2021 г., Ростов-на-Дону, РФ; V Международная научная конференция «Новые материалы и технологии в условиях Арктики», 1418 июня 2022 г., г. Якутск; 50th International Summer School Conference "Advanced Problems ion Mechnaics", June 20-24, 2022, St. Peterburg, Russia; Международная конференция «Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы

формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения», 5-8 сентября 2022 г. Томск, Россия.

Связь работы с научными программами и темами. Исследования выполнялись в рамках следующих тем: проект фундаментальных исследований государственных академий наук № III.23.1.3. «Научные основы многоуровневого подхода к мониторингу, оценке механического состояния и диагностике предразрушения конденсированных сред и мягкой материи (soft matter)» (20172020 гг.); грантов 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.) и НШ-2718.2020.8 «Иерархически организованные гетеромодульные композиты на металлической и полимерной основах: многоуровневое проектирование, новые методы получения, мониторинг деформационного поведения» (2020-2021 гг.).

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, проведении структурных исследований, а также механических и трибологических 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.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 5 статей в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук (из них 2 статьи в российских научных журналах, переводная версия которого входит в Scopus), 10 статей в зарубежных изданиях, входящих в Scopus.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Содержание диссертационной работы соответствует паспорту научной специальности 2.6.17.

Материаловедение (технические науки) по направлениям исследований «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» (п. 1 паспорта специальности); «Разработка физико-химических и физико-механических процессов формирования новых материалов, обладающих уникальными функциональными, физико-механическими, эксплуатационными и технологическими свойствами, оптимальной себестоимостью и экологической чистотой» (п. 4 паспорта специальности).

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка сокращений и обозначений, списка публикаций по теме диссертации и списка литературы из 178 использованных источников, а также 1 приложения. Всего 201 страница, в том числе 76 рисунков и 35 таблиц.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Полимерные материалы для трибологического применения

В связи с быстрым развитием таких отраслей промышленности как машиностроение, транспорт и аэронавтика, требования к изделиям из антифрикционных и износостойких материалов становятся все более высокими. По сравнению с традиционными металлическими износостойкими материалами, керамика и неметаллические износостойкие материалы могут иметь более высокие характеристики. Однако для керамических материалов сферы применения ограничены, прежде всего, их хрупкостью. По этой причине полимерные материалы находят все большее использование в области трибологии [1-3]. Ряд полимерных материалов обладает хорошими самосмазывающимися свойствами, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и малым весом. По этой причине в различных областях промышленности используются детали из полимеров (композитов) фрикционного назначения, которые постепенно заменяют металлические аналоги. Они являются идеальным материалом для изготовления таких деталей, как подшипники, уплотнения, шестерни, поршневые кольца и др. [4-8].

Пластмассы в зависимости от сферы применения, назначения и характеристик можно разделить на три основные категории (рисунок 1.1): пластмассы общего назначения, инженерные и специальные. К инженерным пластмассам относятся материалы, имеющие высокие механические характеристики (полиамид, полиформальдегид, поликарбонат, полифениленоксид и т. д.). Они могут использоваться в течение длительного времени при температуре от 100 до 150°С. Специальные инженерные пластмассы имеют более высокие характеристики и могут применяться при температурах выше 150°С (полифениловый эфир, полиарилат, полиэфирсульфон (ПЭС), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиимид (ПИ) и др.) [3, 9, 10].

С целью повышения температуры эксплуатации и продления срока службы

антифрикционных материалов, большая часть научных исследований сконцентрирована на термостойких полимерах, преимущественно для создания самосмазывающихся композитов. К числу часто используемых высокотемпературных полимеров относятся, в частности ПЭЭК, полифениленсульфид (ПФС), ПЭС, ПИ, полиэфиримид (ПЭИ) и т. д. [11-15].

Рисунок 1.1 - Пирамида полимерных материалов, включающая термопласты с аморфной или полукристаллической структурой

1.1.1 Структура, свойства и применение полиимида и полиэфиримида

Полиимид (ПИ) относится к классу полимерных материалов с высокой молекулярной массой, содержащих имидные кольца в основной молекулярной цепочке. Основная молекулярная цепь ПИ (рисунок 1.2, а, б) содержит структурные элементы, включающие имидное кольцо. Это обеспечивает ее высокие механические свойства, хорошую термическую стабильность и химическую инертность, способность к поглощению ударов и вибрации, высокую стабильность в вакууме и радиационную стойкость. В зависимости от структуры основной цепи ПИ можно разделить на алифатический и ароматический. Ароматический ПИ со структурой бензольного кольца обладает превосходными

механическими и термодинамическими свойствами благодаря своей жесткой структуре [16-21].

В зависимости от типа молекулярной связи в полимерной цепи выделяют два типа ПИ: термопластичный и термореактивный. Термопластичный полиимид, как правило, состоит из длинноцепочечных полимерных молекул, которые не пересекаются и размягчаются при температурах ниже плавления. Это обусловливает возможность его повторной переработки в отличие от термореактивного ПИ [22-24]. По сравнению с термопластами термореактивные пластмассы обладают более высокой термостойкостью, но более хрупкие. Поскольку термопластичные ПИ имеют превосходные механические свойства, стойкость к окислению и растворителям относительно термореактивного ПИ, они получили большее распространение [25-27].

(а) (б)

(в)

Рисунок 1.2 - Химическая структура алифатического (а), ароматического (б)

полиимида и полиэфиримида (в)

Полиэфиримид относится к важной категории термопластичных полиимидов. Его молекулярная структура содержит как имидную функциональную группу, так и эфирную структуру (рисунок 1.2, в). Таким образом, он не только обладает высокой термостойкостью, прочностью, модулем упругости, коррозионной стойкостью, изоляционной способностью, но и хорошей

стабильностью размеров, хорошими технологическими характеристиками, в частности, способностью формования традиционными методами: экструзии, литья под давлением и др.; также он обладает относительно невысокой ценой (таблица 1.1). Это делает ПЭИ более конкурентоспособным на рынке по сравнению с ПФС и поликарбонатом (РС) [28-30].

Таблица 1.1 - Свойства полиимида и полиэфиримида [31-34]

Свойства Полиимид Полиэфиримид

Плотность, г/см 1,35 1,30

Прочность на разрыв, МПа 110 125

Удлинение при разрыве, % 15 20

Модуль упругости при растяжении, МПа 2800 3000

Модуль упругости при изгибе, МПа 3100 3200

Ударная вязкость, кДж/м 244 450

Коэффициент трения 0,43 0,30

Температура стеклования, °С 260 210

Текучесть расплава Низкая Высокая

Стоимость, (руб./кг) 10 тыс. 5 тыс.

Благодаря вышеупомянутым преимуществам, ПИ и ПЭИ широко используются в машиностроении, приборостроении, микроэлектронике, авиации, аэрокосмической промышленности и других высокотехнологичных отраслях. Специфика его конкретных применений описана в работах [16-18]:

1) Машиностроение: изготовление деталей насосов, крыльчаток, шестерен, подшипников, прокладок, различных кронштейнов, рычагов и т. д.

2) Транспорт: аэрокосмический и автомобильный транспорт, огнестойкие и маслостойкие приборы, воздухопроводы, силовые рамы и пр.

3) Электроника и электротехника: пленка из полиимида в основном используется для электро- и теплоизоляции кабелей, интегральных схемах и др.

4) Другие области: протонообменные мембраны, биосовместимые материалы, упаковка пищевых продуктов и др.

1.2 Трение и износ полимеров

1.2.1 Трибологические характеристики полимеров

Коэффициент трения полимеров, используемых в трибологических целях, при скольжении по полимерам, металлам или керамике колеблется в диапазоне от 0,15 до 0,6 (за исключением политетрафторэтилена (ПТФЭ), который имеет очень низкий коэффициент трения около 0,05, что сравнимо с показателем обычных твердых смазочных материалов) [35, 36]. Перечень различных полимеров, используемых для трибологических применений, приведен в табл. 1.2 [33, 37-39].

Таблица 1.2 - Характеристики полимеров триботехнического назначения

Материал Коэффи циент Температура эксплуатаци Достоинства Недостатки

трения и, °С

Полиамид 0,1 - 0,3 -100 - 200 Низкий износ, высокая усталостная прочность и термостойкость Сорбция воды

Фторопласт 0,01 -0,05 -269 - 260 Низкое трение, устойчивость к агрессивным средам Ползучесть и низкая механическая прочность

Поликарбонат 0,2 - 0,5 -60 - 125 Высокая жесткость и устойчивость к агрессивным средам Низкая усталостная прочность

Полиолефины 0,1 - 0,3 -100 - 100 Высокая устойчивость Низкая механическая

(ПЭ, 1Ш) к агрессивным средам прочность

Термопластичес 0,3 - 0,6 -60 - 120 Высокая эластичность Высокий

кие эластомеры и устойчивость к атмосферным воздействиям коэффициент трения и низкая механическая прочность

Полиэфирэфирк 0,2 - 0,4 -30 - 250 Высокая Высокая цена

етон термостойкость, устойчивость к окружающей среде

Полифениленсул 0,2 - 0,5 -30 - 220 Высокая Высокая цена

ьфид износостойкость и усталостная стойкость

Полиимид 0,2 - 0,4 -270 - 300 Высокая усталостная прочность и термостойкость Высокая цена

Полиэфиримид 0,2 - 0,4 -170 - 200 Высокая усталостная прочность и устойчивость к агрессивным средам Высокая цена

Полимеры достаточно пластичны по сравнению с металлами или керамикой, их модуль упругости обычно составляет одну десятую или даже меньше по сравнению с ними. Полимеры пластифицируются при умеренных давлениях и температурах. Они используются для скольжения по твердым сопрягаемым поверхностям. Полимеры обычно демонстрируют низкое трение по сравнению с парами трения из металла и керамики. Однако из-за недостаточной жесткости и прочности полимер проявляет умеренный износ. Поэтому полимерные композиты используются для обеспечения баланса механической прочности и низкого трения и износа. Вводимые наполнители (в форме волокон и порошков) могут выполнять функции армирующих включений или твердых смазок. К их числу относятся угле- и стекловолокна, ПТФЭ, графит, MoS2 [4042].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ло Цзянкунь, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Fox M. Polymer Tribology / M. Fox // Lube Magazine. - 2016. - Vol. 135. -P. 32-37.

2. Leonardo I. Tribology of Polymer Matrix Composites Within the Automotive Industry / I. Leonardo, Farfan-Cabrera, Tapia-Gaspar Monica // Encyclopedia of Materials: Composites. - 2021. - P. 970-982.

3. Friedrich K. Polymer composites for tribological applications / K. Friedrich // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. - 2018. - Vol. 1. - P. 3-39.

4. Макаров В. Г. Промышленные термопласты / В. Г. Макаров, В. Б. Коптенармусов // М.: Химия, ЛОКОСС. - 2003. - 208 с.

5. Баженов С. Л. Полимерные композиционные материалы: Научное издание / С. Л. Баженов, А. А. Берлин, А. А. Кульков, В. Г. Ошмян // Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект». - 2010. - 352 с.

6. Wang J. Investigation of porous polyimide lubricant retainers to improve the performance of rolling bearings under conditions of starved lubrication / J. Wang, H. Zhao, W. Huang, X. Wang // Wear. - 2017. - Vol. 380-381. - P. 52-58.

7. Wan H. Influence of Polyfluo-Wax on the Friction and Wear Behavior of Polyimide/Epoxy Resin-Molybdenum Disulfide Bonded Solid Lubricant Coating / H. Wan, Y. P. Ye, L. Chen, J. Chen, H. Zhou // Tribology Transacations. - 2016. - Vol. 59.

- P. 889-895.

8. Hong M. S. Electromagnetic interference shielding behaviors of carbon fibers-reinforced polypropylene matrix composites: II. Effects of filler length control / M. S. Hong, W. K. Choi, K. H. An // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2014.

- Vol. 20. - P. 3901-3904.

9. Arit Das. Current understanding and challenges in high temperature additive manufacturing of engineering thermoplastic polymers / Das Arit, Camden A. Chatham, Jacob J. Fallon, Callie E. Zawaski, Eric L. Gilmer, Christopher B. Williams, Michael J. Bortner // Additive Manufacturing. - 2020. - Vol. 34. - P. 101218.

10. Медведева Т. П. Товароведение и экспертиза промышленных товаров из пластмасс: учебное пособие / Т. П. Медведева, Е. Г. Кащенко, Н. Е. Рябикова //

Оренбург: ГОУОГУ. - 2007. - 138 с.

11. Zhua J. Friction and wear behaviours of self-lubricating peek composites for articulating pin joints / J. Zhua, Le Mab, Rob Dwyer-Joycea // Tribology International. - 2020. - Vol. 149. - P. 105741.

12. Lv C. A fluorine-free superhydrophobic PPS composite coating with high thermal stability, wear resistance, corrosion resistance / C. Lv, H. Wang, Z. Liu, C. Wang, H. Li, Y. Zhao, Y. Zhu // Progress in Organic Coatings. - 2017. - Vol. 110. - P. 47-54.

13. Zhao Z. Mechanical and tribological properties of short glass fiber and short carbon fiber reinforced polyethersulfone composites: A comparative study / Z. Zhao, S. Du, F. Li, H. Xiao, Y. Li, W. Zhang, N. Hu, S. Fu // Composites Communications. -2018. - Vol. 8. - P. 1-6.

14. Hu C. Exploration on the tribological mechanisms of polyimide with different molecular structures in different temperatures / C. Hu, H. Qi, G. Zhao, J. Yu, Y. Zhang, H. He, J. Lai // Applied Surface Science. - 2021. - Vol. 560. - P. 150051.

15. Tiwari S. Adhesive wear performance of polyetherimide composites with plasma treated carbon fabric / S. Tiwari, J. Bijwe, S. Panier // Tribology International. -2011. - Vol. 44. - P. 782-788.

16. Ghosh M. Polyimides: Fundamentals and Applications / M. Ghosh // CRC Press. -1996. - 913 p.

17. Wilson D. 1 - Synthesis of aromatic polyimides from dianhydrides and diamines / D. Wilson, H. D. Stezenberger, P. M. Hergenrother // Polyimides. - 1990. -P. 1-21.

18. Mittal K. L. Polyimides: Synthesis, Characterization, and Applications / K. L. Mittal. - Springer Science, 2013. - 614 p.

19. Song J. Improved tribological properties of polyimide composites by micro-nano reinforcement / J. Song, Y. Yu, G. Zhao, J. Qiu, Q. Ding // Journal of Applied Polymer Science. - 2019. - Vol. 136. - P. 47900.

20. Mohamed M.G. Functional Polyimide/Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane Nanocomposites / M.G. Mohamed, S.W. Kuo // Polymers. - 2019. - Vol. 11. - P. 26.

21. Ando S. Effective Reduction of Volumetric Thermal Expansion of Aromatic Polyimide Films by Incorporating Interchain Crosslinking / S. Ando, M. Harada, T. Okada, R. Ishige // Polymers. - 2018. - Vol. 10. - P. 761.

22. W Y. Effect of molecular weight on tribological properties of thermosetting polyimide under high temperature / Y. W, T. W, Q. W // Tribol. Int. - 2014. - Vol. 78. -P. 47-59.

23. Fusaro Robert L. Molecular Relaxations, Molecular Orientation and the Friction Characteristics of Polyimide Films / Robert L. Fusaro // Tribology transcations.

- 2008, - Vol. 20. - P. 1-14.

24. Yang M. Preparation and wear resistance properties of thermosetting polyimide composites containing solid lubricant fillers / M. Yang, C. Zhang, G. Su, Y. Dong, T. D. Mekuria, Q. lv // Materials Chemistry and Physics. - 2020. - Vol. 241. - P. 122034.

25. Tan Z. H. Characteristics of fretting wear resistance for unfilled engineering thermoplastics / Z. H. Tan, Q. Guo, Z. P. Zhao, H. B. Liu, L. X. Wang // Wear. - 2011.

- Vol. 271. - P. 2269-2273.

26. Lv M. Friction and wear behaviors of carbon and aramid fibers reinforced polyimide composites in simulated space environment / M. Lv, F. Zheng, Q. Wang, T. Wang, Y. Liang // Tribology International. - 2011. - Vol. 92. - P. 246-254.

27. Qi H. Comparative study on tribological mechanisms of polyimide composites when sliding against medium carbon steel and NiCrBSi / H. Qi, G. Li, G. Liu, C. Zhang, G Zhang, T. Wang, Q. Wang // Journal of Colloid and Interface Science.

- 2017. - Vol. 506. - P. 415-428.

28. Sastri Vinny R. 8 - High-Temperature Engineering Thermoplastics: Polysulfones, Polyimides, Polysulfides, Polyketones, Liquid Crystalline Polymers, and Fluoropolymers / Vinny R. Sastri // Plastics in Medical Devices (Second Edition). -2014, - P. 173-213.

29. McKeen L. W. 7 - Polyimide Plastics / L. W. McKeen // Fatigue and Tribological Properties of Plastics and Elastomers (Third Edition). - 2016. - P. 171197.

30. Zhang Y. Experimental and numerical investigations of wear behaviors of short-carbon-fiber reinforced polyetherimide composite / Y. Zhang, Z. Sun, P. Huang, Y. Li, Q. Chen, S. Fu // Composite Structures. - 2021. - Vol. 270. - P. 114057.

31. Solver Pi-Powder 1600 // Solver: professional factory of polyimide. - Jiande, 2010-2022. - URL: http://www.chinapolyimide.com/solverPI-powder-1600 (access date: 01.11.2022).

32. PEI-Powder ROOH (GC) // Galaxy Chemical Technology Ltd. - Shenzhen, 2014-2022. - URL: https://www.alibaba.com/product-detail/PEI-grind-fine-powder-to-replace_62019027668.html (access date: 01.11.2022).

33. Harsha A. P. An investigation on low stress abrasive wear characteristics of high performance engineering thermoplastic polymers / A. P. Harsha // Wear. - 2011. -Vol. 271. - P. 942- 951.

34. Samyn P. The effect of processing method on dry sliding performanceof polyimides at high load/high velocity conditions / P. Samyn, Gustaaf Schoukens // European Polymer Journal. - 2008. - Vol. 44. - P. 716-732.

35. Brushan B. Wear behavior of polymeric compositions in dry reciprocating sliding / B. Brushan, D. F. Wilcock // Wear. - 1982. - Vol. 75. - P. 41-70.

36. Santner E. Tribology of polymers / E. Santner, H. Czichos // Tribology International. - 1989. - Vol. 22. - P. 103-109.

37. Myshkin N. K. Polymer tribology: current state and applications / N. K. Myshkin, S. S. Pesetskii, A. Y. Grigoriev // Tribology in Industry. - 2015. - Vol. 37. -P. 284-290.

38. Roy A. Tribological properties of polyimide-graphene composite coatings at elevated temperatures / A. Roy, L. Mu, Y. Shi // Progress in Organic Coatings. - 2020. - Vol. 142. - P. 105602.

39. Kumar R. Self-lubricating materials for extreme temperature tribo-applications / R. Kumar, M. Antonov // Materials Today: Proceedings. - 2021. - Vol. 44. - P. 4583-4589.

40. Hager A. M. Advances in Composite Tribology / A. M. Hager, M. Davies, in K. Friedrich (ed.) // Composite Materials Series. - 1993. - Vol. 8. - P.107.

41. Bahadur S. The role of copper compounds as fillers in the transfer and wear behavior of polyetheretherketone / S. Bahadur, D. Gong // Wear. - 1992. - Vol. 154. -P. 151-165.

42. Friedrich K. Effects of various fillers on the sliding wear of polymer composites / K. Friedrich, Z. Zhang, A. K. Schlarb // Compos. Sci. Technol. - 2005. -Vol. 65. - P. 2329-2343.

43. Friedrich K. Experimental and numerical evaluation of the mechanical properties of compacted wear debris layers formed between composite and steel surfaces in sliding contact Friedrich / K. Friedrich, J. Flock, K. Varadi, Z. Neder // Wear. - 2001. - Vol. 251. - P. 1202-12.

44. Dong F. The lubricity and reinforcement of carbon fibers in polyimide at high temperatures / F. Dong, G. Hou, F. Cao, F. Yan, L. Liu, J. Wang // Tribology International. - 2016. - Vol. 101. - P. 291-300.

45. Kalin M. The tribological performance of DLC coatings under oillubricated fretting conditions / M. Kalin, J. Vizintin // Tribol. Int. - 2006. - Vol. 39. - P. 1060-7.

46. Bhushan B. Material Study for Advanced Stern-Tube Bearings and Face Seals / B. Bhushan, F. Dashnaw // ASLE TRANSACTIONS. - 1981, - Vol. 24. - P. 398-409.

47. Lancaster J. K. Dry bearings: a survey of materials and factors affecting their performance / J. K. Lancaster // Tribol. Int. - 1973. - Vol. 6. - P. 219-252.

48. Hutchings I. M. Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials / I. M. Hutchings. - Edward Arnold. - 1992. - 388 p.

49. Tewari U. S. Polymer tribology / U. S. Tewari, S. K. Sharma, P. Vasudevan // Rev. Macromol. Chem. Phys. - 1989. - Vol. 29. - P. 1-38.

50. Suh N. P. Tribophysics / N. P. Suh. - Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J. -1986. - 528 p.

51. Chand N. 2 - Introduction to tribology of polymer composites / N. Chand, Mohammed Fahim // Tribology of Natural Fiber Polymer Composites - 2021. - Second Edition. - P. 61-85.

52. Gao C. P. Tribological behaviors of epoxy composites under water lubrication conditions / C. P. Gao, G. F. Guo, F. Y. Zhao, T. M. Wang, B. Jim, B. Wetzel //

Tribology International. - 2016. - Vol. 95. - P. 333-41.

53. Lancaster J. K. Geometrical effects on wear of polymers and carbons / J. K. Lancaster // J. Lubr. Techn. - 1997. - Vol. 2. - P.187-94.

54. Rees B. L. Static friction of bulk polymers over a temperature range / B. L. Rees // Research. - 1957. - Vol. 10. - P. 331-338.

55. Bijwe J. Influence of PTFE content in PEEK-PTFE blends on mechanical properties and tribo- performance in various wear modes / J. Bijwe, S. Sen and A. Ghosh // Wear. - 2005. - Vol. 258. - P. 1536-42.

56. Kar M. K. Micro- mechanism of wear at polymer- metal sliding interface / M. K. Kar and S. Bahadur // Wear. - 1982. - Vol. 46. - P. 189-202.

57. Barbour P. S. M. The influence of contact stress on the wear of UHMWPE for total replacement hip prostheses / P. S. M. Barbour, D. C. Barton and J. Fisher // Wear. - 1995. - Vol. 181 - P. 250-257.

58. Fusaro R. L. Effect of load, area of contact and contact stress on the wear mechanisms of a bonded solid lubricant film / R. L. Fusaro // Wear. - 1982. - Vol. 75. -P. 403-422.

59. Fusaro R. L. Mechanisms of lubrication and wear of a bonded solid-lubricant film / R. L. Fusaro // ASLE Trans. - 1981. - Vol. 24. - P. 191-204.

60. Flom D. G. Effect of temperature and high-speed sliding on the friction of Teflon on Teflon / D. G. Flom, N. T. Porile // Nature. -1955. - Vol. 175. - P. 682-685.

61. Fort T. Adsorption and boundary friction on polymer surfaces / T. Fort // J. Phys. Chem. - 1962. - Vol. 66. - P. 1136-1143.

62. Sinha S. K. Part I Bulk Polymers / S. K. Sinha // Handbook of Polymer Tribology. -2018. - P. 1 - 39.

63. Theiler G. Influence of counterface and environment on the tribological behaviour of polymer materials / G. Theiler, T. Gradt // Polymer Testing. -2021. - Vol. 93. - P. 106912.

64. Wang Y. Tribological performances of thermosetting polyimide matched with steel and ceramic / Y. Wang, P. Cai, S. Chen, L. Tao, T. Wang, Q. Wang // Tribology Transactions. - 2016. - Vol. 59. - P. 128 - 138.

65. Sheiretov T. Evaluation of tribological properties of polyimide and poly(amide-imide) polymers in a refrigerant environment / T. Sheiretov, W. V. Glabbeek, C. Cusano // Tribology transactions. - 1995. - Vol. 38. - P. 914-922.

66. Jain V. K. Tribological behavior of unfilled and filled poly(amide-imide) copolymer / V. K. Jain, S. Bahadur // Wear. - 1988. - Vol. 123. - P. 143-154.

67. Fusaro R. L. Counterface effects on the tribological properties of polyimide composites / R. L. Fusaro // Lubr. Eng. - 1986. - Vol. 42. - P. 668-675.

68. Menezes P. L. 3 - Self-Lubricating Polymer Composites / P. L. Menezes, P. K. Rohatgi, E. Omrani // Self-Lubricating Composites. - 2018. - P. 75-104.

69. Abdelbary A. 1 - Polymer tribology / A. Abdelbary // Wear of Polymers and Composites. - 2014. - P. 1-36.

70. Samyn P. The lubricity of graphite flake inclusions in sintered polyimides affected by chemical reactions at high temperatures / P. Samyn, G. Schoukens // Carbon. - 2008. - Vol. 46. - P. 1072-1084.

71. Nicolais L. 6 Current and Future Applications of Polymer Composites in the Field of Tribology/ L. Nicolais, M. Meo, E. Milella // Composite Materials. - 2011. - P. 129-167.

72. Samyn P. Large-scale tests on friction and wear of engineering polymers for material selection in highly loaded sliding systems / P. Samyn, P. D. Baets, G. Schoukens // Materials and Design. - 2006. - Vol. 27. - P. 535-555.

73. Budinski K. Guide to friction, wear and erosion testing / K. Budinski // ASTM International. - 2007. - 132 p.

74. Hu C. Significant improvement on tribological performance of polyimide composites by tuning the tribofilm nanostructures / C. Hu, H. Qi, J. Yu, G. Zhang, Y. Zhang, H. He // Journal of Materials Processing Tech. - 2020. - Vol. 281. - P. 116602.

75. Zhang G. Formation and functionmechanisms of nanostructured tribofilms of epoxy-based hybrid nanocomposites / G. Zhang, I. Häusler, W. Österle, B. Wetzel, B. Jim // Wear. - 2015. - Vol. 342-343. - P. 181-188.

76. Chen B. Tribologicalproperties of epoxy lubricating composite coatings reinforced with core-shell structureof CNF/MoS2 hybrid / B. Chen, Y. Jia, M. Zhang, H.

Liang, X. Li, J. Yang, F. Yan, C. Li // Composites Part A. - 2019. - Vol. 122. - P. 8595.

77. Qi, H. Impact of counterpart materials andnanoparticles on the transfer film structures of polyimide composites / H. Qi, G. Li, G. Zhang, T. Wang, Q. Wang // Materials and Design. - 2016. - Vol. 109. - P. 367-377.

78. Wang Q. Experimental investigation on tribological behavior of several polymer materials under reciprocating sliding and fretting wear conditions / Q. Wang, Y. Wang, H. Wang, N. Fan, F. Yan // Tribology International. - 2016. - Vol. 104. - P. 73-82.

79. Cai C. The tribological properties of thermoplastic polyetherimide composites filled with Kevlar pulp / C. Cai, W. Wang, J Li // Applied Mechanics and Materials. -2011. - Vol. 66-68. - P. 862-865.

80. Zhang X. Friction and wear studies of polyimide composites filled with short carbon fibersand graphite and micro SiO2 / X. Zhang, X. Qiang, Q. Wang // Materials and Design. - 2009. - Vol. 30. - P. 4414-4420.

81. Myshkin N. K. Tribology of polymers: adhesion, friction, wear, and masstransfer / N. K. Myshkin, M. I. Petrokovets, A. V. Kovalev // Tribol. Int. - 2005. - Vol. 38. - P. 910-921.

82. Samyn P. Postmortem Raman spectroscopy explaining friction and wear behavior of sintered polyimide at high temperature / P. Samyn, J. Vancraenenbroeck, F. Verpoort, Baets P. De // J. Mater. Eng. Perform. - 2006. - Vol. 15. - P. 750-757.

83. Cai Hui. Investigation of tribological properties of polyimide/carbon nanotube nanocomposites / Hui Cai, Fengyuan Yan, Qunji Xue // Materials Science and Engineering. - 2004. - Vol. A364. - P. 94-100.

84. Jia J. H. A Comparative investigation of the friction and wear behavior ofpolyimide composites under dry sliding and water-lubricatedcondition / J. H. Jia, H. D. Zhou, S. Q. Gao, J. M. Chen // Materials Science and Engineering. - 2003. - Vol. A356. - P. 48-53.

85. Zhao G. Tingmei Wang, Der-Liang Yung, Effect of temperature on sliding and erosive wear of fiber reinforced polyimide hybrids / G. Zhao, I. Hussainova, M.

Antonov, Q. Wang // Tribology International. - 2015. - Vol. 82. - P. 525-533.

86. Xian, G. J. Sliding wear of polyetherimide matrix composites: I. Influence of short carbon fibre reinforcement / G. J. Xian, Z. Zhang // Wear. - 2005. - Vol. 258. - P. 776-782.

87. Samyn P. Characterisation of polyimides under high-temperature sliding / P. Samyn, J. Quintelier, P. D. Baets, G. Schoukens // Materials Letters. - 2005. - Vol. 59. - P. 2850-2857.

88. Samyn P. Tribological Behavior of Pure and Graphite-Filled Polyimides Under Atmospheric Conditions / P. Samyn, P. D. Baets, G. Schoukens, B. Hendrickx // Polymer Engineering and Science. - 2003. - Vol. 43. - P. 1477-1487.

89. Ettles C. M. Polymer and elastomer friction in the thermal control regime / C. M. Ettles // ASLE Trans. - 1987. - Vol. 30. - P. 149-159.

90. Fusaro R. L. Evaluation of several polymer materials for use as solid lubricants is space / R. L. Fusaro // Trib. Trans. - 1988. - Vol. 31. - P. 174-181.

91. Li B. Effectual Dispersion of Carbon Nanofibers in Polyetherimide Composites and Their Mechanical and Tribological Properties / B. Li, W. Wood, L. Baker, G. Sui, C. Leer, W. Zhong // Polymer engineering and science. - 2010. - Vol. 50. - P. 1914-1922.

92. Sun Z. Tribological and thermal properties of injection molded short carbon fiber/expanded graphite/polyetherimide composites / Z. Sun, Z. Zhao, Y. Zhang // Composites Science and Technology. - 2021. - Vol. 201. - P. 108498.

93. Marathe U. N. High performance polymer composites - influence of processing technique on the fiber length and performance properties / U. N. Marathe, J. Bijwe // Wear. - 2020. - Vol. 446-447. - P. 203189.

94. Zhao F. Hybrid effect of ZnS sub-micrometer particles and reinforcing fibers on tribological performance of polyimide under oil lubrication conditions / F. Zhao, G. Li, G. Zhang, T. Wang, Q. Wang // Wear. - 2017. - Vol. 380-381. - P. 86-95.

95. Chen B. Synergism of several carbon series additions on the microstructures and tribological behaviors of polyimide-based composites under sea water lubrication / B. Chen, J. Wang, N. Liu, F. Yan // Materials and Design. - 2014. - Vol. 63. - P. 325-

96. Chan J. X. Effect of Nanofillers on Tribological Properties of Polymer Nanocomposites: A Review on Recent Development / J. X. Chan, J. F. Wong, M. Petru, A. Hassan, U. Nirmal, N. Othman, R. A. Ilyas // Polymers. - 2021. - Vol. 13. - P. 2867.

97. Gao S. Q. Synthesis and characterization of short carbon fibre-reinforced PMR-type polyimide composites / S. Q. Gao, Y. L. Zhang, J. Z. Li, S. Y. Yang // High Perform. Polym. - 1999. - Vol. 11. - P. 167-176.

98. Kern K. T. Simulated space environment effects on a polyetherimid and its carbon fiber reinforced composites / K. T. Kern, C. S. Phillip // SAMPE J. - 1993. -Vol. 29. - P. 29-35.

99. Bijwe J. Friction and wear behaviour of polyetherimide composites in various wear modes / J. Bijwe, J. Indumathi, J. J. Rajesh, M. Fahim // Wear. - 2001. - Vol. 249. - P. 715-726.

100. Mooney D. A. Differential water sorption studies on Kevlar 49 and as-polymerized poly(p-phenyleneterephthalamide): determination of water transport properties / D. A. Mooney, J. M. D. MacElroy // Langmuir. - 2007. - Vol. 23. - P. 11804-11811.

101. Hall W. R. Heat aged tensile strength retention of poly(p-phenyleneterephthalamide) sewing thread / W. R. Hall, W. F. Knoff // J Eng Fibers Fabr. - 2008. - Vol. 3. - P. 15-22.

102. Sun J. ESR study of atmospheric pressure plasma jet irradiated aramid fibers // J. Sun, L. Yao, S. Sun // Surf Coat Technol. - 2011. - Vol. 205. - P. 5312-5317.

103. El-Taye, N. S. Friction and wear properties of E-glass fiber reinforced epoxy composites under different sliding contact conditions / N. S. El-Taye, R. M. Gadelrab // Wear. - 1996. - Vol. 192. - P. 112-117.

104. Chand N. Three-body abrasive wear of short glass fibre polyester composite / N. Chand, A. Naik, S. Neogi // Wear. - 2002. - Vol. 242. - P. 38-46.

105. Pihtili H. Investigation of the wear behaviour of a glass-fibrereinforced composite and plain polyester resin / H. Pihtili, N. Tosun // Compos. Sci. Technol. -2002. - Vol. 62. - P. 367-370.

106. Zhang X. Friction and wear properties of polyimide matrix composites reinforced with short basalt fibers / X. Zhang, X. Pei, Q. Wang // J. Appl. Polym. Sci. -2009. - Vol. 111. - P. 2980-2985.

107. Samyn P. Role of Internal Additives in the Friction and Wear of Carbon-Fiber-Reinforced Polyimide / Pieter, Samyn, Patrick De Baets, Gustaaf Schoukens // Journal of Applied Polymer Science. - 2010. - Vol. 116. - P. 1146-1156.

108. Zhang X. R. Effect of Solid Lubricant on the Tribological Properties of Polyimide Composites Reinforced with Carbon Fibers / X. R. Zhang, X. Q. Pei, Q. H. Wang // J. Reinf. Plast. Comp. - 2008. - Vol. 27. - P. 2005-2012.

109. Li J. The effect of carbon fiber content on the friction and wear properties of carbon fiber reinforced polyimide composites / J Li, X. Cheng // Journal of Applied Polymer Science. - 2008. - Vol. 107. - P. 1737-1743.

110. Zhang X. R. The effect of fiber oxidation on the friction and wear behaviors of short-cut carbon fiber/polyimide composites / X. R. Zhang, X. Q. Pei, Q. H. Wang // eXPRESS Polym. Lett. - 2007. - Vol. 1. - P. 318-25.

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

112. Li J. The research on the interfacial compatibility of polypropylene composite filled with surface treated carbon fiber / J. Li // Appl. Surf. Sci. - 2009. -Vol. 255. - P. 8682-8684.

113. Cheng X. Sliding Wear Properties of nT03 Composites Filled with Glass Fiber Treated with Rare Earths / X. Cheng, Y. Xue, C. Xie //Journal of Composites. -2003. - Vol. 20. - P. 108-112.

114. Wang M. C. Corrosion resistance characteristic of continuous hasalt fiber and its reinforcing composites / M. C. Wang, Z. G. Zhang, Z. J. Sun // J. Beijing UIliv. Aeronaut Astronaut - 2006. - Vol. 32. - P. 1255.

115. Bhat T. Fire structural resistance of basalt fibre composite / T. Bhat, V. Chevali, X. Liu // Composites Part A. Appl. Sci. Manuf. - 2015, - Vol. 71. - P. 107115.

116. Zhang X. F. Study on modification of basalt fibers / X. F. Zhang, Z. J. Liu, X. M. Qian // Adv. Mater. Res. - 2011. - Vol. 332. - P. 2028.

117. Zhao G. Friction and wear of fiber reinforced polyimide composites / G. Zhao, I. Hussainova, M. Antonov, Q. Wang, T. Wang // Wear. - 2013. - Vol. 301. - P. 122-129.

118. Lee E.S. Effect of hydrogen plasma mediated surface modification of carbon fibers on the mechanical properties of carbon-fiber-reinforced polyetherimide composites / E. S. Lee, C. H. Lee, Y. S. Chun, C. J. Han, D. S. Lim // Compos. B Eng. -2017. - Vol. 116. - P. 451-458.

119. Yue Z. R. Surface characterization of electrochemically oxidized carbon fibers / Z. R. Yue, L. Wang, S. D. Gardner, C. U. Pittman // Carbon. - 1999. - Vol. 37. -P. 1785-1796.

120. Wu G. M. Oxygen plasma treatment of high performance fibers for composites / G. M. Wu // Materials Chemistry and Physics. - 2004. - Vol. 85. - P. 8187.

121. Nie W. The effect of coupling agents on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced polyimide composites / W, Nie // Journal of Thermoplastic Composite Materials. - 2015. - Vol. 28. - P. 1572-1582.

122. Su F. Tribological and mechanical properties of the composites made of carbon fabrics modified with various methods / F. Su, Z. Zhang, K. Wang, W. Liu // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2005. - Vol. 36. - P. 16011607.

123. Li J. The effect of surface modification with nitric acid on the mechanical and tribological properties of carbon fiber-reinforced thermoplastic polyimide composite / J. Li // Surf. Interface Anal. - 2009. - Vol. 41. - P. 759-763.

124. Zhang X. The tribological properties of acid-and diamine-modified carbon fiber reinforced polyimide composites / X. Zhang, X. Pei, Q. Wang // Mater. Chem. Phys. - 2009. - Vol. 115. - P. 825-830.

125. Tiwari S. Tribological studies on polyetherimide composites based on carbon fabric with optimized oxidation treatment / S. Tiwari, J. Bijwe, S. Panier //

Wear. - 2011. - Vol. 271. - P. 2252- 2260.

126. Nicholls M. A. Review of the lubrication of metallic surfaces by zinc dialkyl-dithiophosphates / M. A. Nicholls, T. Do, P. R. Norton, M. Kasrai, G. M. Bancroft // Tribol. Int. - 2005. - Vol. 38. - P. 15-39.

127. Huang J. In vitro evaluation of the tribological response of Mo-doped graphite-like carbon film in different biological media / J. Huang, L. Wang, B. Liu, S. Wan, Q. Xue // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2015. - Vol. 7. - P. 2772-2783.

128. Bijwe J. Friction and wear studies of an internally lubricated polyetherimide composite / J. Bijwe, U.S. Tewari, P. Vasudevan // J. Synth. Lubr. - 2006. - Vol. 6. - P. 179-202.

129. Zhang X. R. Tribological properties of MoS2 and carbon fiber reinforced polyimide composites / X. R. Zhang, X. Q. Pei, Q. H. Wang // J. Mater. Sci. - 2008. -Vol. 43. - P. 4567 - 4572.

130. Z Peng. Tribology performances of molybdenum disulfide reinforced thermoplastic polyimide under dry and water lubrication conditions / Peng Z, Xiao W, X. W, Pei H, Jun S // Ind. Lubric. Tribol. - 2006. - Vol. 58. - P. 195-201.

131. Gurgen S. Tribological behavior of UHMWPE matrix composites reinforced with nT03 particles and aramid fibers / S. Gurgen, O. N. Celik, M. C. Kushan // Composites Part B. - 2019. - Vol. 173. - P. 106949.

132. Rodriguez V. Influence of solid lubricants on tribological properties of polyetheretherketone (PEEK) / V. Rodriguez, J. Sukumaran, A. K. Schlarb // Tribology International. - 2016. - Vol. 103. - P. 45-57.

133. Chung D. D. L. Graphite (review) / D. D. L. Chung // J. Mater. Sci. - 2002. -Vol. 37. - P. 1475-1489.

134. Rudnick L.R. Lubricant additives in chemistry and applications / L. R. Rudnick // CRC Press. - Editor. - 2009. - 790 p.

135. Wang H. Micro and Nano Sulfide Solid Lubrication / H. Wang. - 2012. - P.

46-55.

136. Shi M. S. Solid Lubrication Materials / M. S. Shi // Chemical Industry Press. - 2000. - P. 132.

137. Samyn P. influence of Internal Lubricants (QT03 and Silicon Oil) in Short Carbon Fibre-Reinforced Polyimide Compositeson Performance Properties / P. Samyn, P. D, Baets, G. Schoukens // Tribol. Lett. - 2009. - Vol. 36. - P. 135-146.

138. Wang Q. Study on the synergistic effect of carbon fiber and graphite and nanoparticleon the friction and wear behavior of polyimide composites / Q. Wang, X. Zhang, X. Pei // Materials and Design. - 2010. - Vol. 31. - P. 3761-3768.

139. Song J. Reciprocating friction and wear of polyimide composites filled with solid lubricants / J. Song, G. Zhao, Q. Ding and J. Qiu // J Polym Eng. - 2017. - Vol. 38. - P. 363-370.

140. Friedrich K. Recent advances in polymer composites tribology / K. Friedrich, Z. Lu, A. M. Hager // Wear. - 1995. - Vol. 190. - P. 139-144.

141. Zhang L. Impact of reinforcing fillers properties on transfer film structure and tribological performance of POM-based materials / L. Zhang, H. Qi, G. Li, G. Zhang, T. Wang, Q. Wang // Tribol. Int. - 2017. - Vol. 109. - P. 58-68.

142. Panda J. Role of treatment to graphite particles to increase the thermal conductivity in controlling tribo-performance of polymer composites / J. Panda, J. Bijwe, R. Pandey // Wear. - 2016. - Vol. 360-361. - P. 87-96.

143. Song F. High mechanical and tribological performance of polyimide nanocomposites reinforced by chopped carbon fibers in adverse operating conditions / F. Song, Q. Wang, T. Wang // Composites Science and Technology. - 2016. - Vol. 134.

- P. 251-257.

144. ASTM D792 - 13. Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement. - ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013. - 6 p.

145. ASTM D2240 - 15. Standard Test Method for Rubber Property - Durometer Hardness. - ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015. - 13 p.

146. ASTM D638 - 14. Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.

- ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014. - 17 p.

147. ASTM G99 - 17. Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus. - ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017. - 6 p.

148. ASTM G77 - 98. Standard Test Method for Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test. - ASTM International, West Conshohocken, PA, 1998. - 14 p.

149. Panin S. V. The effect of annealing of milled carbon fibers on the mechanical and tribological properties of solid-lubricant thermoplastic polyimide-based composites / S. V. Panin, J. Luo, V. O. Alexenko, D. G. Buslovich, L. A. Kornienko, S. A. Bochkareva, I. L. Panov // Polymer Engineering and Science. - 2020. - Vol. 60. - P. 1- 14.

150. Panin S.V. Mechanical and tribotechnical properties of polyimide based solid lubricant composites / S. V. Panin, J. Luo, L. A. Kornienko, D. G. Buslovich, V. O. Aleksenko // AIP Conference Proceedings. - 2019. - Vol. 2167. - P. 1-5.

151. Panin S. V. Mechanical and tribological properties of thermoplastic polyimide based composites loaded with various PTFE fillers / S. V. Panin, J. Luo, L. A. Kornienko, D. G. Buslovich and V. O. Alexenko // AIP Conference Proceedings. -2020. - Vol. 2285. - P. 1-6.

152. Alexenko V. O. Mechanical and tribological properties of polyimide based composites reinforced with surface-modified short carbon and glass fibers / V. O. Alexenko, D. G. Buslovich, J. Luo and S. V. Panin. // AIP Conference Proceedings. -2020. - Vol. 2310. - P. 1-4.

153. Панин С. В. Механические и трибологические свойства твердосмазочных композитов на основе термопластического полиимида, наполненного фторопластом и поверхностно-модифицированными углеволокнами / С. В. Панин, Ц. Ло, Д. Г. Буслович, В. О. Алексенко, Л. А. Корниенко // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2020. - Т. 21, №. 9. -C. 394-400.

154. Панин С. В. Разработка оптимального состава трехкомпонентных высокопрочных износостойких композитов на основе полиимида / С. В. Панин, Ц. Ло, Д. Г. Буслович, Л. А. Корниенко, В. О. Алексенко // Прикладная механика и техническая физика. - 2021 - Т. 62, №. 6. - C. 162-171.

155. Панин С. В. Влияние условий трибоиспытанийна сопротивление

изнашиванию трехкомпонентных твердосмазочных композитов на основе полиимида в условиях металлополимерных трибосопряжений / С. В. Панин, Ц. Ло, Д. Г. Буслович, В. О. Алексенко, Л. А. Корниенко // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2021 - Т. 22, №. 11. - C. 490-505.

156. Panin S. V. Experimental—FEM Study on Effect of Tribological Load Conditions on Wear Resistance of Three-Component High-Strength Solid-Lubricant PI-Based Composites / S. V. Panin, J. Luo, D. G. Buslovich, V. O. Alexenko, L. A. Kornienko, S. A. Bochkareva, A. V. Byakov // Polymers. - 2021. - Vol. 13. - P. 2837.

157. Luo J. Mechanical and Tribological Properties of Three-Component High-Strength Solid-Lubricant Polyimide Based Composites / J. Luo, D. G. Buslovich, V. O. Alexenko, L. A. Kornienko and S. V. Panin // AIP Conference Proceedings. - 2022. - Vol. 2509. - P. 1-5.

158. Friedrich K. Polymer composites for tribological applications / K. Friedrich // Adv. Ind. Eng. Polym. Res. - 2018. - Vol. 1. - P. 3-39.

159. Danilova S. N. UHMWPE/CaSiO3 Nanocomposite: Mechanical and Tribological Properties / S. N. Danilova, S. B. Yarusova, Y. N. Kulchin, I. G. Zhevtun, I. Y. Buravlev, A. A. Okhlopkova, P. S. Gordienko, E. P. Subbotin // Polymers. - 2021. - Vol. 13. - P. 570.

160. Samyn P. Friction and Wear Mechanisms of Sintered and Thermoplastic Polyimides under Adhesive Sliding / P. Samyn, G. Schoukens, F. Verpoort, J. V. Craenenbroeck, P. D. Baets // Macromolecular Materials and Engineering. - 2007. -Vol. 292. - P. 523-556.

161. Haidar D. R. Assessing quantitative metrics of transfer film quality as indicators of polymer wear performance / D. R. Haidar, J. Ye, A. C. Moore, D. L. Burris // Wear. - 2017. - Vol. 380 - 381. - P. 78-85.

162. 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, D. A. Nguyen, L. T. M. Hiep, I. L. Panov, N. Y. Grishaeva // Materials. - 2020. - Vol. 13. - P. 524.

163. Friedrich K. Scratch resistance of high performance polymers / K. Friedrich, H. J. Sue, P. Liu // Tribology International. - 2011. - Vol. 44. - P. 1032-1046.

164. Jonson R. O. Polyetherimide: anew high-performance thermoplastic resin / R. O. Jonson, H. S. Burlhis // J. Polim. Sci: Polym Symp. - 1983. - Vol. 70. - P. 129143.

165. Parker D. Polymers, High-Temperature / D. Parker, J. Bussink, T. H, G. W. Weatey, E. U. Dorf, E. Ostlinning, K. Reinking // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. - 2000. - P. 1-26.

166. Пат. 3989670 США C08G 69/32 Method for making polyetherimide / T. Takekoshi, J. E. Kochanowski; заявитель и патентообладатель General Electric Company. 439866; заявл. 06.02.1974; опубл. 02.11.1976. - 8 p.

167. Панин. С. В. Влияние структуры матрицы на трибологические характеристики твердосмазочных композитов на основе высокотемпературных термопластов полиимида / С. В. Панин, Ц. Ло, Д. Г. Буслович, В. О. Алексенко, Л. А. Корниенко // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2022. - Т. 65, №. 3. - C. 123-130.

168. Panin S. V. Effect of Transfer Film on Tribological Properties of Anti-Friction PEI- and PI-Based Composites at Elevated Temperatures / S. V. Panin, J. Luo, D. G. Buslovich, V. O. Alexenko, F. Berto, L. A. Kornienko // Polymers. - 2022. - Vol. 14. - P. 1215.

169. Краснов А. П. Влияние химического строения термостойких термопластов на трение по стали / А. П. Краснов, А. А. Аскадский, М. В. Горошков, В. В. Шапошникова // Доклады Академии наук. - 2018. - Т. 479, №. 6. - C. 639-644.

170. Panin S.V. High Performance Polymer Composites: A Role of Transfer Films in Ensuring Tribological Properties—A Review / S. V. Panin, V. O. Alexenko, D. G. Buslovich // Polymers. - 2022. - Vol. 14. - P. 975.

171. Panin S. V. Role of Testing Conditions in Formation of Tribological Layers at Line Contacts of Antifriction CF-Reinforced PI- and PEI-Based Composites / S. V. Panin, J. Luo, D. G. Buslovich, V. O. Alexenko, L. A. Kornienko, A. V. Byakov, V. N.

Paimushin, A. R. Shugurov // Molecules - 2022. - Vol. 27. - P. 6376.

172. Панин С. В. Трибологические характеристики трехкомпонентных твердосмазочных композитов на основе полиэфиримида в условиях точечного и линейного трибоконтактов / С. В. Панин, Д. Г. Буслович, Ц. Ло, Л. А. Корниенко, В. О. Алексенко // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. -2022. - Т. 19, № 3. - С. 402-410.

173. Chang L. Chapter 3—Synergistic effects of nanoparticles and traditional tribofillers on sliding wear of polymeric hybrid composites. In Tribology of Polymeric Nanocomposites / L. Chang, Z. Zhang, L. Ye, K. Friedrich // Friction and Wear of Bulk Materials and Coatings, 2nd ed.; Friedrich, K., Schlarb, A., Eds.; ButterworthHeinemann: Oxford, UK. - 2013. - P. 49-89.

174. Kapoor A. Tribological layers and the wear of ductile materials / A. Kapoor, F. Franklin // Wear. - 2000. - Vol. 245. - P. 204-215.

175. Vazirisereshk M. R. Solid Lubrication with MoS2: A Review / M. R. Vazirisereshk, A. Martini, D. A. Strubbe, M. Z. Baykara // Lubricants. - 2019. - Vol. 7. - P. 57.

176. Rigney D. Examples of structural evolution during sliding and shear of ductile materials / D. Rigney, X. Fu, J. Hammerberg, B. Holian, M. Falk // Scr. Mater. -2003. - Vol. 49. - P. 977-983.

177. Kapoor A.Wear by plastic ratcheting / A. Kapoor // Wear. - 1997. - Vol. 212. - P. 119-130.

178. Buketov A. V. Impact toughness of nanocomposite materials filled with fullerene c60 particles / A. V. Buketov, A. A. Sapronov, N. N. Buketova, M. V. Brailo, P. Marushak, S. V. Panin, M. Y. Amelin // Compos. Mech. Comput. Appl. Int. J. -2018. - Vol. 9. - P. 141-161.

Приложение А

Акт использования результатов диссертационной работы в учебном процессе

TOMSK ТОМСКИЙ

POLYTECHNIC UNIVERSITY

mm

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

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

ЩА • УТВЕРЖДАЮ [ро&ктор 110 учебной работе ' М.А. Соловьев

$Ш 10 2022 г.

Акт

о внедрении результатов кандидатской диссертации Ло Цзянкунь в учебный процесс ТПУ

Настоящим подтверждаем, что результаты диссертации Ло Цзянкунь «Разработка антифрикционных трехкомпонентных композитов на основе полиимида и полиэфиримида с углеродными волокнами и твердосмазочными наполнителями», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.6.17. Материаловедение (технические науки), используются в учебном процессе в Отделении материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий Национального исследовательского Томского политехнического университета при подготовке образовательной дисциплины «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий» для магистров по направлению 22.04.01 -Материаловедение и технологии материалов.

Заведующий кафедрой - руководитель отделения на правах кафедры отделения материаловедения Инженерной ш новых производственных технологий

Директор инженерной школы новых производственных технологий