Транскрипт

1 НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ Государственный комитет по науке и технологиям Республики Беларусь Белорусский республиканский фонд фундаментальных исследований Президиум Гомельского филиала НАН Беларуси Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ И ТРИБОЛОГИЯ (ПОЛИКОМТРИБ-2015) Гомель Беларусь июня 2015 г. Тезисы докладов ГОМЕЛЬ 2015

3 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ... i ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ... 3 Самосмазываемость термостойких полимеров и композитов А.П. Краснов... 4 Нанокомпозиты, получаемые диспергированием глин в расплавах полимеров С.С. Песецкий, С.П. Богданович... 5 High Performance Compounds for Fibre Reinforced Composites U. Gohs, C. Zschech, C. Scheffler, and G. Heinrich... 6 Антифрикционные композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для работы в условиях сухого трения и абразивного изнашивания С.В. Панин, Л.А. Корниенко, М.А. Полтаранин, Т. Нгуен Суан, Л.Р. Иванова, С.В. Шилько, Ю.М. Плескачевский... 7 Полимерные нанокомпозиты для эксплуатации в Арктических условиях А.А. Охлопкова, Т.С. Стручкова, А.П. Васильев, А.А. Гаврильева, А.Г. Алексеев, С.Н. Данилова... 8 Новые полимерные материалы для пульпопроводов. Проблемы их износостойкости В.В. Коврига лет коллективных исследований на страницах журнала «Трение и износ» А.И. Свириденок, Н.К. Мышкин, И.Н. Ковалева СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ. Секция 1. Структура и свойства композиционных материалов Устные доклады Структурирование полимеров фуллеренами Э.М. Шпилевский, С.А. Филатов, Г. Шилагарди, Ц. Хандмаа, А.Т. Богорош Термовлагостойкие поляризационные пленки на основе органо-неорганических нанокомпозитов поливиниловый спирт гетерополикислота Н.И. Сушко, А.Б. Малый, О.Н. Третинников Особенности молекулярной структуры цепей поли-l-лактида в наноразмерных композиционных покрытиях, формируемых из активной газовой фазы Л.П. Круль, Г.В. Бутовская, О.В. Шахно, Т.И. Кошко, А.А. Рогачев, Е.Д. Скаковский, Л.Ю. Тычинская Полиэтиленовые углерод-углеродные композиты для труб Е.С. Петухова Исследование полиэтиленовых труб, модифицированных рублеными углеродными волокнами Е.С. Петухова Разработка критериев экспресс-оценки качества резинотехнических изделий с учетом реальных условий эксплуатации с использованием методов неразрушающего контроля В.В. Мозгалёв, Н.Р. Прокопчук Особенности регулирования морфологии и прогнозирование свойств полиуретановых блоксополимеров В.Н. Анисимов, Н.М. Евдокименко, М.В. Бурмистр i

4 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Структурные особенности прививочно-наполненных композитов на основе полиолефинов и акриловых мономеров Н.Т. Кахраманов, У.М. Мамедли, Н.Б. Арзуманова Синтез сульфированных поли-1,3,4-оксадиазолов В.С. Ященко, В.К. Ольховик Кинетика электроосаждения композиционных покрытий Zn-Ni/SiO 2 в поле рентгеновского излучения Н.Г. Валько, Д.В. Лавыш, А.Г. Гилевич Диагностика изменений структурного состояния в области ближнего упорядочения ксерогелей на основе жидкого стекла модифицированного солями металлов Н.С. Скорикова, А.Д. Фофанов, Е.Ф. Кудина Энергии активации химических реакций и вязкого течения смазочных материалов в зависимости от давления С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко Фотоиндуцированная анизотропия тонких пленок азокрасителя с добавкой ПММА В.С. Микулич, В.С. Безрученко, Ал.А. Муравский Ступенчатая активация поверхности полиэфирных волокон для водостойкой огнезащитной обработки О.В. Рева, В.В. Богданова, А.Н. Назарович, А.С. Лукьянов Different approaches to the calculation of interfacial strength parameters in the pull-out and microbond tests S.F. Zhandarov and E. Mäder Effect of meniscus on the calculated interfacial interaction parameters in the pull-out and microbond tests S.F. Zhandarov and E. Mäder Влияние добавок коротких стекловолокон и технологических факторов на молекулярную структуру, реологические и механические свойства полиэтилентерефталата В.В. Дубровский Стендовые доклады Organised Structures in PTFE Film Filled with Dye and Metal Nanoparticles and Novel Research Trends L. Ivanov, K. Grytsenko, Yu. Kolomzarov, O. Tolmachev, Yu. Slominskii, and S. Schrader Влияние предварительной подготовки органоглин на структуру и свойства нанокомпозитов, получаемых компаундированием в расплаве ПА6 Т.М. Абрамова, Ю.С. Кузнецова, С.С. Песецкий Огнестойкие и трекингостойкие полиамидные материалы А.А. Давыдов Стеклопластиковая композитная арматура модифицированная нанокерамикой В.И. Дубкова, Л.М. Судник, Д.В. Петушков, А.В. Козырев, О.И. Маевская Теплопроводная эпоксидная композиция дисперсно упрочнённая карбидом кремния В.И. Дубкова, Л.М. Виноградов, В.А. Бородуля, О.И. Маевская, Л.Е. Евсеева, Т.И. Пинчук Диэлектрические свойства электроизоляционных материалов электротехнического назначения В.И. Зубко, Д.В. Зубко, Г.Н. Сицко Механо-химический синтез наноструктурированных полимерных композитов Н.Т. Кахраманов, А.Г. Азизов, Ш.Р. Багирова Термопласты, модифицированные наночастицами диоксида кремния А.В. Кравцевич ii

6 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Полибромсодержащие ненасыщенные полиэфиры модификаторы для эпоксидных смол А.М. Мустафаев, И.А. Гусейнов, Н.А. Назарова, Р.И. Исмаилова, Э.А. Рамазанов, А.А. Мамедова Использование сополимера этилена с винилацетатом для компатибилизации полимерных композитов на основе вторичного сырья В.Д. Мышак, В.В. Семиног Влияние типа и дозировки измельченного вулканизата на свойства резин на основе бутадиеннитрильного каучука В.В. Мяделец, А.В. Касперович, Ж.С. Шашок, А.Г. Мозырев, А.Н. Солопова Нанокомпозиты на основе СВМПЭ и слоистых силикатов Л.А. Никифоров, Р.В. Борисова, А.А. Охлопкова Фазовое состояние систем на основе полисульфона, перспективных для получения мембран Т.В. Плиско, А.В. Бильдюкевич Синтез и свойства новых сильноосновных волокнистых анионитов С.Д. Филиппович, В.И. Грачек, А.А. Шункевич, А.П. Поликарпов Реологические свойства водных растворов гидролизата полиакрилонитрильного волокна в присутствии солей D-элементов Е.К. Фомина Влияние конфигурации макромолекул гидролизата полиакрилонитрильного волокна на сорбцию и десорбцию ионов меди в водных растворах Е.К. Фомина, Е.В. Гринюк, О.В. Якименко, А.П. Поликарпов, Г.Н. Шанбанович Модификация резины уплотнительного назначения терморасширенным графитом А.Р. Халдеева, М.Д. Давыдова, М.Д. Соколова Карбоксизамещенные полипентенамеры модифицирующие добавки к БСК Р.З. Шахназарли, И.А. Исмаилов, А.М. Гулиев СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ. Секция 2. Основы трибологии Устные доклады Экспресс-методика косвенной оценки задиростойкости антифрикционных алюминиевых сплавов Б.Я. Сачек, А.М. Мезрин, Т.И. Муравьева, О.О. Столярова, Д.Л. Загорский Реологические свойства дисперсий различных углеродных наночастиц в холестерических мезогенах Н.В. Усольцева, М.В. Смирнова, А.В. Казак, А.И. Смирнова, С.О. Ильин Молекулярная динамика смазочного слоя: пределы вычислительных возможностей О.В. Блинов, В.А. Годлевский, C.А. Стулов Поляризационная трибометрия смазочного слоя Е.В. Березина, В.А. Годлевский, А.Г. Железнов Актуальные проблемы надёжности перспективных подшипниковых узлов ГТД Е.Ф. Паровай, С.В. Фалалеев, И.Д. Ибатуллин Износостойкость различных видов полиэтилена на полузакрепленном абразиве В.Р. Гумен, И.В. Князкина, Н.В. Бисерова, В.В. Коврига Кинетика формирования граничного смазочного слоя в зоне контакта стружка-инструмент при резании металлов В.В. Новиков Поверхностное модифицирование алмазоподобных углеродных покрытий для регулирования процессов приработки в паре трения С.Н. Григорьев, В.Ю. Фоминский, М.А. Волосова, Р.И. Романов, M.В. Демин iv

8 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. К вопросу влияния структуры поверхностных слоев на характер взаимодействия пар трения БрАЖ9-4 сталь Х12М И БрАЖ9-4 сталь 35ХГСА, сталь 40Х с науглероженными слоями Н.Н. Степанкин, Е.П. Поздняков, В.Г. Кудрицкий Исследование ударно-абразивного изнашивания стали Гадфильда, наплавленной ручной электродуговой наплавкой В. Янкаускас, М. Антонов, Е. Катинас Заочные доклады К вопросу теплового расчета подшипника скольжения В.И. Бахшалиев, И.А. Исмаил Информационное моделирование трибосистем как необходимая часть трибоанализа Л.И. Евельсон Влияние физико-механических и трибохимических процессов на формирование пленок фрикционного переноса А.Н. Карапетян, К.В. Оганесян, В.В. Сароян Динамическая модель тормоза с адаптивным механизмом переменной структуры А.Н. Коптовец, А.А. Бобылев, С.Е. Барташевский, В.В. Яворская Особенности структурно-фазовых превращений в поверхностных слоях сталей при трении скольжения со смазочным материалом П.И. Маленко, К.Д. Релмасира, А.Ю. Леонов Расчет сближения в контакте шероховатых поверхностей близкой твердости М.М. Матлин, Е.Н. Казанкина, В.А. Казанкин Численная реализация методики по определению напряжений и перемещений в объёмном теле применительно к контакту «шина основание» В.В. Можаровский, Д.С. Кузьменков Особенности испытаний на изнашивание при действии динамических нагрузок Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина Зарядочувствительные методы исследования процессов трения К.В. Пантелеев, В.А. Микитевич, А.Л. Жарин Мониторинг работы выхода электрона поверхности трения при износоусталостных испытаниях К.В. Пантелеев, В.А. Микитевич, А.Л. Жарин Триботехнические свойства покрытий на резиновой подложке Д.А. Полонянкин, Е.П. Целых, Вал.И. Суриков, Вад.И. Суриков, И.В. Николаев Влияние фактического агрегатного и фазового состояния смазки на эффективность трибосистем А.У. Стельмах, С.П. Шимчук, В.А. Радзиевский Фрикционное взаимодействие гладкого индентора и вязкоупругого полупространства: контактные и внутренние напряжения Ф.И. Степанов, И.Г. Горячева, Е.В. Торская Исследование термического сопротивления шероховатого контакта с покрытиями О.В. Сутягин, А.Н. Болотов, А.А. Рачишкин, Э.А. Деменков К оценке износа винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиями О.В. Сутягин, В.В. Мешков, С.В. Мединцев Оперативный контроль состояния подшипников качения О.В. Холодилов, С.В. Короткевич, В.В. Кравченко, Д.Ю. Белоногий СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ. Секция 3. Технологии и применение полимерных и композиционных материалов Устные доклады vi

10 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Композиционные материалы на основе термопластичного крахмала и синтетических полимеров А.А. Бойко, Е.Н. Подденежный, Н.Е. Дробышевская, В.М. Шаповалов, К.В. Овчинников Оптимизация состава композиционного покрытия на основе ПА 6 и полидисперсных частиц структурированного углерода методом совмещенных контурных кривых А.М. Валенков О влиянии примесных ионов на свойства покрытий, формируемых методом микродугового оксидирования А.М. Валенков, С.В. Пискунов, И.И. Злотников Влияние рентгеновского излучения на xимическое осаждение медных покрытий Н.Г. Валько, Е.А. Федорович Влияние модифицирования эпоксидной смолы на адгезионные свойства к металлу Н.С. Винидиктова, Е.Ф. Кудина, О.А. Ермолович Наукоемкое оборудование для производства изделий из полиуретановых композитов С.В. Выдумчик, О.О. Гавриленко, М.А. Ксенофонтов, Т.Г. Павлюкевич Исследование усадки и коробления термопластичных материалов при их переработке по экструзионно-прессовой технологии С.А. Герасименко Технологические аспекты получения амилопектина для адгезивов постоянной липкости В.А. Гольдаде, Е.А. Цветкова, Т.В. Арастович, О.А. Ермолович Крейзинг полиэфирных волокон при короноэлектризации С.В. Зотов, В.А. Гольдаде, К.В. Овчинников, М.А. Курбанов, А.А. Байрамов, А.Ф. Нуралиев, Н.В. Кузьменкова Технология получения листовых армированных стеклотканью материалов на основе термопластичных полимеров О.И. Карпович, А.Л. Наркевич, А.В. Дубина Влияние наноразмерных добавок на прочностные и трибологические характеристики композита на основе алифатического полиимид-6 В.И. Колесников, А.И. Буря, Н.А. Мясникова, П.Г. Иваночкин, С.А. Данильченко Структурные преобразования углей для нанотоплива К.А. Корзун, А.А. Ковалевский, В.А. Лабунов Полимерные фильтры для повышения радиационной безопасности молочной продукции А.Г. Кравцов, А.В. Зубарева, С.В. Зотов, К.В. Овчинников, Н.Е. Савицкий Влияние технологических факторов на функционализацию полиолефинов в процессе реакционной экструзии Ю.М. Кривогуз Исследование влияния углеродных наноматериалов на функционализацию полиолефинов в расплаве Ю.М. Кривогуз, О.А. Макаренко Влияние типа нагрева на структуру и свойства гибридных композитов Е.Ф. Кудина Исследование влияния технологических параметров процесса экструзии на свойства эластомерных композиций В.В. Мозгалёв Промышленное применение защитной пластмассовой оплетки А.К. Новиков, А.В. Сиканевич, А.А. Давыдов, Н.Ф. Соловей Использование трековых мембран для очистки технологических сред В.М. Станкевич, А.С. Михневич, Ю.М. Плескачевский, И.И. Суторьма viii

12 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Методы увеличения ингибирующей способности промышленных антиоксидантов в наполненных композитах Д.Г. Лин, Е.В. Воробьева, В.М. Шаповалов Формирование приповерхностных и заглубленных модифицированных слоев в полимерных пленках методом ионной имплантации М.Г. Лукашевич Получение пористых поглотителей нефтепродуктов на основе углеродных материалов Н.С. Лукичева, А.Ю. Кузнецов Влияние демпфирующих вставок из композиционного полимерного материала на виброустойчивость сборных резцов с СМП М.И. Михайлов Получение углеродных пористых композитов на основе фенольной смолы Я.О. Перминов, И.А. Кобыхно, А.А. Лысенко Модификация резин на основе пропиленоксидного каучука ультрадисперсными добавками различной химической природы Н.Н. Петрова, В.В. Портнягина Капсулирование микрочастиц вольфрама в полистирол А.В. Смирнов, И.В. Синёв Водоразбавляемое эпоксидное связующее для лакокрасочных материалов А.З. Чалабиева, Н.Я. Ищенко Функционализация полиэтилена винилциклопропанкарбоновой кислотой в процессе ее переработки Р.З. Шахназарли, Г.А. Рамазанов, А.М. Гулиев Синтез и диэлектрические характеристики композиционного материала ядро-магнитная оболочка /полимерная матрица О.А. Шилова, М.М. Сычев, Т.В. Хамова, П.В. Матвейчикова Флотационное извлечение полистирола Е.В. Опимах СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ. Секция 4. Трибоматериаловедение Устные доклады Оценка антифрикционных свойств растворов сульфонатов кальция в полиальфаолефиновом масле И.А. Буяновский, В.Л. Лашхи, А.И. Доценко, В.Д. Самусенко Structure-Morphology-Property Effects on Mechanical, Friction and Wear Properties of PTFE/EPDM Composites U. Gohs, M.S. Khan, D. Lehmann, G. Heinrich, and R. Frank Совместимость химических элементов на границах зерен и ее влияние на износостойкость стали В.И. Колесников, Ю.Ф. Мигаль, Е.С. Новиков Изменение износостойкости гальванических покрытий хрома при обработке холодной плазмой А.Г. Анисович, В.В. Ажаронок, В.Ф. Гологан, Д.М. Кроитору Эксплуатационные упругие свойства хаотически армированных короткими волокнами полимерных композитов с дисперсными антифрикционными добавками В.И. Колесников, В.В. Бардушкин, А.П. Сычев, Д.А. Кириллов, А.И. Сорокин Разработка триботехнических материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и терморасширенного графита О.В. Гоголева x

14 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Триботехнические аспекты процесса формования легкоплавких гранул В.М. Александров, В.А. Лобачев, А.В. Дроздов Триботехнические свойства и морфология МДО-покрытий В.Л. Басинюк, М.А. Леванцевич, Е.И. Мардосевич, С.А. Ковалева, С.С. Папина Поверхностно модифицированные керамические материалы в узлах трения техники для экстремальных условий Р.Е. Волкотруб, М.П. Лобкова, С.А. Ковалева Исследование трибологического действия наноразмерных присадок различной химическокй природы Е.Н. Волнянко, Т.Г. Чмыхова Исследование механических и триботехнических свойств бикомпонентных покрытий, конденсируемых из паров металлов И.Г. Горячева, Е.В. Торская, Ю.В. Корнев, И.Н. Ковалева, Е.Э. Дмитриченко, А.Я. Григорьев Триботехнические характеристики смазочного материала на основе рапсового масла и пчелиного воска А.Я. Григорьев, И.Н. Ковалева, Ю. Падгурскас, Р. Крейвайтис Структура и свойства комплексной сульфонат кальциевой пластичной смазки с дисперсной фазой на основе нанокальцита В.И. Жорник, А.В. Ивахник, В.П. Ивахник, М.А. Бухтилова Исследование поверхности стали 65Г при трении с металлокерамическим фрикционным материалом МК-5 А.Ф. Ильющенко, А.А. Дмитрович, А.В. Лешок Трибологические свойства полисахаридных покрытий А.Н. Красковский, В.И. Куликовская, А.Е. Соломянский Оценка влияния эксплутационных факторов на трение полимерных материалов при граничной смазке А.В. Купреев, М.С. Ануфриенко, С.М. Мартыненко Механизмы изнашивания компонентов алмазного инструмента при шлифовании стекла В.Я. Лебедев Влияние армирования углеродными волокнами полимеркерамических композитов на их изнашивание при трении в жидкости А.С. Михневич, С.В. Сосновский, В.П. Селькин, А.В. Макаренко Заочные доклады Повышение трещиностойкости и шероховатости дорожных покрытий путем использования битумно-полимерных композиций Д.И. Бочкарев, В.В. Петрусевич Наноструктурированные аэрозольные порошки из керамики новый эффективный наполнитель для композитов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) Л.В. Виноградов, В.И. Антипов, Ф.Г. Колмаков, Э.М. Лазарев, Е.Е. Баранов, В.А. Смуругов, В.В. Биран Исследование несущей способности граничной смазочной пленки жидкокристаллического строения С.В. Воронин Повышение износостойкости стальных плит для дробильных установок И.Н. Ердаков, В.М. Ткачёв, В.В. Новокрещенов, П.В. Феколин Исследование трибологических характеристик слоев TiN, полученных методом реактивного магнетронного распыления М.В. Ермоленко, С.М. Завадский, Д.А. Голосов xii

16 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Прививочная фотополимеризация на поверхности под действием ультрафиолетового излучения ртутных ламп и мощных светодиодов А.А. Горбачев, Л.В. Шкрабатовская, А.В. Данильчик, Л.К. Приходченко, Е.В. Луценко, О.Н. Третинников Проблемы развития технологии композитов на основе фторополимеров и модифицированных в плазме углеродных волокон П.Н. Гракович, В.М. Макаренко, В.А. Кукареко, В.М. Полховский, А.В. Пожарицкий, О.Е. Маскалюнайте, В.В. Некрасова, С.Ю. Заболотских Особенности применения фторопласта «ГРИФТЕКС» в экспериментальной хирургии П.Н. Гракович, В.В. Кудло, И.Г. Жук, И.С. Цыдик Стендовые доклады Industrial Application of Vacuum-Deposited Fluoropolymer Films E. Tolstopyatov, K. Grytsenko, O. Belyaev, Yu. Kolomzarov, V. Ksianzou, and S. Schrader Поливинилиденфторид/оксидные покрытия на сплаве магния В.С. Егоркин, И.Е. Вялый, Д.П. Опра, С.Л. Синебрюхов, С.В. Гнеденков Лазерная абляция радиационно модифицированного поливинилиденфторида Л.А. Калинин, С.Р. Аллаяров Адгезионные покрытия холодного отверждения на основе фторкаучуков Е.В. Савина, В.И. Пурцеладзе, Г.А. Емельянов Исследование физико-механических характеристик высоконаполненных композитов на основе ПТФЭ М.Ю. Целуев, В.А. Шелестова Влияние свойств углеродных тканей на физико-механические характеристики фторопластовых композитов В.А. Шелестова, М.Ю. Целуев, И.В. Коваль, М.В. Полховский Заочные доклады Effect of Mechanical Activation of Matrix Polytetrafluoroethylene on Its Structure and Properties K.V. Berladir, A.F. Budnik, P.V. Rudenko, and O.A. Budnik Структура и свойства фторполимеров после взрывной обработки Н.А. Адаменко, Г.В. Агафонова, А.Э. Герасимук, Н.О. Сизоненко Антифрикционный политетрафторэтиленовый композит на основе модифицированной матрицы К.В. Берладир, А.Ф. Будник, П.В. Руденко, О.А. Будник Исследование влияния ультразвука на свойства композиционных материалов на основе политетрафторэтилена П.Н. Петрова, Т.А. Исакова СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ. Секция 6. Механика полимерных композитов и моделирование Устные доклады Исследование теплового расширения самоармированных пластиков на основе фенилона А.И. Буря, О.А. Набережная Влияние асимметричного ортотропного трения на динамику и статику твердых тел Н.Н. Дмитриев, Е.М. Петроковец Роль трения при механических испытаниях образцов композитов на релаксацию А.Л. Башлакова Prediction of Plastic Deformation Parameters for Dispersion-Reinforced Materials S.V. Shil ko, D.A. Chernous, Heeman Choe, Hyunjoo Choi, and Donghoon Shin xiv

18 СОДЕРЖАНИЕ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. Гидрогелевые частицы пектин-серебро как перспективные носители иматиниба метансульфоната К.С. Гилевская, А.Н. Красковский, Ж.В. Игнатович, K.A. Al-Muhanna Механические свойства поверхносного слоя пероксинитрит-обработанных тимоцитов животных разного возраста И.А. Никитина, М.Н. Стародубцева, А.И. Грицук Заочные доклады Совершенствование методов контроля качества искусственных кож В.Д. Борозна, А.Н. Буркин Сетчатые полиуретановые покрытия и их биостойкость Н.Н. Ласковенко, Ж.П. Коптева, И.А. Козлова, Е.В. Лебедев Биосовместимые композиционные материалы на основе наноструктурного нитинола Е.О. Насакина, А.С. Баикин, М.А. Каплан, Г.Н. Бикбова, М.А. Севостьянов, А.Ю. Федотов, А.Г. Колмаков, П.А. Витязь, М.Л. Хейфец Биоцидная композиция на основе ПВХ с использованием циклопропансодержащих тиоэфиров Р.З. Шахназарли Исследование эффективности использования композитных микроудобрения (Cu, Zn, Mn) для внекорневой подкормки вегетирующих сельскохозяйственных культур О.В. Шахно, Л.Ю. Бражникова, Ю.И. Матусевич АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ xvi

20 ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. САМОСМАЗЫВАЕМОСТЬ ТЕРМОСТОЙКИХ ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ А.П. Краснов Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия; В х гг. прошлого века после изучения механизма трения политетрафторэтилена было сформулировано представление о самосмазывании полимеров как трении полимеров по «перенесенной» пленке, что и обеспечивает низкое трение. Значительный объем исследований трибохимических процессов при трении конструкционных термостойких полимеров и узлов сухого трения на их основе позволил сформулировать представления о самосмазывании (смазывающей способности) твердых тел как свойства материала иметь пониженное значение коэффициента трение за счет свойств исходной поверхности либо поверхностей образующихся в результате физических и химических процессов при фрикционном взаимодействии с контртелом. В случае полигетероариленов этот эффект возможен только в результате активных трибохимических процессов [1, 2]. Причина резкого различия силы трения различных представителей термостойких полимеров, в отличие от традиционных самосмазывающихся полимеров определяется не механической, а молекулярной составляющей силы трения. Наиболее яркие представители термостойких полимеров с максимально высокой молекулярной составляющей силы трения полиарамиды (Кевлар полипарафенилендиамид, Номекс полиметафенилендиамид), что обусловлено их химических строением. Большинство других испытанных полигетероариленов имеют менее высокий коэффициент трения. Трибохимический распад этой группы полимеров характеризуется преобладающей молекулярной деструкцией на уровне звена макромолекулы. Исследование группы термостойких термопластов позволило установить, что в этом случае наиболее гибкие представители, как, например, полиариленэфиркетон на основе дифенилолпропана и дифторбензофенона характеризуется преобладанием трибохимической деструкции не на молекулярном, а на макромолекулярном уровне. К этому же эффекту приводит введение в более жесткоцепные полимеры самосмазывающегося наполнителя, например, графита, в случае полиарилатов и полифенилхиноксалина. Влияние молекулярной составляющей трения обнаруживается не только при трении полимеров, но и в в композиционных материалах, как через связующее, так и через термостойкие армирующие волокна, например при трении антифрикционных органопластов, углеродонаполненных литьевых материалов и др. Трибохимический подход к исследованию механизма трения термостойких полимеров включает изучение состава покрытия, образующегося на контртеле в процессе формирования «третьего тела». Общей чертой химического состава покрытия на контртеле при трении различных термостойких полимеров является наличие продуктов окисления, образующихся в результате деструкции по наиболее слабым химическим связям. При возрастании гибкости, например в литьевых термопластичных полиариленэфиркетонах, покрытие, формирующееся на контртеле включает компоненты звена полимера, причем преимущественно содержатся более термически устойчивые фрагменты. Время, 60 мин. Рис. 1. Коэффициент трения (А) и краевой угол смачивания (Б) композиционных материалов с различным соотношением эпоксидная смола: фенолоформальдегидная смола 1 ФФ; 2 30 ФФ + 70 ЭД20; 3 50 ФФ + 50 ЭД20; 4 70 ФФ + 30 ЭД20 Особенно интересна реализация принципа создания самосмазывающихся износостойких материалов с минимально возможным значением молекулярной составляющей в таких областях как медицина, где удалось создать пару трения с коэффициентом трения подобным значению пары хрящ хрящ или пары полимер сталь, работоспособной в условиях сверхскоростного трения Краснов А.П., Мить В.А., Афоничева О.В., Рашкован И.А., Казаков М.Е. Трибохимически активные и трибостабильные полимеры и полимерные системы // Трение и износ (23), 4, Краснов А.П., Адериха В.Н., Афоничева О.В., Мить В.А., Тихонов Н.Н., Васильков А.Ю., Саид-Галиев Э.Е., Наумкин А.В., Николаев А.Ю. О систематизации нанонаполнителей полимерных композитов // Трение и износ (31), 1,

22 normalised parameters [%] ПОЛИКОМТРИБ-2015 ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. HIGH PERFORMANCE COMPOUNDS FOR FIBRE REINFORCED COMPOSITES U. Gohs 1, C. Zschech 1, C. Scheffler 1, and G. Heinrich 1,2 1 Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.v., Dresden, Germany; 2 Technische Universität Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft, Dresden, Germany Aim High performance fibre reinforced thermosets causes problems in cycle time and recycling. The use of a thermoplastic matrix offers an alternative. Isotactic polypropylene (PP) is a widespread used thermoplastic polymer with a good chemical resistance and hardness, but low toughness. A significant increase of toughness can be achieved by blending with a rubber, but it results in a lower level of E-modulus and tensile strength [1]. In comparison to state of the art technology, increased tensile strength can be achieved by electron induced reactive processing [2 4]. This novel reactive compounding method was used for the toughening of PP. Finally, this toughened PP was used to produce endless glass fibre (GF) reinforced PP via compression moulding. Materials and methods Two polypropylene homopolymers (PP) were used as matrix polymer. PP HD120MO was obtained from Borealis, Düsseldorf, Germany. The melt flow rate of the polypropylene, measured at 230 C and 2.16 kg, amounts to 8.0 g/10 min. PP HG455FB was obtained from Borealis AG, Vienna, Austria. The melt flow rate of the polypropylene, measured at 230 C and 2.16 kg, amounts to 27 g/10 min.this type of PP can be used for melt spinning of fibres. EXXELOR PO 1020 (Exxon Mobil Corporation, Machelen, Belgium), a maleic anhydride functionalized PP, is used for improved adhesion between PP and amio-silane treated GF surface. Three types of rubbers were tested for PP toughening. Buna EP G6850, a ethylidene norbornene (ENB) containing ethylene propylene diene rubber (EPDM), was obtained from Lanxess, Leverkusen, Germany. This EPDM contains 51 wt.% of ethylene and 7.7 wt.% of ENB and has a Mooney viscosity, ML (1 + 4) at 125 C, of 60. Keltan DE8270C, a vinylidene norbornene (VNB) containing EPDM rubber, was obtained from DSM, Geleen, Netherlands. It contains 50 wt.% of ethylene and 3.0 wt.% of VNB and has a Mooney viscosity, ML (1 + 4) at 125 C, of 80. Engage 8100, an ethylene octene copolymer, was procured from Dow Chemical (USA). The co-monomer (octene) content amounts to 23 mol.%. The melt flow index, measured at 190 C and 2.16 kg, amounts to 1.0 g/10 min. At first, PP/rubber blends of 50/50 weight ratio were prepared by discontinuous electron induced reactive processing (EIReP) in order to investigate the influence of polymer properties and processing parameters on the mechanical properties of PP/rubber blends. Based on these experimental results toughened PP was produced by continuous EIReP for preparation of GF reinforced PP. Selected mechanical parameters were determined. Results and discussion Polymer properties like viscosity, chemical reactivity, and morphology before reactive compounding as well as processing parameters like electron energy and energy input per time during reactive compounding are strongly influencing the mechanical performance of PP rubber blends. Based on an optimized selection of raw materials and processing parameters toughened PP was produced. Beside significant improvement in toughness it has values of E-modulus and tensile strength which are comparable with those values of original PP (Fig. 1) PP (92,5 wt.%)/eoc (7,5 wt.%)-blend E-modulus [%] tensile strength [%] elongation at break [%] Charpy 1eA [%] Fig. 1. Selected parameters normalised to virgin PP Endless GF reinforced toughened PP has improved toughness (+15%) in comparison to endless GF reinforced original PP. Further, the values for E-modulus and tensile strength are not influenced by toughened PP within the experimental uncertainty Grein C., et al. Mechanical and Optical Effects of Elastomer Interaction in Polypropylene Modification: Ethylene-Propylene Rubber Poly-(ethylene-co-octene) and Styrene-Butadiene Elastomers // express Polymer Letters (6), no. 9, Naskar K., et al. PP-EPDM Thermoplastic Vulcanisates (TPVs) by Electron Induced Reactive Processing // express Polymer Letters. 2009, no. 3, Rajeshbabu R., et al. Preparation of polypropylene (PP)/Ethylene Octene Copolymer (EOC) Thermoplastic Vulcanizates (TPVs) by High Energy Electron Reactive Processing // Radiation Physics and Chemistry. 2011, no. 80, Thakur V., et al. Electron-Induced Reactive Processing of Thermoplastic Vulcanizate Based on Polypropylene and Ethylene Propylene Diene Terpolymer Rubber // Polymer Journal. 2012, no. 44,

24 ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ А.А. Охлопкова, Т.С. Стручкова, А.П. Васильев, А.А. Гаврильева, А.Г. Алексеев, С.Н. Данилова Северо-Восточный федеральный университет, , Россия; Цель Создание композитов на основе термопластов с применением синтетических и природных волокон. Материалы и методы В качестве полимерной основы использовали политетрафторэтилен (ПТФЭ) марки Ф-4ПН-90 и сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) фирмы Ticona GUR В качестве наполнителя ПТФЭ использовали углеродное волокно (УВ) УКН-М-12К (ТУ ), для СВМПЭ использовали природное базальтовое волокно (БВ) месторождения п. Покровск, Республика Саха (Якутия). Образцы для исследований были изготовлены по стандартным технологиям для соответствующих полимеров. В случае СВМПЭ исследованы две технологии совмещения компонентов ПКМ: совмещение полимера с предварительно механоактивированным в планетарной мельнице АГО-2 (2220 об/мин, центробежное ускорение 100 м/с 2 ) БВ; совместная механоактивация в планетарной мельнице PULVERIZETTE-5 фирмы FRITSCH (400 об/мин, центробежное ускорение 40 м/с 2 ). Физико-механические свойства ПКМ исследовали на разрывной машине Shimadzu AGS-J по ГОСТ Триботехнические характеристики определяли на трибометре UMT-3 согласно ГОСТ Структурные исследования проводили на: ИК-Фурье спектрометре FTS 7000 «Varian», растровом электронном микроскопе JSM-7800FX фирмы JEOL, дифрактометре ARL X TRA. Результаты и их обсуждение В работе исследовано влияние коротких нитевидных углеродных волокон на эксплуатационные свойства ПКМ на основе ПТФЭ. Содержание наполнителя варьировали от 1 мас.% до 7 мас. Прочность на сжатие композитов возрастает до 1,5 раза по сравнению с исходным ПТФЭ. При наполнении происходит снижение плотности, так как волокно имеет низкую плотность по сравнению с полимерной матрицей. Триботехнические исследования показали, что износостойкость увеличивается от 100 до 850 раз по сравнению с чистым полимером, при сохранении низкого коэффициента трения во всех образцах. В случае наполнения базальтовыми волокнами СВМПЭ содержание наполнителя варьировали от 0,5 до 20%, при этом наилучшие результаты наблюдаются, при наполнении СВМПЭ предварительно активированным волокном: предел прочности повышается на 15 37%, модуль упругости на 50 60%, линейный износ уменьшается в 4,5 раза относительно ненаполненного СВМПЭ. Улучшение деформационных свойств можно объяснить эффектом армирования полимерной матрицы базальтовым волокном, а триботехнических свойств с уменьшением площади контакта ПКМ с металлической поверхностью контртела, участием БВ в ориентационных эффектах, с расположением поверхностных слоев композита по направлению скольжения [3]. Результаты структурных исследований согласуются с данными физико-механических испытаний. На основании проведенных исследований показано, что использование волокнистых материалов (УВ, БВ) в качестве наполнителей ПТФЭ и СВМПЭ способствует повышению деформационно-прочностных показателей, значительное увеличение износостойкости при сохранении стабильных и низких значений коэффициента трения с высокой несущей способностью. Работа проведена в рамках Госзадания Минобрнауки РФ в сфере научной деятельности в рамках базовой части 1426 «Организация проведения научных исследований», гг. и в сфере научной деятельности в рамках проектной части /К, гг. 1. Стручкова Т.С. Разработка и исследование полимерных композиционных материалов на основе активации политетрафторэтилена и углеродных наполнителей. Дис. к-та техн. наук: Комсомольск-на-Амуре Михайлов А.А., Краснов А.А, Дюрягин Б.С., Гайдомако И.М. Ажурные композиционные волокнистые материалы с наноструктурными элементами // Конструкции из композиционных материалов. 2003, 3, Охлопкова А.А., Васильев С.В., Гоголева О.В. Разработка полимерных композитов на основе политетрафторэтилена и базальтового волокна // Нефтегазовое дело. 2011, 6,

26 ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ Гомель, Беларусь, июня 2015 г. 35 ЛЕТ КОЛЛЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА СТРАНИЦАХ ЖУРНАЛА «ТРЕНИЕ И ИЗНОС» А.И. Свириденок 1, Н.К. Мышкин 2, И.Н. Ковалева 2 1 Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения, Гродно, Беларусь 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Введение Важнейшим условием обеспечения непрерывности и преемственности в развитии науки является распространение информации о результатах научных исследований. Благодаря научным изданиям результаты исследовательского труда включаются в научно-информационный поток и становятся достоянием ученых и специалистов. Цель работы Определить перспективные направления исследований в трибологии за последние 35 лет. Провести анализ публикационной активности стран СНГ и дальнего зарубежья. Результаты и их обсуждение Издаваемый с 1980 года журнал «Трение и износ» является наиболее полным в странах СНГ источником информации о событиях в области трибологии. За последние 35 лет ( г.г.) в журнале опубликовано 4092 статьи, в которых освещаются результаты исследований, проводимых в России, Беларуси, Украине и других странах ближнего и дальнего зарубежья. Географическая принадлежность опубликованных статей представлена на диаграмме (рис. 1). Рис. 1. Распределение публикаций по странам В зависимости от темы исследования все опубликованные работы можно разделить на 10 групп. На диаграмме представлены основные направления исследований по количеству статей с делением на десятилетия. Рис. 2. Направления исследований Направления исследований по тематике направлений исследований представлены в табл. 1. Таблица 1. Направления исследований в трибологии Направление исследований структура, механические и трибологические свойства перспективных материалов и покрытий 1 механизмы, виды и особенности изнашивания трибосопряжений 2 моделирование механизмов изнашивания и фрикционного 3 взаимодействия 4 износостойкость и долговечность материалов 5 численный анализ процессов трения и изнашивания 6 приборы и оборудования, применяемые в трибологии 7 трибологические и реологические свойства смазок параметры и свойства поверхности на трибологические 8 свойства материалов трибологические свойства полимерных материалов и композитов 9 10 общие вопросы трибологии Представленный анализ показывает, что в последнее десятилетие наиболее актуальными являлись вопросы связанные с износостойкими материалами и покрытиями, численным анализом процессов трения и изнашивания, а также трибологическими свойствами полимеров и композитов. Как отмечают трибологии всего мира, трибология 21 века должна решать следующие задачи: миниатюризация триботехнических устройств; экологизация (снижение шума и загрязнения окружающей среды); резкое снижение затрат энергии при передаче движений и мощности; существенное повышение срока службы при высоких нагрузках, скоростях и температурах, при эксплуатации в абразивных средах; продление «жизни» человеческих суставов и других органов, работающих в условиях трения и смазки; использование новых физических, химических и биологических принципов и эффектов при решении трибологических проблем; оценка роли трения в сходе снежных и каменных лавин; развитие теории и методов исследования трибосопряжений в глубоком космосе, при высоких дозах облучения, сверхзвуковых скоростях и высоких давлений при высоких и криотемпературах. Трибология будет интересна и необходима человечеству пока существует земное притяжение. Редколлегия поздравляет всех авторов с 35-летием журнала. Надеемся, что количество публикуемых в журнале материалов будет и в дальнейшем расти, увеличится IF и IC его авторов. 10

28 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ ФУЛЛЕРЕНАМИ Э.М. Шпилевский 1, С.А. Филатов 1, Г. Шилагарди 2, Ц. Хандмаа 2, А.Т. Богорош 3 1 Институт тепло- и массообмена НАН Беларуси, Минск, Беларусь; 2 Национальный университет Монголии, Улан-Батор, Монголия; 2 Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, Украина; Фуллерены являются уникальными углеродными наночастицами, открытие которых дало материаловедам принципиально новые инструменты для конструирования материалов с управляемыми свойствами. За короткое время появились тысячи публикаций как по методам синтеза фуллеренов, так и их использованию в разработке новых материалов [1, 2]. Фуллерены, обладающие большей энергией сродства к электрону, чем акцепторные фрагменты многих полимерных молекул, могут образовывать комплексы с переносом заряда [3]. В качестве полимерных матриц служили полистирол (ПС) и полиэтилен высокого давления (ПЭВД). Молекулы фуллерена С 60 вводились в полимерную матрицу двумя способами: а) смешиванием растворов полиэтилена и фуллеренов в толуоле, б) пропиткой пленок ПЭВД в растворе С 60 в толуоле (1,4 мг/мл). В последнем случае долевое содержание фуллерена в пленке варьировалось путем изменения времени пропитки (0,5 и 3 ч). Исследовались механические (разрывная машина) и трибологические свойства (трибометр ТЭУ-1), структура (РЭМ). Оптическая диагностика исследуемых образцов проводилась с помощью Фурье-спектрометра IFS66 Bruker в диапазоне см 1, соответствующем активным колебаниям ПС, ПЭВД и С 60. Допированние полимерного материала фуллеренами приводит к значительному повышению прочности материала, снижению коэффициента трения, изменению упругих характеристик и других свойств материала. Свойства полимеров в большой степени зависят от долевого содержания фуллеренов. Показано, что наибольший эффект применения фуллеренов обнаруживается при их концентрации 0,1 0,2 мас.%. В этом случае обеспечивается наибольшее снижение коэффициента трения (в 3,2 раза), однако добавление фуллеренов в полимерную матрицу приводит к охрупчиванию материала, предел растяжения снижается на 10 30%, модуль Юнга при этом возрастает. В области невысоких концентраций взаимодействие поверхности углеродных наночастиц с полимерными молекулами происходит повышение эффективной плотности сетки полимера. Связи макромолекул с поверхностью частиц можно рассматривать как дополнительные узлы пространственной структуры сетки. Это дополнительное структурирование определяет механические свойства наполненной системы. Наполнитель влияет на условия надмолекулярного структурообразования матрицы, изменяя состояние полимера на поверхности наполнителя. Кроме того, фуллереновые кластеры проявляют способность сами структурироваться в полимерной матрице. Полимеры, содержащие фуллерены, по структурной организации можно разделить условно на четыре типа: звёздообразные в них молекула фуллерена выполняет роль ядра для присоединенных линейных цепочек матрицы; «жемчужное ожерелье» содержат молекулы фуллерена в основной цепи; «браслет с подвесками» содержащие молекулы фуллерена в боковых заместителях и являются, разновидностью гребнеобразной структуры; «нерегулярная сетка» молекулы фуллерена включены в замкнутые цепочки. Изменением состава композиционного материала на основе полимера и фуллеренов можно управлять его свойствами. При этом все получаемые материалы имеют низкую плотность и повышенную температурную устойчивость. Работа выполнена в рамках международного сотрудничества между Институтом тепло- и массобмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси и Национальным университетом Монголии при финансовой поддержке Белорусского и Монгольского фондов фундаментальных исследований (код проекта Т15МН-001). 1. Шпилевский М.Э., Шпилевский Э.М., Стельмах В.Ф. Фуллерены и фуллереноподобные структуры основа перспективных материалов // ИФЖ (74), 6, Сидоров Л.Н., Юровская М.А. Фуллерены. М.: МГУ Шпилевский Э.М., Шилагарди Г., Ахремкова Г.С. Механические и трибологические свойства полиэтилена высокого давления, модифицированного фуллеренами // Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Минск: Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси. 2005, Витязь П.А., Шпилевский Э.М. Углеродные наночастицы как активные модификаторы материалов // Материалы, технологии и оборудование в производстве, эксплуатации, ремонте и модернизации машин. В 3-х т. Т. 1. Новополоцк: УО «ПГУ». 2007,

30 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЦЕПЕЙ ПОЛИ-L-ЛАКТИДА В НАНОРАЗМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЯХ, ФОРМИРУЕМЫХ ИЗ АКТИВНОЙ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ Л.П. Круль 1,2, Г.В. Бутовская 2, О.В. Шахно 1,2, Т.И. Кошко 1, А.А. Рогачев 3, Е.Д. Скаковский 4, Л.Ю. Тычинская 4 1 Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь; 2 Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», Минск, Беларусь 3 Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь 4 Институт физико-органической химии НАН Беларуси, Минск, Беларусь Ранее было показано, что наноразмерные пленки из кристаллизующегося поли-l-лактида (П-L-Л), формируемые на различных подложках из активной газовой фазы [1], в отличие от пленок, получаемых из раствора, находятся в аморфном состоянии и в связи с этим обладают способностью к значительному набуханию в водных растворах. Это позволяет использовать данный полимер в качестве компонента композиционного антибактериального покрытия медицинских металлических имплантатов временного действия [2]. Причины необычного фазового поведения поли-lлактида, наносимого на поверхность металлов в условиях высокоэнергетического воздействия потока ускоренных электронов, до сих пор остаются не выясненными. Естественно допустить, что перевод П-L-Л в активную газовую будет сопровождаться изменением молекулярной структуры цепи, причем не только снижением средней длины макромолекул и изменением полидисперсности полимера, но и трансформацией стереоструктуры макромолекул. Однако до настоящего времени экспериментальные исследования в указанном направлении не проводились. Цель Целью работы явилось определение изменений в молекулярной структуре П-L-Л, происходящих при нанесении наноразмерных композиционных полимерных покрытий на твердые подложки из активной газовой фазы, и выяснение роли указанных изменений в процессе формирования а фазовой структуры образующихся тонких пленок. Материалы и методы Использовали П-L-Л марки 4042D фирмы «Nature Works LLC» (США). Тонкие полимерные пленки формировали по известной методике [2]. Характеристики молекулярной структуры ПЛ (среднечисловая молекулярная масса <M n > и содержание L- и D-звеньев в макромолекулах) определяли как в исходном полимере, так и в покрытии, которое было нанесено из активной газовой фазы и затем м еханически отделено от него. Величину <M n > определяли методом спектроскопии ЯМР 1 H, содержание L- и D-звеньев в макромолекулах методами спектроскопии ЯМР 13 С и поляриметрии. Спектры ЯМР растворов П-L-Л в CDCl 3 регистрировали при комнатной температуре на спектрометре Bruker-500 при рабочих частотах 500 и 125,8 МГц. Величины удельного оптического вращения определяли при 20 С на автоматическом поляриметре ATAGO AP-300 при длине волны линии D спектра натрия (λ = 589,3 нм). Результаты и их обсуждение Установлено, что при формировании пленок П- L-Л из активной газовой фазы величина <M n > снижается с 9, до 1, Это свидетельствует о том, что макромолекулы П-L-Л при осаждении из активной газовой фазы подвергаются деструкции, однако полимерное состояние П-L-Л при этом сохраняется что обеспечивает возможность получения сплошных наноразмерных пленок. Показано, что в спектре ЯМР 13 С тонких пленок П-L-Л, сформированных из активной газовой фазы, кроме сигнала при 171,0 м.д. в карбоксильной области, относящегося к iiiii последовательности L-звеньев макромолекулы [3], появляются два четких сигнала при 170,6 (isisi) и 170,8 м.д. (iisii, sisii, sisis), которые относятся к последовательностям L- и D-звеньев [3]. Содержание D-звеньев в макромолекулах П-L-Л при осаждении полимера из активной газовой фазы увеличивается с 2 до 10 мол.%. Известно, что при таком содержании D-звеньев П-L-Л не способен к кристаллизации [3]. Следовательно, обнаруженная ранее аморфность структуры тонких пленок П-L-Л, формируемых из активной газовой фазы, является следствием химических изменений в молекулярной структуре полимера, происходящих под комбинированным тепловым и высокоэнергетическим воздействием потока ускоренных электронов. Определяющую роль играет переход от упорядоченной L-конфигурации цепей к неупорядоченной D, L-конфигурации. 1. Рогачев А.А. Физико-химия полимерных покрытий, осаждаемых из активной газовой фазы. М.: Научный мир Тапальский Д.В., Бойцова Н.Ю., Осипов В.А., Рогачев А.А., Ярмоленко М.А., Рогачев А.В., Марченко Л.А., Бутовская Г.В., Круль Л.П. Новое антибактериальнoе покрытие на основе смеси полиуретана с поли-l-лактидом // Докл. Нац. акад. наук Беларуси (57), 4, Buchatip S., Petchsuk A., and Kongsuwan K. Synthesis and Mechanical Properties of Poly (LLA-co-DLLA) Copolymers // Journal of Metals, Materials and Minerals 2008 (18),

32 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ РУБЛЕНЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ Е.С. Петухова Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия; Цель Исследование физико-механических свойств и особенностей распределения коротковолокнистого наполнителя в композиционной полиэтиленовой трубе при экструзии. Объекты исследования. Исходная и композиционная трубы, изготовленные из полиэтилена марки ПЭ2НТ11-9 (ОАО «Казаньоргсинтез», Россия). В качестве наполнителя использовалось рубленное углеродное волокно УКН-М-5000 производства ООО НПЦ «Увиком» (длина 5 6 мм, диаметр 5 8 мкм. Опытная партия труб была изготовлена на экструзионной линии ООО «Эгопласт», Якутск, Россия. Диаметр трубы составлял 63 мм, SDR 11. Волокна вводились в полимер в количестве 10 мас.% смешением ингредиентов в расплаве с последующим экструдированием. Результаты и их обсуждение Исследование толщины стенки исходных и модифицированных труб показало, что при одних и тех же условиях экструдирования, толщина стенки модифицированной трубы меньше, однако, отклонение от нормы не наблюдается. Подобный эффект может быть нивелирован подбором оптимальных режимов экструдирования. Отклонение размеров трубы по диаметру также находилось в пределах стандарта. Анализ удлинения трубы после прогрева показал, что деформация отрицательна (происходит усадка материала), как при испытании трубы из исходного материала, так и из композитного материала. Однако усадка исходной трубы составляет 2,2%, а композитной 1,4%. Результаты исследования физико-механических характеристик труб представлены в табл. 1. Таблица 1. Физико-механические характеристики труб σ т, МПа Е, МПа р, % т, % Исходная 21,8 1149,3 687,1 8,3 Дисперсно-армированная 25,0 3423,0 62,5 3,0 Примечание. σ т прочность при пределе текучести; Е модуль упругости; р удлинение при разрыве; т удлинение при пределе текучести. Установлено, что прочность и модуль упругости композиционной трубы на 15% и в 3 раза выше, чем у исходной, соответственно. Деформационные характеристики композитной трубы существенно ниже исходной, что обусловлено высокой концентрацией волокон и низким уровнем адгезионного взаимодействия. Исследование качества сварного соединения показало, что стандартные условия сварки позволяют получить сварной шов удовлетворительного качества. Это подтверждается результатами испытаний как шва с нарушением (методика разработана в лаб. 5 ИПНГ СО РАН), так и стандартными испытаниями, согласно ГОСТ. Результаты электронно-микроскопического исследования распределения наполнителя в трубе показано на рис. 1. а Рис. 1. Распределение волокнистого наполнителя в трубе: а вдоль трубы; б поперек трубы Видно, что волокнистый наполнитель распределяется вдоль направления экструдирования. Анализ электронно-микроскопического снимка поперечного хрупкого скола свидетельствует о том, что наполнитель распределен относительно равномерно. Причем такой результат получен как для внешней, так и для внутренней стенки трубы. Заключение Получен опытный образец трубы, модифицированной рублеными углеродными волокнами. Установлено, что все промышленные характеристики такой трубы соответствуют стандартам. Дисперсно-армированная труба характеризуется высокими значениями прочностных характеристик и сниженными деформационными характеристиками. Показано, что более 90% волокон ориентируются вдоль направления экструдирования, что обеспечивает трубе высокие физико-механические характеристики. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Научно-образовательный фонд поддержки молодых ученых Республики Саха (Якутия)» б 16

34 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОРФОЛОГИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ БЛОК-СОПОЛИМЕРОВ В.Н. Анисимов, Н.М. Евдокименко, М.В. Бурмистр Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, Украина; Связь физико-механических и других свойств эластомеров с их структурной организацией является в настоящее время одной из наиболее важных фундаментальных проблем физико-химии высокомолекулярных соединений, имеющей большое прикладное значение при разработке материалов с заданным комплексом свойств, в том числе и триботехнических. В этом аспекте особый коммерческий интерес вызывают полиуретановые блок-сополимеры (БПУ), которые, в отличие от резиновых эластомеров, имеют возможность изменять в широком диапазоне деформационно-прочностные свойства (от высокоэластичных материалов до жестких пластиков). Немаловажным является и тот факт, что использование БПУ с заданными свойствами за счет рециклинга, в отличие от резин, позволяет существенно снизить экологическую нагрузку. В работе проведены исследования по установлению закономерностей взаимосвязи деформационно-прочностных, триботехнических и технологических свойств полиуретанов с параметрами структурной организации на молекулярном, топологическом и морфологическом уровнях. Экспериментальные результаты получено с использованием стандартных методик и современных методов исследований, в том числе оптической микроскопии, вискозиметрии, рентгеноструктурного и термомеханических анализов, а также специальных методик исследования процессов трения и изнашивания БПУ в условиях отсутствия смазки, в воде, в потоке абразивных частиц. Предложено в качестве основных параметров, которые контролируют макроскопические свойства широкой номенклатуры БПУ, рассматривать концентрацию жестких блоков в их цепях Р с, которая пропорциональна концентрации высокомодульной микрофазы жестких блоков в объеме полиуретана, и строение олигогликольного компонента М ог разной молекулярной массы (от 500 до 2000). Установлены характерные точки содержания жестких блоков Р с1 и Р с2, которые отвечают условиям геометрических фазовых переходов, что способствует резкому изменению характера концентрационных зависимостей. С повышением молекулярной массы олигогликоля значения концентрационных точек Р с1 и Р с2 смещаются в сторону меньших величин, а увеличение степени кристалличности БПУ, наоборот, смещает Р с1 в сторону больших значений. Установлены условия образования оптимальной фазовой морфологии (Р с1 Р с Р с2 ). Разработано методику прогнозирования свойств БПУ и композиционных материалов на их основе в зависимости от объемной доли микрофазы жестких блоков и молекулярной массы олигогликолей. Доведено ее эффективность при объяснении и прогнозировании взаимодействия состава, структуры и свойств рассмотренных блок-полиуретанов. Выявлено синергичный еффект повышения деформационно-прочностных свойств блок-полиуретановых композиций при условии образования геометрической фазовой морфологии с минимальным размером частиц гетерофазы. Показано, что оптимальной будет структура, при которой с одной стороны наибольшая вероятность реализации свойств микрофазы жестких блоков по обеспечению высокой прочности, а с другой сохранение свойств полимера-матрицы по обеспечению достаточной эластичности. Предложенный подход к описанию свойств БПУ, основанный на перколяционном анализе, является эффективным в точки зрения объяснений и прогнозирования взаимодействия состава и свойств, в том числе триботехнических, полиуретановых блок-сополимеров. На основе БПУ из оптимальной фазовой морфологией разработаны промышленные композиты, наполненные тонкодисперсным графитом, салицилатом меди, аминовоском, фторопластами, полиэлектролитным комплексом, металлическим порошком. Композиции характеризуются повышенной износостойкостью в условиях трения без смазки, минимальными значениями коэффициента трения, высокими значениями коэффициента теплопроводности, низкой чувствительностью к напряжениям сдвига и расширенным интервалом температуры переработки. Промышленные испытания и внедрение деталей из разработанных композиционных материалов в узлах трения машин и механизмов в качестве направляющих скольжения, опор роликов, герметизаторов, элементов передаточных устройств подтвердили их высокую эффективность в сравнении с существующими аналогами. Экономический эффект получен за счет увеличения долговечности работы узлов трения, сокращения затрат на ремонтные и профилактические работы. 18

36 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СИНТЕЗ СУЛЬФИРОВАННЫХ ПОЛИ-1,3,4-ОКСАДИАЗОЛОВ В.С. Ященко, В.К. Ольховик Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Постоянно растущее внимание исследователей к топливным элементам и их ключевым компонентам полимерным протонпроводящим мембранам обуславливает необходимость поиска новых путей синтеза полимерных электролитов. Наибольший интерес представляют твердополимерные мембраны, в которых протогенные группы соединены с макромолекулами полимера ковалентными связями. Такие системы обычно получают либо соответствующей обработкой (сульфированием или фосфорилированием) готовых высокомолекулярных соединений, либо полимеризацией мономеров, содержащих сульфокислотные и фосфорнокислотные группы [1, 2]. В последние годы активно исследуются мембраны на основе поликонденсационных полимеров, которые обладают высокой термостабильностью и гораздо дешевле перфторированных полиэлектролитов. Одной из такой групп полимеров являются поли-1,3,4-оксадиазолы (ПОД-полимеры). Известны немногочисленные примеры синтеза ПОД-полимеров, содержащих протогенные группы сульфо- [3] и фосфорной кислоты [4] в макромолекуле. Однако, как отмечали сами авторы, полученные полиэлектролиты имели неудовлетворительные физико-механические характеристики, и не показали высоких значений протонной проводимости. С целью получение новых ПОД-полимеров, обладающих ионообменными свойствами, был разработан метод синтеза сополимеров поли(1,3,4- оксадиазол-2,5-диил-1,4-фенилена), содержащих в полимерной цепи 4-сульфо-10,10-диоксофеноксатииновый (3) или 4,4'-оксибис[3-(сульфонил)бензойный] (4) фрагменты. Ранее нами было показано, что взаимодействие 4,4 -оксидибензойной кислоты с сильными серосодержащими электрофилами, такими как олеум или хлорсульфоновая кислота протекает с образованием 4-(сульфо)-10,10-диоксо-λ 6 -феноксатиин-2,8-дикарбоновой кислоты (2) [5]. Последняя может быть использована для получения полимерных полиэлектролитов, содержащих протогенные сульфогруппы. Было показано, что дикислота (2) довольно легко взаимодействует с терефталевой кислотой (ТФК) и сульфатом гидразина в олеуме с образованием ПОДсополимера (3). Учитывая особенности взаимодействия 4,4 -оксидибензойной кислоты с олеумом, для синтеза ПОД-сополимеров (3), была предложена одностадийная схема, заключающаяся в непосредственной поликонденсации 4,4 -оксидибензойной кислоты с ТФК и сульфатом гидразина. На первой стадии 4,4 -оксидибензойную кислоту (1) нагревали в 20% олеуме при температуре 120 С в течение 2 часов. В этих условиях образуется раствор 4-(сульфо)-10,10-диоксо-λ 6 -феноксатиин-2,8-дикарбоновой кислоты (2), которая без выделения использовалась в поликонденсации с гидразинсульфатом и терефталевой кислотой (ТФК). Также было обнаружено, что при проведении реакции поликонденсации без предварительного прогревания 4,4 -оксидибензойной кислоты (1) в олеуме при температуре 120 С не происходит образование феноксатииновой группировки, а образуется ПОД-сополимер (4), содержащий в полимерной цепи фрагмент 2,2 -оксидибензолсульфокислоты. Структура полученных соединений подтверждается данными ИК-, ПМР-спектроскопией и элементным анализом. ПОД-сополимеры (3,4) с содержанием 20 40% 4-сульфо-10,10-диоксофеноксатиинового или 4,4'-оксибис[3-(сульфонил)бензойного] фрагментов демонстрируют высокую ионообменную способность, хорошее водопоглощение, и сохраняют высокую термо- и механическую прочность, присущую поли-пара-фенилен-1,3,4-оксадиазолу. Полученные сополимеры могут представлять интерес в качестве материала для протонпроводящих мембран топливных элементов. 1. Иванёв С.С, Мякин С.В. // Успехи химии (79), Русанов А.Л., Солодова Е.А., Булычева Е.Г., Абади М., Войтекунас В.Ю. // Успехи химии (76), Gomes D. and Roeder J., Ponce M. L., Nunes S. P. // Journal of Power Sources. 2008, no. 175, Shapov A.S., Losinskaya E.I., Odinets I.L., et al // Reactive & Functional Polymers 2008 (68), Yashchenko V.S., Pap A.A., Kalechits G.V., Makey A.V., and Ol`khovik V.K. // Chemistry & Heterocyclic Compounds (10),

38 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ДИАГНОСТИКА ИЗМЕНЕНИЙ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ В ОБЛАСТИ БЛИЖНЕГО УПОРЯДОЧЕНИЯ КСЕРОГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО СТЕКЛА МОДИФИЦИРОВАННОГО СОЛЯМИ МЕТАЛЛОВ Н.С. Скорикова 1, А.Д. Фофанов 1, Е.Ф. Кудина 2 1 Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск, Россия; 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Цель Получение и анализ структурных характеристик исходных и модифицированных образцов ксерогелей методами рентгеноструктурного анализа и компьютерного моделирования. Материалы и методы исследования Немодифицированный ксерогель был получен из водного раствора щелочного силиката (ВРС) при дегидратации до постоянного веса при 200 С. В качестве ВРС использовали стандартное натриевое жидкое стекло (ЖС, ГОСТ 13078, силикатный модуль n = 2,9±0,1 плотность ρ = 1,45 г/см 3 ). Основной компонент дегидратированного ВРС представляет трисиликат натрия. Композиции ЖС-мeталл формировали из смесей, полученных при введении в раствор ЖС водных растворов модификатора, в роли которого использовали соли металлов TiC 2 O 5, NiSO 4, CoSO 4 и FeCl 2. Полученные смеси отфильтровывали до постоянного значения рн фильтрата, дегидратировали на воздухе и сушили при K, после чего диспергировали и просеивали. Исследования атомной структуры проводили методом рентгеноструктурного анализа. Рентгенограммы получены на дифрактометрах типа ДРОН в СuK и MoK излучениях. Рентгенографирование проводилось в геометрии на отражение и на просвет в интервале углов 2 от 2 до 145. Результаты эксперимента были обработаны с использованием метода Уоррена-Финбака в сочетании с методами компьютерного моделирования. Результаты экспериментов и их обсуждение Из анализа кривых распределения интенсивности рассеяния рентгеновских лучей сделан вывод, что во всех системах возникают регулярно расположенные неоднородности электронной плотности. При этом, если на дифракционной картине систем ЖС Co и ЖС Ni практически не наблюдается отражений от кристаллических включений, на рентгенограммах ЖС Ti проявляются более заметные следы линий фаз оксида титана и оксалата натрия, то на рентгенограммах ЖС Fe наблюдаются уже более интенсивные линии от фаз NaCl и FeO(OH). Для всех исследуемых образцов были рассчитаны характеристики ближнего порядка (координационные числа, радиусы координационных сфер). Выявлено, что возникающий в результате модифицирования характер расположения атомов в области ближнего упорядочения отличается от такового в кристаллах близкого химического состава. Возможная причина данного несоответствия возникновение концентрационных и структурных неоднородностей на субнанометровом уровне. Поэтому предпринята попытка описания этих неоднородностей в рамках модели механической смеси ультрамалых кристаллитов различной природы. Отбор наиболее вероятных моделей осуществлялся на основании сравнения полученных экспериментальных кривых рассеяния I(S), S-взвешенных интерференционных функций H(S) и функций радиального распределения атомов с теоретически рассчитанными для структурных моделей. На рис. 1 приведена кривая распределения интенсивности рассеяния I(S) для образца ксерогеля, модифицированного хлоридом железа и соответствующего модельного объекта. Условные концентрации для модели, подобранной для системы ЖС Fe: 2% Na 2 Si 3 O 7, 30% -SiO 2, 36% FeO(OH), 32% NaCl. Рис. 1. Кривые распределения интенсивности рассеяния (в электронных единицах) для образца ксерогеля, модифицированного хлоридом железа (a) и модельного объекта (b) Заключение Для всех исследуемых образцов предложены модели в виде смеси субнаноразмерных областей когерентного рассеяния различного состава и структуры. Данные модели удовлетворительно описывают структурно-неоднородное состояние исследуемых материалов в пределах первых координационных сфер. Установлено, что тип возникающих неоднородностей определяется как катионом металламодификатора, так и анионом соли (в частности, катионы натрия в процессе модифицирования взаимодействуют с анионами солей, чем вызывают возрастание доли областей когерентного рассеяния, обедненных натрием). 22

40 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ФОТОИНДУЦИРОВАННАЯ АНИЗОТРОПИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК АЗОКРАСИТЕЛЯ С ДОБАВКОЙ ПММА В.С. Микулич, В.С. Безрученко, Ал.А. Муравский Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Известны различные азокрасители для фотоориентации жидких кристаллов, которые термо- и фотостабильны, обладают высокой фотоиндуцированной энергией сцепления с ЖК [1]. Важным условием их использования это получение однородных аморфных пленок. Увеличить значения фотоиндуцированной анизотропии возможно при использовании метода «род коатинга» [2] или введением добавок, которые препятствуют агрегации и кристаллизации при нанесении азокрасителей, в частности: полимеров. Цель Целью настоящего исследования является изучение влияния концентрации полиметилметакрилата (ПММА) на скорость фотоориентации молекул азокрасителя калий AtA-2 (3,7-бис[1-(4-гидрокси-3- карбоксилат)фенилазо]-5,5 -диоксодибензотиофена) в тонких пленках и определение минимальной концентрации полимера, при которой оптическая толщина получаемых тонких пленок достигает наибольших величин, а значения фотоиндуцированного DR при одной дозе облучения максимальны и сохраняются на протяжении длительного времени. Материалы и методы Очищенные стеклянные подложки дополнительно активировали на установке УФ-очистки Photo Surface processor PL D, SEN Lights Corp., Япония. Формирование тонких пленок композитов осуществляли методом «род коутинга» из 2% растворов в ДМФА при линейной скорости нагревательного столика 1 см/с и температуре 55 С. Полученные образцы сушились в течение 30 минут в вакуумном сушильном шкафу при 5 мм.рт.ст. и температуре 70 С. Поляризованные спектры поглощения записывали на спектрометре УФ/видимого диапазона (Ocean Optics Maya2000Pro, США) и облучали поляризованным светом (λ max = 457 нм, мощность 15 мвт/см 2 ) 10 минут и находили дихроичное отношение (DR) для каждого образца по формуле DR = A /A, где A и A поглощение линейно поляризованного света зондирующего излучения соответственно в параллельном и перпендикулярном направлении относительно поляризации экспонируемого излучения. Результаты и обсуждения При концентрации ПММА 5 мас.% (по отношению к массе красителя) оптическая толщина тонких пленок ( нм) максимальна (0,19 ед.погл.), а при дальнейшем увеличении концентрации полимера поглощение уменьшается (рис. 1). Такая зависимость может быть обусловлена увеличением вязкости раствора при 5% ПММА, а падение поглощения связано с уменьшением концентрации красителя в получаемой пленке. Рис. 1. Зависимость поглощения от концентрации ПММА После облучения полученных тонких пленок композита значения DR выше (DR более 9) по отношению к слоям азокрасителя AtA-2 (DR = 7) (рис. 2). Однако спустя 7 дней во всех образцах с добавкой ПММА наблюдается частичное разупорядочивание молекул азокрасителя, выраженное в уменьшении значении ДО. Через 10 дней в образцах с концентрацией ПММА менее 5% дальнейшее разупорядочивание не наблюдалось. Рис. 2. Зависимость DR от коцентрации полимера Также исследовались тонкие слои композита при низкой концентрации полимера (0 5%). Установлено, что при концентрации 3% ПММА ДО и оптическая толщина тонких пленок композита достигают максимальных значений и сохраняются на протяжении продолжительного времени (1 месяц). Таким образом, наличие ПММА до 5% в слое азокрасителя AtA-2 способствует фотоориентации молекул красителя, что обусловлено получением однородных аморфных тонких пленок композита. 1. Mikulich V., Murauski A., Muravsky A., Agabekov V., and Bezruchenko V. Waterproof Material for Liquid Crystals Photoalignment Based on Azo Dyes // J. of SID (22), no. 4, Муравский Ал.А., Муравский Ан.А., Микулич В.С., Агабеков В.Е. Влияние условий нанесения на качество фотоориентируемых пленок азокрасителей с межмолекулярными связями // Вестник МГОУ. 2013, 1,

42 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. DIFFERENT APPROACHES TO THE CALCULATION OF INTERFACIAL STRENGTH PARAMETERS IN THE PULL-OUT AND MICROBOND TESTS S.F. Zhandarov 1 and E. Mäder 2,3 1 Metal-Polymer Research Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus; 2 Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.v., Dresden, Germany 3 Institute of Materials Science, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany The pull-out and microbond tests are widely used for interfacial bond strength investigation in fiber matrix systems. In these tests, an adhesional contact is formed between the studied fiber and a matrix droplet, and after matrix consolidation, the fiber is pulled out of the matrix, and the applied force is recorded as a function of the displacement of the loaded fiber end. Though these tests are experimentally extremely simple, the question of proper bond strength determination (i.e. obtaining a specific numerical value) remains rather ambiguous. At least eight different approaches to bond strength determination in the pull-out and microbond tests have been proposed, apart from many mathematical models of the fiber pull-out and calculation of adhesion strength parameters within each approach. These approaches can be classified according to the following alternative features: averaged/local (determination of apparent or local interfacial shear strength (IFSS)); stress-based/energy-based (is the adhesion strength parameter and failure criterion local IFSS, d, or critical energy release rate, G ic ); direct/indirect (is the adhesional strength determined from individual force displacement curves or estimated from the data obtained for a set of specimens). Some of these approaches explicitly include fiber matrix friction as a separate interfacial parameter, and the other hide the effect of friction in an effective adhesional strength value. Since theoretical comparison of different methods of the pull-out and microbond data treatment has not revealed a sole generally recognized one, it seems to be interesting to compare these methods experimentally. In our previous paper [1] we have shown that the peak force recorded in the pull-out and microbond experiments can be presented as F max = F max (p adh, f, l e,...), (1) where p adh is the adhesion strength parameter ( d or G ic ); f is the interfacial frictional stress in debonded regions; l e is the embedded fiber length, and other parameters on the right side characterize mechanical and thermal properties of the fiber and the matrix common for all specimens. Therefore, it makes sense to represent experimental data as a plot of F max versus l e (points in Fig. 1). This plot can also include theoretical curves corresponding to different approaches (solid lines); these differ from each other in the mathematical form of the right side in Eq. (1) and in numerical values of the adhesional and frictional parameters estimated using the pull-out and microbond tests. The approach which yields the smallest discrepancy between its theoretical curve and experimental points can be regarded as the optimal one. Fig. 1. Maximum force recorded in a pull-out test as a function of the embedded length for glass fiber epoxy resin system. Filled circles present experimental points, solid lines correspond to different theoretical models: 1 apparent IFSS (F max l e ); 2 linear model; 3 direct stress-based approach with preliminary f estimation [2]; 4 direct energy-based approach; 5 indirect stress-based approach [1]; 6 direct stress-based approach, but d is estimated from the debond force [1]; 7 indirect energy-based approach [3] For the investigated glass fiber epoxy resin systems (typical plot is presented in Fig. 1) the best fit has been obtained using the stress-based approach with the estimation of both interfacial interaction parameters ( d and f) for each specimen separately. However, as can be seen, some other models also look more or less adequately. For a better comparison of theoretical models, a pull-out or microbond experiment on a system with much wider range of embedded fiber lengths may be required. 1. Zhandarov S. and Mäder E. Peak Force as Function of the Embedded Length in the Pull-Out and Microbond Tests: Effect of Specimen Geometry // J. Adhesion Sci. Technol (19), Zhandarov S. and Mäder E. An Alternative Method of Determining the Local Interfacial Shear Strength from Force- Displacement Curves in the Pull-Out and Microbond Tests // Intl. J. Adhesion & Adhesives (55), Zhandarov S. and Mäder E. Indirect Estimation of Fiber/Polymer Bond Strength and Interfacial Friction from Maximum Load Values Recorded in the Microbond and Pull-Out Tests. Part II: Critical Energy Release Rate // J. Adhesion Sci. Technol (17),

44 СЕКЦИЯ 1. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК КОРОТКИХ СТЕКЛОВОЛОКОН И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МОЛЕКУЛЯРНУЮ СТРУКТУРУ, РЕОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА В.В. Дубровский Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Современный период развития науки о полимерах характеризуется интенсификацией исследований в области структуры и свойств полиэтилентерефталата (ПЭТ). Это связано с расширением объемов его производства, а также с возможностями создания на базе данного полимера широкого ассортимента композиционных материалов технического назначения. К числу последних относятся, в частности, стеклоармированные материалы. При создании таких материалов важно обладать информацией о закономерностях изменения молекулярной и надмолекулярной структур, физических и механических свойств ПЭТ при введении в него стекловолокон (СВ). Свойства композитов ПЭТ/СВ, как и любых других стеклоармированных термопластов, являются результатом комбинации свойств СВ, полимерной матрицы и способности материала передавать механические нагрузки через поверхность раздела волокно полимер. Такие параметры, как межфазная адгезия, концентрация и прочность СВ, диаметр и соотношение размеров моноволокон (отношение длина/диаметр) и их ориентация имеют решающее значение в придании баланса свойств, который достигается в стеклоармированных композитах, переработанных литьем под давлением. Цель работы изучить влияние концентрации СВ и технологических режимов компаундирования и подготовки материала на его структуру, реологические и механические свойства, а также на молекулярные параметры матричного ПЭТ. Были исследованы материалы на основе ПЭТ 8200, содержащие 0 55 мас.% СВ. Наработку составов осуществляли на двухшнековой экструзионно-грануляционной линии, варьируя частоту вращения шнеков. Об изменении молекулярной массы ПЭТ судили по изменению характеристической вязкости раствора полимерной матрицы в дихлоруксусной кислоте, при этом стеклянные волокна из раствора предварительно удалялись путем центрифугирования. Истинная концентрация ПЭТ в растворе дополнительно уточнялась несколькими способами. Показано, что молекулярная масса ПЭТ снижается по мере увеличения концентрации СВ. Кроме того, определяли показатель текучести расплава (ПТР) каждого материала. Установлено, что при увеличении концентрации стекловолокна ПТР снижается, однако, степень снижения даже при введении 55% стекловолокна, не столь велика, как следовало бы ожидать. Причиной этому, является деструкция полимерной матрицы в процессе компаундирования. Результаты динамического механического анализа образцов материалов свидетельствуют о росте температуры стеклования материала с ростом концентрации СВ, что объясняется ограничением сегментальной подвижности макромолекул, взаимодействующих с поверхностью СВ. Наблюдается также снижение температуры начала холодной кристаллизации при увеличении концентрации СВ в материале. Анализировалась остаточная длина стекловолокон в материале. Волокна получали после растворения матричного ПЭТ в дихлоруксусной кислоте. Измерения показали, что средняя длина волокон снижается при увеличении концентрации СВ в материале и асимптотически приближается к величине порядка 0,25 0,30 мм. Установлена зависимость остаточной длины волокон от частоты вращения шнеков экструдера при компаундировании при увеличении частоты происходит дополнительное измельчение стекловолокна. В докладе также приводятся данные об изменении механических (прочность при разрыве, ударная вязкость) и физических (плотность, температуры плавления и кристаллизации) свойств ПЭТ при введении в него коротких стекловолокон. В соответствии с методикой, изложенной в [1], была проведена оценка сдвиговой прочности межфазного слоя, показана ее зависимость от различных факторов при производстве стеклоармированного ПЭТ. Изучено влияние температурно-временных параметров подготовки (сушки) композиционных стеклоармированных материалов на базе ПЭТ перед переработкой. 1. Giraldi de Moura A.L.F. The Influence of Extrusion Variables on the Interfacial Adhesion and Mechanical Properties of Recycled PET Composites // Journal of Materials Processing Technology ( ),

46 СЕКЦИЯ 1. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ОРГАНОГЛИН НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ КОМПАУНДИРОВАНИЕМ В РАСПЛАВЕ ПА6 Т.М. Абрамова, Ю.С. Кузнецова, С.С. Песецкий Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Введение Важнейшими (критичными) факторами, влияющими на степень интеркалирования (расслаивания) агрегатов глинистых частиц при компаундировании в расплаве полимера, являются природа поверхностноактивного вещества (ПАВ), использованного для обработки (органомодифицирования) глины и межфазные взаимодействия между органоглиной и полимерной матрицей. Следует отметить, что промышленно выпускаемые органоглины, как правило, содержат сорбированную воду и избыточное количество ПАВ в объеме галерей. Избыточные ПАВ не хемосорбированы на поверхности наночастиц глины и не обладают сколь-нибудь прочной связью с ней. Цель работы проанализировать кинетику десорбции (сорбции) воды органоглинами, а также оценить влияние воды и наличия связанных и не связанных ПАВ в галерее на степень расслаивания частиц глины в полимере, структуру и свойства полимер/глинистых нанокомпозитов. Методика экспериментов В исследованиях использованы полиамид 6 (марка для контакта с пищевыми продуктами) производства ОАО «Гродно Азот», а также органоглины марок монамет 101, монамет 104 и монамет 105, полученные от ЗАО «Метаклэй» (Россия) и Cloisite 30Bот ф. SouthernClayProductInc. (США). Для удаления избытка ПАВ, не связанного (не хемосорбированного на поверхности частиц) из объема галерей органоглин последние обрабатывали в метиленхлориде в течение 60 мин при непрерывном перемешивании. После этого раствор отделяли, а осадок органоглины подвергали двукратной промывке в метиленхлориде и высушивали в вакууме при 100 С. Данные, характеризующие наличие воды и ПАВ в исходных органоглинах, приведены в табл. 1. Таблица 1. Содержание воды и ПАВ в органоглинах Наименование органоглины Влажность, % Концентрация ПАВ, мас.% Концентрация не связанного ПАВ, мас.% Монамет 101 1,63 42,3 21,3 Монамет 104 1,76 38,8 22,5 Монамет 105 1,25 40,9 22,7 Cloisite 30B 1,51 27,9 20,8 Нанокомпозиты ПА6/глина получали компаундированием в расплаве при использовании экструзионно-грануляционной линии на базе двухшнековогоэкструдера ТSSK-35/40 (диаметр шнеков 35 мм, отношение L/D = 40). Результаты и их обсуждение Важным вопросом при реализации технологии компаундирования полимерных нанокомпозитов (н- ПКМ) в расплаве является удаление излишков сорбированной органоглиной воды. Важно отметить, что процессы сорбции (десорбции) воды органоглиной имеют обратимый характер (рис. 1). Примерно через 20 мин хранение во влажной атмосфере органоглина сорбирует до 50% воды от ее равновесного содержания. а Рис. 1. Кинетические кривые изменения влажности органоглинымонамет 101 в процессе ее сушки в вакууме при 100 С (а) и при хранении на воздухе при 23 С (б) По данным рентгенографического анализа высушивание сорбированной воды существенно не влияет, а удаление избытка несвязанного ПАВ из объема галерей может привести к сильному изменению межплоскостного расстояния d 001 (рис. 2) Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы органоглины метамон 101: 1 исходная органоглина, 2 высушенная; 3 не содержащая несвязанные ПАВ, 4 отожженная при 600 С Как видно из рис. 2, удаление несвязанного ПАВ приводит к смещению максимума рефлекса d 001 в область больших углов, что свидетельствует о снижении межплоскостного расстояния и уменьшении объема галерей. Вследствие этого наблюдается ухудшение эксфолированияорганоглины в объеме полимера, что может негативно сказываться на механических свойствах н-пкм. Независимо от типа применяемой органоглины установлено нуклеирующее влияние ее добавок на кристаллизацию ПА6. б 4 30

48 СЕКЦИЯ 1. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА МОДИФИЦИРОВАННАЯ НАНОКЕРАМИКОЙ В.И. Дубкова 1, Л.М. Судник 2, Д.В. Петушков 3, А.В. Козырев 3, О.И. Маевская 1 1 Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, Минск, Беларусь; 2 НИИ импульсных процессов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; 3 ООО «Композицонные материалы и технологии», Солигорск, Беларусь Введение Полимерная композитная арматура, обладающая уникальными свойствами, является альтернативой металлической и находит всё более широкое применение в промышленном гражданском и дорожном строительстве. В строительной отрасли в качестве защитных пропиток и покрытий, повышающих несущую способность, химическую стойкость и долговечность бетонных элементов конструкций широко используются наномодифицированные (преимущественно нанокластерами углерода) эпоксидные композиционные материалы. Представляет интерес использовать для этих целей не менее перспективные, но более дешёвые нанокерамические модификаторы. Цель работы исследование влияние нанокерамического модификатора на структуру и свойства композитной арматуры. Материалы и методы Полимерная композитная арматура изготавливалась по новой высокопроизводительной технологии (ТУ ВУ ) с использованием стекловолокна и эпоксидного связующего. В качестве керамического наномодификатора использовали нанокристаллический моногидроксид алюминия (бемит) с удельной поверхностью до 400 м 2 /г, степенью дисперсности < 100 нм. Бемит получали методом гидротермального синтеза из промышленных порошков алюминия марок АСД-4 и АСД-6 в НИИ импульсных процессов НАН Беларуси [1]. Методы исследований: электрофизический, акустический, термомеханический, стандартные методы испытаний физико-механических свойств полимерных композитов. Результаты исследований Показано, что при введение в эпоксидное связующее нанокристаллического бемита предел прочности при изгибе полимерной арматуры увеличивается на 5,0 10,6%, при растяжении на 6,3 11,0% (максимально при 5 мас.% наполнении), при сжатии на 95,0 150,3% (в наибольшей степени при 10 мас.% концентрации бемита; усилие при испытании перпендикулярно сечению арматуры). Динамический модуль упругости арматуры при введении 1 мас.% керамического наномодификатора возрастает на 17% (табл. 1). На основании данных термомеханического анализа, акустических, и электрофизических измерений сделано заключение, что вводимый наномодификатор является структурно-активным компонентом и участвует в образовании пространственно-сшитого полимера при изготовлении стеклопластиковой арматуры. Таблица 1. Физико-механические свойства арматуры на основе эпоксидного связующего и стекловолокон С, α, % ρ, кг/м 3 σ сж, мас.% МПа Е, ГПа σ изг, МПа σ р, МПа L, % 0 98,9 2023,2 211,3 60, , ,7 2017,3 412,1 70, , ,7 1935,7 474,9 57, , ,6 1951,5 528,9 51, , ,0 1949,5 482,1 48, ,0 Обозначение: С содержание бемита; α степень отверждения; ρ плотность; σ р предел прочности при растяжении; σ сж предел прочности при сжатии; σ изг предел прочности при изгибе; L относительное удлинение; Е динамический модуль упругости. На дополнительное структурирование композитного материала в присутствии бемита указывает повышение его удельного электрического сопротивления, времени диэлектрической релаксации, а также повышение скорости распространения ультразвуковых колебаний в отверждённом образце и смещение температуры стеклования по температурной шкале в сторону увеличения. Выводы Нанокристаллический моногидроксид алюминия (бемит) является эффективным модификатором стеклопластиковой арматуры, улучшающим её технические характеристики. 1. Судник Л.В., Витязь П.А., Ильющенко А.Ф. и др. Функциональные материалы на основе наноструктурированных порошков гидроксида алюминия. Минск: Беларуская навука

50 СЕКЦИЯ 1. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ В.И. Зубко, Д.В. Зубко, Г.Н. Сицко Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь; Целью работы является диэлькометрический контроль и диагностика качества электроизоляционных материалов, используемых в высоковольтных электрических устройствах, на соответствие их диэлектрических показателей, нормам регламентированным соответствующими стандартами. Материалы и методы Исследованы материалы: ГСП-8, АГ-4В, ДСВ-20. Для контроля и диагностики диэлектрических свойств материалов использована созданная в НИЛ диэлектрической спектроскопии гетерогенных систем БГУ малогабаритная диэлькометрическая установка, в состав которой входят: высокочувствительный электроемкостной преобразователь, цифровой измеритель иммитанса и персональный компьютер. Разработанный преобразователь представляет собой микрометрическое устройство со встроенным микровинтом, соединенным с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным электродом, рабочие поверхности, которых отшлифованы, отполированы, хромированы и притерты друг к другу [1]. Диэлькометрический контроль относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь образцов материалов проводили на частоте 1 МГц. В таблице представлены средние значения диэлектрических показателей образцов материалов из пяти параллельных опытов. Точность определения диэлектрических показателей образцов материалов составляет примерно 1,2%. Таблица. Диэлектрические показатели электроизоляционных материалов Электроизоляционный пресс-материал ГСП-8 Диэлектрический показатель Определяемый показатель По ГОСТ Относительная диэлектрическая проницаемость 5,420 Не более 7,0 Тангенс угла потерь 0,021 Не более 0,04 Электроизоляционный материал АГ-4В Относительная диэлектрическая проницаемость По ГОСТ ,65 Не более 7,0 Тангенс угла потерь 0,05 Не более 0,04 Дозирующий стекловолокнистый пресс-материал ДСВ-20 Относительная диэлектрическая проницаемость По ГОСТ ,65 Не более 7,0 8,0 Тангенс угла потерь 0,020 Не более 0,05 Результаты и их обсуждение В результате проведенных исследований установлено, что в пяти контролируемых образцах материалов АГ-4В из одной партии относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь имеют завышенные показатели. Из таблицы видно, что показатели относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потер для материала АГ-4В, равны 8,65 и 0,5, тогда как согласно ГОСТ они должны быть 7,0 и 0,04, соответственно. В пяти контролируемых образцах материалов ГСП-8 из разных партий диэлектрические показатели соответствуют нормам, регламентированными соответствующим стандартом. Таким образом, созданная малогабаритная диэлькометрическая установка в дальнейшем может быть использована для диагностического контроля диэлектрических показателей электроизоляционных материалов на их соответствие нормам, регламентированными соответствующими стандартами. Это позволяет проводить диагностический контроль и своевременно выявлять на соответствие или несоответствие диэлектрических показателей материалов, применяемых в высоковольтных электрических и радиотехнических устройствах. 1. Устройство для измерения электрических свойств полимерных композиций: патент на полезную модель (Республика Беларусь) 9001 от г. / Зубко Д.В., Зубко В.И. Заявка u от

52 СЕКЦИЯ 1. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТЕРМОПЛАСТЫ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ НАНОЧАСТИЦАМИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ А.В. Кравцевич Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, Гродно, Беларусь; Одним из перспективных направлений создания новых полимерных композиционных материалов является использование в качестве модификаторов наночастиц различной природы [1, 2]. Разработка нанокомпозиционных материалов осложняется склонностью наночастиц к агрегированию, следствием чего является недостаточный уровень межфазных взаимодействий в зоне контакта гетерогенных фаз, а зачастую и ухудшение некоторых технических характеристик композитов. Целью работы являлось изучение технических характеристик термопластичных материалов, модифицированных наночастицами диоксида кремния. Основными объектами исследований являлись композиционные литьевые образцы, экструзионные пленки, а также металлополимерные адгезионные соединения. В качестве модификаторов термопластов использовали наночастицы диоксида кремния марок «Таркосил» Т50 и Т150 (удельная поверхность и м 2 /г соответственно), полученные испарением чистого кварцевого песка с последующей конденсацией высокотемпературного (около 3000 С) пара [3]. Наночастицами модифицировали термопластичные полимеры: полиамид 6 (ПА6) марки 210/310, полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) марки , сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) марки Литьевые образцы композитов на основе ПА6 или ПЭНП с содержанием 0,1 5,0 мас.% наночастиц Т150 получены с помощью двушнекового экструдера с последующей отливкой образцов на термопластавтомате. Деформационно-прочностные характеристики литьевых образцов при растяжении определены в соответствии с ГОСТ Композиционные пленки на основе ПЭНП с содержанием 0,05 0,5 мас.% наночастиц Т50 получены на промышленном экструзионном оборудовании. Деформационно-прочностные характеристики пленок при растяжении определены в соответствии с ГОСТ Также у композиционных пленок определены паропроницаемость согласно стандартам ASTM E 96 и ISO 2528, кислородопроницаемость согласно стандартам ASTM D1434, ISO 2556, ISO Для исследования агезионных характеристик металлополимерных соединений методом двушенковой экструзии получали композиционные образцы на основе СЭВА, модифицированные 0,1 4,0 мас.% наночастицами Т50 или Т150. Подготовка образцов адгезионных соединений и определение их прочности при сдвиге проведено по ГОСТ В качестве металлического субстрата для склеивания выбрана оцинкованная сталь, которую склеивали расплавом СЭВА с температурой 170 С. Установлено увеличение прочности при растяжении литьевых композиционных образцов на основе ПА6 до 16%. Также отмечено несущественное увеличение прочности для литьевых композиционных образцов на основе ПЭНП до 10%. Экструзионные композиционные пленки на основе ПЭНП характеризовались увеличенной до 25% прочностью при растяжении, сниженными значениями паропроницаемости и кислородопроницаемости на 13 и 20% соответственно. Композиционные образцы на основе СЭВА позволяли получать металлополимерные адгезионные соединения с увеличенной прочностью при сдвиге до 1,6 раз при использовании наночастиц Т50 и до 2-х раз при использовании наночастиц Т150. Прочность рассмотренных композиционных систем увеличивалась в порядке возрастания у литьевых образцов, пленок, адгезионных соединений, что определяется снижением влияния агрегации частиц наполнителя на механические свойства композиционных систем в связи с различной плотностью распределения концентраторов напряжений в плоскости сечения ортогональной направлению разрушающей силы. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект Т12СО-033). 1. Свириденок А., Лысенко В., Кравцевич А., Микулич C., Игнатовский М. Модификация полипропилена комплексом наночастиц // Наноиндустрия. 2014, 2, Свириденок А.И., Кравцевич А.В., Лысенко В.И., Микулич С.И., Игнатовский М.И., Бардаханов С.П. Фрикционные свойства тонких покрытий на основе эпиламов, наномодифицированных диоксидом кремния // Трение и износ (35), 3, Способ получения ультрадисперсной двуокиси кремния, устройство для его осуществления и ультрадисперсная двуокись кремния: пат РФ, МПК7 C 01 B 33/18 / В.П. Лукашов, С.П. Бардаханов, Р.А. Салимов, А.И. Корчагин, С.Н. Фадеев, А.В. Лаврухин /26; заявл ; опубл

54 Динамическая вязкость, P*s Вязкость, 10 mp*s, Энергия активации, kj/mol ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 1. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ АНИОННЫХ ПАВ НА ВЯЗКОСТЬ СЛАНЦЕВЫХ ФЕНОЛОВ М.А. Ксенофонтов, Л.Е. Островская, В.С. Васильева НИИПФП им. А.Н. Севченко БГУ, Минск, Беларусь; В последние годы растет интерес к исследованиям горючих сланцев, являющихся потенциальным топливно-энергетическим и химическим сырьем. Основные продукты термической переработки горючих сланцев сланцевое масло, горючие газы с высокой теплотой сгорания, смолы, полукокс и сланцевая зола. Одни из них используются в качестве топлива, а другие являются ценным химическим сырьём для получения фенолов, мастик, модификаторов резины, клеевых веществ, синтетических дубителей и других ценных химических продуктов [1, 2]. Представленная работа посвящена исследованию закономерностей формирования макромолекулярной структуры газонаполненных полимеров, полученных из композиций на основе сланцевых фенолов в присутствии анионных ПАВ. Исследованные сланцевые фенолы представляли собой высоковязкую ассоциированную смесь алкилзамещенных двухатомных фенолов в составе: 5-метилрезорцин, 2,5-диметилрезорцин, 4,5-диметилрезорцин, 5-этилрезорцин, резорцин и другие алкилрезорцины. В качестве ПАВ были использованы технические эмульгаторы, состав, мас.%: диталан-отs-45(alk-сн 2 -ОSO 3 NH 4 40; полиэтиленгликоль 2; мочевина 5; полифосфат аммония 2; вода 51); прогресс(alk-(сн)-оso 3 Me 30; сульфаты К и Na 4; изопропиловый спирт 3,5, остальное вода); волгонат (R-СНSO 3 Na 40 45; остальное вода 50); неионогенное ПАВ ОП-10. Вязкость исследуемых систем измеряли в изотермических условиях с помощью ротационного вискозиметра Reotest-2. На рис. 1 приведены закономерности изменения вязкости сланцевых фенолов от количества ПАВ Концентрация ПАВ,% диталан прогресс волганат паста алкилсульфатов ОП-10 Рис. 1. Зависимость вязкости сланцевых фенолов от количества эмульгатора Анализ полученных результатов показывает, что вязкость исследованных систем экспоненциально снижается с увеличением концентрации анионного ПАВ, в то время как, количество неионогенного ПАВ (ОП-10) практически не влияет на вязкость сланцевых фенолов. Наблюдаемое снижение вязкости сланцевых фенолов происходит, по-видимому, за счет разрушения существующих ассоциатов под воздействием анионных ПАВ и образованием более мелких стабильных агрегатов (мицелл). Подтверждением этого вывода может служить тот факт, что смеси сланцевых фенолов с анионным эмульгатором являются термодинамически устойчивыми, вязкость их при постоянной температуре остается неизменной неограниченное время. На рис. 2 представлены зависимости свободной энергии активации вязкого течения и динамической вязкости исследованных смесей от концентрации алкилсульфата аммония. Из рисунка видно, что и энергия активации и вязкость симбатно снижаются при увеличении содержания анионного ПАВ. Изломы на обеих кривых наблюдаются приблизительно при одних и тех же концентрациях алкилсульфата аммония (0,014; 0,024 мол.д.), соответствующим ККМ 1 и ККМ 2 при которых изменяются размеры (или форма) мицелл. 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 алкилсульфат аммония, мол.д. Энергия активации Вязкость Рис. 2. Изменение энергии активации и вязкости сланцевых фенолов от содержания алкилсульфата аммония Обнаруженный эффект значительного снижения вязкости сланцевых фенолов в 7 8 раз в присутствии анионных эмульгаторов был использован при разработке технологии получения фенольного пенопласта, что позволило снизить температуру промежуточной композиции (на основе фенолов) на С, тем самым увеличить индукционный период начала реакции поликонденсации и улучшить условия смешения компонентов. Кроме того, пенопласт, полученный из композиций с анионными ПАВ, обладает в два раза большей прочностью на изгиб, степень поликонденсации увеличивается на ~ 10% [3]. 1. Пещенко А.Д., Мычко Д.И. Горючие сланцы Беларуси: ресурсы и перспективы использования // Хімія і ўстойлівае развіццё. Хiмiя: праблемы выкладання. 2011, 8, Стрижакова Ю.А., Усова Т.В. Экологические проблемы сланцеперерабатывающего производства // Химия твердого топлива. 2007, 3, Композиция для фенольного пенопласта: Пат. РБ / М.А. Ксенофонтов и др. 38

56 СЕКЦИЯ 1. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОГНЕПРЕГРАЖДАЮЩИЙ БАРЬЕР ИЗ ВСПЕННОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА М.М. Тихонов, О.В. Рева, А.Л. Бейтюк КИИ МЧС Республики Беларусь, Минск, Беларусь; Введение. В настоящее время ограничение распространения пожара по кабельным шахтам гражданских зданий достигается заделкой мест пересечения строительных конструкций с электрической сетью негорючими строительными смесями. Однако использование данных материалов сопряжено с конструктивными недостатками заделки и постепенным ее разрушением, что в случае возникновения пожара способствует подсосу воздуха в зону возгорания и распространению пожара по кабельным шахтам. Альтернативой используемым материалам могут явиться огнезащищенные полимерные вспениваемые конденсированные пены, в частности, жесткие пенополиуретаны (ППУ), обладающие высокой упругостью, механической прочностью и теплоизолирующей способностью. Однако введение замедлителей горения в ППУ, которые подбираются эмпирически [1 3], непредсказуемым образом влияет на закономерности формирования твердой пены и ее физико-механические свойства. Цель данной работы исследовать свойства и закономерности формирования огнезащищенной пенополиуретановой композиции марки «Изолан- 125», быстро образующей теплоизоляционную пену. Исследуемые замедлители горения: синтетические нетоксичные аммонийные фосфаты двухи/или трехвалентных металлов, свойства которых возможно регулировать изменением природы металла и соотношения компонентов. Результаты и их обсуждение. Методом полнофакторного эксперимента установлено, что оптимальная рецептура неорганического замедлителя горения имеет следующее массовое соотношение компонентов: NH 3 :P 2 O 5 :SO 3 :CaO: MgO:Cl = 0,44:2,72:1,67:1:2,86:1,06. Экспериментально доказано, что при массовом соотношении компонентов: фосполиол : изоцианат : антипирен = 1:1:0,35 наблюдается оптимальный баланс между физико-химическими, эксплуатационными и огнестойкими свойствами ППУ марки «Изолан-125». В связи с отсутствием в литературе данных о процессах, оказывающих определяющее влияние на прекращение горения ППУ, для нахождения факторов, обусловливающих достижение нормативных параметров огнезащищенного ППУ (потеря массы ( m) не выше 60%, максимальное приращение температуры отходящих газов ( t max ) не выше 60 C), проведен комплекс исследований. Найдено, что композиционный ППУ материал является трудногорючим, если содержание азота либо азота и хлора в огнезащитной композиции составляет не менее 0,7 1,6 мас.%, фосфора не менее 1,25 мас.%. Ведение неорганических антипиренов в состав фосполиольной композиции существенно замедляет вспенивание и затвердевание ППУ, при хранении суспензии происходит седиментация твердых частиц. Нами была предпринята попытка стабилизировать модифицированную полиольную композицию введением поверхностно-активных веществ в количестве не более 1 мас.%. Установлено, что наблюдается существенное замедление расслоения стабилизированной ПАВ огнезащищенной композиции: по мере ее хранения происходит уменьшение размеров частиц твердой фазы и более равномерное их распределение по объему фосполиола, чем в свежеприготовленной суспензии, рис. 1. срок хранения 10 суток срок хранения 30 суток Рис. 1. Распределение по размерам частиц антипирена в фосполиольной композиции, стабилизированной гексадециловым спиртом Данный эффект вызван разагрегацией слипшихся частиц порошка вследствие медленного формирования плотной сольватной оболочки в вязкой среде. В результате испытаний огнезащищенного ППУ в кабельных шахтах гражданских зданий не наблюдалось достижения критических показателей (потеря целостности и теплоизолирующей способности материала и превышения критической температуры на поверхности полимерной оболочки кабеля) в течение проведения испытаний. Таким образом, полученный трудногорючий композиционный материал на основе ППУ активно препятствует распространению пламенного горения в кабельной шахте. 1. Weil R.D. and Levchik S.V. Commercial Flame Retardancy of Polyurethanes // J. Fire Sci. 2004, no. 22, Лучкина Л.В. и др. Влияние концентрации антипирена и химической структуры жестких пенополиуретанов на их пожароопасность // Полимерные материалы пониженной горючести: тр. VI междунар. конф., Вологда, мая Вологда. 2011, Feske E.F. and Brown W.R. Flame Retardant Pentane Blown Polyisocyanurate Foams for Roofing // Polyurethane. 2002,

58 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИЗУЧЕНИЕ ВОДОДЕГРАДАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ ЭПОКСИДИАНОВЫХ СМОЛ В.С. Безгин Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, Украина; Цель Целью работы является изучение процесса влияния воды на термопластические линейные полимеры и исследования их процесса разрушения, а так же поиск модификатора для ускорения деградации. Материалы и методы Термопластичные эпоксидиановые смолы [ТЭДС] стабилизируемые синтетическими полисульфидными каучуками [СПК] имеют высокие физикомеханические характеристики и хорошую химическую стойкость [1, 23 26]. Общая формула ТЭДС (1): крахмала в композиции ТЭДК и СПК. На рис. 1 изображены данные водопоглощения при внесении образца в холодную воду на сутки, а на рис. 2 на 90 суток. Результаты исследования водопоглощения в кипящей воды представлены на рис. 3. C H 2 O CH CH 2 O CH 3 C CH 3 C CH 3 O CH 2 CH CH 2 OH O n CH 3 O CH 2 CH CH 2 O (1) Рис. 1. Зависимость водопоглащения от концентрации крахмала в композиции в течении суток: 1 ЭД-3/СПК; 2 ЭД-4к/СПК; 3 ЭД-8/СПК; 4 ПГЭ/СПК Исходные композиции представлены в табл. 1, они описаны в работе [1, 11 15]. Для придания вододеградационных характеристик используем картофельный крахмал ГОСТ Данный модификатор был выбран исходя из доступности и из-за его физических характеристик. Таблица 1. Характеристики исходных ТЭДС, модифицированные СПК Смола Концентрация ПС-каучука Рабочий температурный на 100 ММ смолы диапазон, С ЭД ЭД-4к ЭД Диапласт Рис. 2. Зависимость водопоглащения от концентрации крахмала в композиции в течении 90 суток: 1 ЭД-3/СПК; 2 ЭД-4к/СПК; 3 ЭД-8/СПК; 4 ПГЭ/СПК Водопоглощение (W) определяли по изменению массы образцов после погружения в холодную дистиллированную воду на сутки и 90 суток, после чего рассчитывали его по формуле (2). (2) где m 0 начальная масса образца; m(t) масса образца после пребывания в воде в течение времени t. Также были проведены исследования вододеградации полученных композиций при внесении исследуемых образцов в кипящую воду в течении часа. Результаты и их обсуждение После проведения исследований построим график зависимости водопоглощения от концентрации Рис. 3. Зависимость водопоглощения от концентрации крахмала в композиции в кипящей воде в течении суток: 1 ЭД-3/СПК; 2 ЭД-4к/СПК; 3 ПГЭ/СПК 1. Безгин В. С., Конструкционные клеи-расплавы с повышенными потребительскими свойствами // Вестник ДонНАБА Макеевка. 2013, Безгин В. С. Адгезионные свойства композиций на основе твердых эпоксидных смол. // Сб. докл. Всеукраинской конференции высокомолекулярных соединений, Киев. 2013,

60 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ НА РАСТЯЖЕНИЕ СВМПЭ ВОЛОКОН, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ЕМКОСТНЫМ РАЗРЯДОМ А.Р. Гарифуллин, И.Ш. Абдуллин, К.Н. Галямова, Е.А. Скидченко Казанский национальный исследовательский технологический университет «КНИТУ», Казань, Россия; Сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые (СВМПЭ) волокна являются перспективным материалом для волокнистых полимерных композитов, благодаря высокими техническими свойствам. СВМПЭ обладает высокой стойкостью к агрессивным химическим веществам, за исключением окисляющих кислот, характеризуются предельно низким поглощением влаги и очень низким коэффициентом трения. Создание композиционных материалов на основе СВПМЭ расширяет границы его использования. С целью повышения прочности композиционного материала на основе СВМПЭ проводится его модификация высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазмой при пониженном давлении [1]. Для экспериментальных исследований использовалась ВЧЕ плазменная установка с плоскопараллельными электродами [2]. Исследование прочности при растяжении проводили на универсальной испытательной машине Shimadzu AGS-5kNX. В качестве объектов исследования рассмотрено две марки СВМПЭ волокон D-800 (Китай) и Dyneema SK-75 (Голландия). В качестве плазмообразующего газа использовался воздух. После плазменной обработки прочность образцов волокна увеличилась до 13% для SK-75 и до 15% для D-800 прочности на растяжение (табл. 1, рис. 1). Рис. 1. Изменения разрывной нагрузки образцов после ВЧЕ плазменной модификации Объяснить полученный эффект можно явлением освобождения свободных радикалов при окислительной обработке в среде воздуха и образованием поперечных связей в волокнах. Таким образом, изучено воздействие ВЧЕ плазмы на прочность при растяжении СВМПЭ волокон двух марок. На основе полученных данных следует, что данный метод является одним из более перспективных в модификации волокон этой природы. Таблица 1. Результаты испытания волокон на растяжение после плазменной ВЧЕ обработки Волокно Режим Ср. нагрузка, Н Ср. деформация, % SK-75 контроль 339,73 2,69 модификация 386,62 3,68 D-800 контроль 158,86 3,21 модификация 181,84 3,42 1. Гришанова И.А., Сергеева Е.А., Илюшина С.В., Шаехов М.Ф. Влияние природы и состава плазмообразующей среды на физико-механические свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон // Вестник Казанского технологического университета. Казань. 2010, 10, Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев И.Р., Шаехов М.Ф. Модификация нанослоев в высокочастотной плазме пониженного давления. Казань: Изд-во Казанского технологического университета

62 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СИНТЕЗ И ЛИТОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРА НА ОСНОВЕ 2-ГЕМДИХЛОР-ПАРА-ЦИКЛОПРОПИЛСТИРОЛА ГЛИЦИДИЛМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА К.Г. Гулиев, А.А. Гараева, Г.З. Пономарёва, Т.Н. Гусейнова, Ф.И. Гусейнова Институт полимерных материалов НАН Азербайджан, Сумгайыт; quliyev.kazim.pm Данная работа является продолжением исследований, проводимых ранее в области сополимеризации функциональнозамещенных циклоропилстиролов [1 4]. В качестве объекта исследования сополимеризации были выбраны мономеры 2-гемдихлорпара циклопропилстирола- (ДХЦПС) М 1 и глицидилметакрилат (ГМA) М 2. Выбор данного соединения (ДХЦПС) в качестве мономера для изучения его полимеризационной активности и свойств был обусловлен наличием заместителя у циклопропанового кольца, изменяющего степень сопряжения в мономере и влияющего на течение процесса сополимеризации в данных условиях. Синтез ДХЦПС был осуществлён путём взаимодействия п-дивинилбензола с хлороформом в условиях межфазного катализа в присутствии 50%- го раствора NaOH и триэтилбензиламмонийхлорида. Сополимеризацию ДХЦПС с ГМА проводили в присутствии динитрилазоизомасляной кислоты (ДАК) в массе и в растворе бензола при 70 С CH 2 =CH + CH 2 C X CH 3 C O Y O DAK CH 2 CH ãäå Õ = Ñl 2 (ãåì äèõëîð), Y = CH 2 CH CH 2 O n X CH 2 CH 3 C C O Y O m ИК- и ПМР- спектроскопией установлено, что сополимеризация ДХЦПС с ГМА протекает по двойной связи винильной группы с сохранением без изменения циклопропанового кольца и заместителей. Состав сополимеров определяли по данным элементного анализа и анализа функциональных групп. ИК-спектры на спектрофотометре «Specord UV». Для количественной оценки реакционной способности исследуемых мономеров определены константы относительной активности сомономеров М 1 и М 2 (r 1 = 1,35 и r 2 = 0,55) рассчитаны факторы удельной активности мономеров и полярности радикалов в рамках схемы Q-e Алфрея-Прайса. Из значений величин r 1 и r 2 (r 1 > r 2 ) очевидно, что ДХЦПС обладает большей активностью при сополимеризации, чем ГМА, что вероятно, связано с различной степенью сопряжения в этих мономерах. На основании рассчитанных констант сополимеризации были получены данные о микроструктуре сополимера. Установлено, что подбором определённых составов мономерных смесей можно осуществить направленное формирование микроструктуры сополимера. Синтезированный сополимер представляет собой перспективный класс высокомолекулярных соединений, обладающий широким спектром практически ценных свойств. Увеличение в боковой цепи сополимера хромофорных групп, таких как фенильных, циклопропановых и карбонильных способствуют их структурированию при воздействии УФоблучения. Из-за наличия в макромолекуле сополимера сильнопоглощающих световую энергию фрагментов сополимер является высококачественным светочувствительным материалом (54 58 см 2 /Дж). Под воздействием УФ-облучения синтезированный сополимер легко подвергается фотохимическим превращениям с образованием сшитых сетчатых структур и потерей растворимости, что позволяет использовать полученный сополимер в литографических процессах в качестве фоторезистивных материалов. 1. Гулиев К.Г., Пономарёва Г.З., Маммедли С.Б. Сополимеризация 2-алкоксиметил-1-(n-винилфенил)циклопропанов со стиролом // Процессы нефтехимии и нефтепереработки (38), 10, Гулиев К.Г., Пономарёва Г.З., Гулиев А.М. Синтез и свойства эпоксисодержащих полициклопропилстиролов // Высокомолекулярные соединения 2007 (49), 8, Гулиев К.Г. Сополимеризация n-(2-гемдихлор)циклопропилстирола с метилакрилатом и свойства полученных сополимеров // Журнал прикладной химии 2011 (84), 12, Функциональные мономеры и полимеры (сб. научн. тр. ИПМ НАН Азербайджана). Сумгайыт: Билик. 2012, / Гулиев К.Г., Пономарёва Г.З., Гулиев А.М. Сополимеризация некоторых функциональнозамещённых циклопропилстиролов со стиролом 46

64 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В.П. Дубодел 1, Е.А. Шутова 1, О.Е. Пантюхов 2, А.М. Валенков 3 1 Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Мозырь, Беларусь, 2 Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь 3 Институт механики металлополимерных систем им В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Эффективным способом повышения эксплуатационных свойств и долговечности битумно-полимерных композиций является целенаправленное регулирование структурно-реологических свойств битума. Особенное значение приобретает разработка битумно-полимерных композиций, обладающих устойчивостью к процессам термоокислительной деструкции и высокой адгезией к бетонным поверхностям. Повышение термостабильности и адгезионных свойств путем введения стандартных модификаторов (поверхностно-активных веществ, адгезионных присадок) не обеспечивает необходимой прочности, трещино- и водостойкости. Указанные проблемы можно эффективно решить только путем модифицирования битума полимерами, в первую очередь вторичными. Однако введение полимеров приводит к значительному увеличению вязкости и снижению текучести таких композиций. С целью снижения вязкости в разрабатываемые композиции предполагается вводить отходы нефтепереработки нефтешламы Мозырского нефтеперерабатывающего завода. В настоящее время для изучения вязкостных свойств битумных композиций используют такие стандартные методы: определение глубины проникновения иглы (метод пенетрации) при разных температурах, а также определение температуры размягчения. С использованием стандартных методик были определены свойства битумно-полимерных композиций следующего состава: композиция 1: нефтяной битум + 5 мас.% полиэтиленового воска; композиция 2: нефтяной битум + 5 мас.% вторичного полиэтилена. Установлено, что введение в битум указанных полимеров в одинаковой степени способствует улучшению их свойств. Показатели температуры размягчения увеличиваются на 20% при введении полиэтиленового воска и на 54% при введении вторичного полиэтилена. Однако одновременно происходит увеличение вязкости композиции и снижение ее растяжимости. Для снижения ее вязкости в композицию вводили нефтешлам в количестве 8 мас.% для композиции 1 и 12 мас.%. для композиции 2. Было обнаружено, что введение нефтешлама пластифицирует композицию, не снижая заметно ее температуру размягчения. Сравнительный анализ физико-механических свойств композиций до и после термоокисления в течение 5 часов в атмосфере воздуха при температуре 160 С показал, что после введения нефтешлама показатели композиции снижаются незначительно. Повышение стойкости композиций к термоокислению после введения нефтешлама свидетельствует о том, что нефтешлам является перспективным ингибитором термоокислительной деструкции битумно-полимерных материалов. Как следует из полученных данных введение в нефтяной битум нефтешлама, несмотря на некоторое снижение теплостойкости и механической прочности (снижение температуры размягчения и увеличение глубины проникновения иглы при заданной нагрузке), способствует повышению растяжимости битума, т.е. снижается его хрупкость. Кроме того введение отходов снижает стоимость битумных композиций и помогает частично решать проблему утилизации нефтешлама. 48

66 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ ШИННЫХ РЕЗИН С КОМПОЗИЦИОННЫМ АКТИВАТОРОМ ВУЛКАНИЗАЦИИ С.Н. Каюшников 1, Н.Р. Прокопчук 2, К.В. Вишневский 2 1 Открытое акционерное общество «Белшина», Бобруйск, Беларусь 2 Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь, Введение В шинной промышленности, как правило, в качестве активаторов используется оксид цинка в комбинации с жирной кислотой (стеариновой или олеиновой). В присутствии активаторов кинетика вулканизации практически не меняется, но уменьшается сульфидность поперечных связей, вследствии чего возрастает концентрация поперечных связей при одинаковом содержании связанной серы [1]. В связи с дефицитом оксида цинка в промышленности в настоящее время прослеживается тенденция к снижению его концентрации и поиску возможности применения композиционных соединений, содержащих комбинацию первичного и вторичного активаторов [1, 2]. Цель Установление влияния композиционного активатора «Вулкатив» на упруго-прочностные свойства шинных резин. Материалы и методы Композиционный активатор «Вулкатив» представляет собой органо-минеральную композицию, содержащую оксид цинка, соли жирных кислот растительного происхождения и целевые добавки (ТУ производства ООО «Совтех» г. Воронеж). Использовались эластомерные матрицы на основе натурального каучука и комбинации НК+СКД. Содержание оксида цинка в смеси на основе НК составляло 3,5 мас.ч., а в смеси на основе комбинации каучуков 3,0 мас.ч. Композиционный активатор вводился в резиновые смеси в индивидуальном виде и в комбинации с оксидом цинка. Определение стойкости резин к термическому старению определяли по изменению физико-механических показателей в соответствии с ГОСТ и ГОСТ Плотность поперечной сшивки макромолекул исследуемых композиций оценивали по данным равновесного набухания с применением уравнения Флори-Ренера [3]. Результаты исследования Определение основных физико-механических свойств вулканизатов показало, что при введении композиционного активатора в индивидуальном виде и в соотношении с оксидом цинка 3:1 происходит снижение показателей прочностных характеристик резин, при этом значение относительного удлинения при разрыве для всех исследуемых эластомерных композиций практически не изменяется. Поскольку изменения в структуре вулканизатов могут происходить и без значительного ухудшения прочностных свойств, интерес представляли испытания по определению стойкости исследуемых резин к тепловому старению на воздухе. Результаты исследований резин после воздействия повышенных температур показали, что при частичной замене (до 50%) оксида цинка на композиционный активатор характер изменения свойств резин аналогичен вулканизатам, содержащим традиционную систему активаторов (оксид цинка + стеариновая кислота). Наибольшее влияние на изменение структуры и ухудшение свойств каучуков оказывают протекающие в них процессы старения, обусловленные, как правило, деструкцией полимерных цепей. Для резин определяющим фактором, наряду со строением макромолекул, является структура вулканизационной сетки [4]. Активаторы вулканизации, участвуя в процессе вулканизации, оказывают влияние не только на количество, но и на параметры образующихся поперечных связей. В результате исследований структуры вулканизатов выявлено, что наиболее существенные изменения показателей структуры наблюдаются только при использовании в составе эластомерных композиций «Вулкатива» в индивидуальном виде, что может быть обусловлено природой нового активатора, содержащего в своем составе меньшее количество оксида цинка. Заключение Таким образом, на основании полученных данных установлены наиболее приемлемые соотношения композиционного активатора и оксида цинка, позволяющие получать резины не уступающие по упруго-прочностным свойствам эластомерным композициям, содержащим традиционный активатор вулканизации и обладающие несколько большей устойчивостью к тепловому старению. 1. Пичугин А.М. Материаловедческие аспекты создания шинных резин. М.: Машиностроение Мухутдинов А.А. О возможности снижения дозировки цинка в резиновых смесях // Каучук и резина. 1994, 1, Аверко-Антонович И.Ю. Методы исследования структуры и свойств полимеров. Казань: КГТУ Грасси Н., Скотт Дж. Деструкция и стабилизация полимеров. М: Мир

68 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРЫ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ А.Ф. Мануленко, Н.Р. Прокопчук Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; Цель Целью работы является проведение исследование по изучению термостабилизирующего действия термоэластопластов различной природы в составе композиций на основе полиолефинов Полимерные композиционные материалы находят широкое применение во всех сферах деятельности человека. Надежность работы изделий из полимерных композиций и длительность их эксплуатации при сохранении основных свойств в значительной мере зависят от стойкости полимерной матрицы к термоокислительной деструкции. Термоэластопласты (ТЭП) достаточно часто применяются в составе полимерных композиций для улучшения деформационно-прочностных свойств повышение эластичности, морозостойкости, стойкости к воздействию динамических знакопеременных нагрузок [1, 2]. Материалы и методы исследований В качестве базовых полимерных матриц при проведении исследований использовали полиэтилен высокой плотности низкого давления(пэнд) и полипропилен(пп). Модифицирующими добавками выступали бутадиен стирольные термоэластопласт типа СБС стирол-бутадиен-стирол и СЕБС стирол-этилен-бутадиен-стирол. Термостабилизирующее действие термоэластопластов оценивали по изменению энергии активации термоокислительной деструкции согласно СТБ Изделия полимерные для строительства и по результатам испытания на ускоренное старение и теплостойкость по ГОСТ ISO Химические процессы, протекающие в объеме полимерной композиции при переработке литьем под давлением, исследовали на ИК-Фурье микроскопе Nikolet N10i. Результаты и их обсуждение Проведенными исследованиями установлено, что применение в составе композиций на основе ПЭВД и ПП термоэластопластов позволяет несколько повысить значения энергии активации термоокислительной деструкции (табл. 1). Таблиц 1. Значение энергии активации термоокислительной деструкции (Е д ) Материалы, композиции Показатели ПЭВП ПЭВП + 5%СЕБС ПП ПП + 5% СЕБС Е д, кдж/моль Отмечено также сохранение деформационнопрочностных показателей композиций при испытании на ускоренное тепловое старение (табл. 2). Таблица2. Изменение значений относительного удлинения материалов от времени экспозиции при 150 С Относительное удлинение ( ), % /время Материалы экспозиции 0 ч 24 ч 48 ч 72 ч ПП ПП+ 5% СЕБС ПЭВП ПЭВП + 5% СБС По нашему мнению, проявление термостобилизирующеогодействия термоэластопластов в составе полиолефиновых композиций обусловлено пластифицирующим эффектом модификатора и как следствие снижением внутренних напряжений в объеме композиции, способствующих повышению устойчивости химических связей в макромолекулах матричного полимера к действию тепла и кислорода. Важную роль в подавлении процессов термоокислительной деструкции в объеме композиции принадлежит так жедезактивирующему действию макрорадикалов термоэластопласта. Образующиеся при термомеханическом воздействии на композициюмакрорадикалы термоэластопласта, рекомбинируя с активными центрами матричного полимера способствуют подавлению процессов термоокислительной деструкции. 1. Холден Д., Крихельдорф Х.Р., Куирк Р.П. Термоэластопласты / под ред. Б.Л. Смирнова СПб.: Профессия Пол Д.Р., Бакнелл К.Б. Полимерные смеси / под ред. В.Н. Кулезнева. СПб.: Научные основы и технологии

70 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ НОВЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ РОТОРОВ НА ОСНОВЕ BODIPY ПЕРСПЕКТИВНЫХ СЕНСОРОВ ИЗМЕНЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ВЯЗКОСТИ Д.А. Меркушев, А.В. Бобров, Ю.С. Марфин, Е.В. Румянцев Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия Молекулярные соединения это вещества, молекулы которых способны к внутримолекулярному переносу заряда возбужденного состояния. При возбуждении такая молекула переходит в т.н. «скрученное» состояние, когда один из объёмных заместителей поворачивается относительно массивного остова. Обратный переход в основное состояние обуславливает безызлучательную возможность рассеяния энергии возбужденного состояния, и данная возможность зависит от реологических характеристик среды, и, в значительной мере, от вязкости. Изменение вязкости наблюдается при конформационных переходах, процессах полимеризации, поликонденсации. Одним из перспективных направлений является мониторинг процессов золь-гель синтеза одного из эффективных способов получения современных гибридных материалов с органическими красителями. Молекулярные роторы активно изучаются, но до сих пор нет общей теории, объясняющей изменение их свойств в зависимости от природы заместителя и от свойств среды. В работе были синтезированы 3 комплекса борфторидных комплексов дипирролилметена (BODIPY), с разными заместителями в мезо-положении. 1 4,4-дифтор-8-фенил-1,3,5,7-тетраметил- 2,6-диэтил-4-бор-3a,4a-диаза-s-индацен, 2 4,4-ди- фтор-8-(4-диметиламинофенил)-1,3,5,7-тетраметил- 2,6-диэтил-4-бор-3a,4a-диаза-s-индацен, 3 4,4-ди- фтор-8-(3,5-диметилфенил)-1,3,5,7-тетраметил-2,6- диэтил-4-бор-3a,4a-диаза-s-индацен. Анализ роторных свойств проводили в ряде полярных и неполярных органических растворителей, а также их смесей с разной вязкостью в условиях варьирования температуры. Анализ роторных свойств проводили на основе рассчитанных величин квантового выхода. Все исследованные комплексы проявляют роторные свойства, причём, изменение высокая степень отзывчивости к изменениям локальной вязкости позволяет отнести их к интенсивным молекулярным роторам. Было показано, что соединение 2 значительно ухудшает свои роторные свойства при работе в полярных растворителях, что, как мы предполагаем, связано с наличием неподеленной электронной пары на атоме азота в заместителе. Увеличение вязкости раствора приводит к уменьшению роторного отклика, что, скорее всего, связано с изначальным затруднением вращения ротора. Роторные свойства BODIPY ослабевают и в растворах с низкой вязкостью, что связано с недостаточным влиянием среды на процесс вращения объемного заместителя. Таким образом, было установлено, что для каждого молекулярного ротора существует оптимальный диапазон вязкостей, в котором роторные свойства соединения проявляются лучше всего. Работа выполнена при поддержке стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики ( г.) СП и гранта РФФИ

72 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОПОЛИМЕРА ЭТИЛЕНА С ВИНИЛАЦЕТАТОМ ДЛЯ КОМПАТИБИЛИЗАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ В.Д. Мышак, В.В. Семиног Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины, Киев, Украина; Значительные площади земли загрязняются промышленными и бытовыми отходами. К числу наиболее актуальных проблем можно отнести переработку, утилизацию и рециклинг отходов полиолефинов, а также отходов резиновой промышленности, которые являются одним из важнейших видов вторичных материальных ресурсов. Создание композиционных полимерных материалов на основе отходов полиолефинов и эластомеров, с одной стороны, помогает сохранять первичные ресурсы, с другой привлечение в производство полимерных отходов, существенно помогает решению проблем по защите окружающей среды. При получении композиционных материалов на основе вторичного сырья, содержащего различные функциональные группы, в присутствии модифицирующих добавок, можно ожидать улучшения совместимости компонентов исходной композиции и физико-механических свойств конечных композитов резинопластов. Введением в смесь различных компатибилизаторов можно повысить адгезионное взаимодействие между компонентами композиционного материала. Цель работы получение композиционных материалов из полимерных и эластомерных отходов с улучшенными свойствами. Исследование влияния сополимера этилена с винилацетатом (СЭВА) на структурные и прочностные характеристики резинопластов. В данной работе для получения композитов использовали вторичный полиэтилен (ВПЭ) высокого давления из отработанной сельскохозяйственной плёнки, СЭВА марки и резиновую крошку (РК), полученную измельчением амортизированных шин методом высокотемпературного сдвигового измельчения. Композиционные материалы на основе ВПЭ, севилена и РК получали смешением на одношнековом лабораторном одношнековом экструдере. Полученный экструдат измельчали и формировали из него, методом прессования, образцы для физико-механических исследований в виде двусторонних лопаток (ГОСТ ). За оценочные критерии физико-механических свойств были приняты разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение. Полифункциональность вторичных термопластов (ВПЭ) и эластомеров (РК), совместимость химической природы звеньев СЭВА с компонентами полимерной матрицы, их молекулярное расположение в составе сополимера, даёт возможность целенаправленно регулировать таким компатибилизатором структуру и свойства композиционных материалов. При изучении физико-механических свойств резинопластов на основе ВПЭ и дисперсной РК (соотношение 50:50 мас.%) были получены результаты, которые показали, что введение добавок СЭВА приводит к увеличению разрывной прочности σ р и относительного удлинения при разрыве. Так, показатель повышается с 15,3% для исходной композиции до 61,4% (увеличение в 4 раза), при содержании СЭВА в композиции 1 мас.%, и соответственно 164,9% при содержании СЭВА в композиции 10 мас.%. При увеличении содержания сополимера-добавки до 20 мас.% σ р композиции составляет 8,2 МПа, что на 30% превышает разрывную прочность не модифицированной композиции, что свидетельствует об эффективности использования СЭВА в качестве компатибилизатора и его модифицирующее действие для композитов на основе ВПЭ и РК. Повышение деформационных характеристик и разрывной прочности композиций в присутствии СЭВА связано с увеличением адгезионной прочности на границе разделения фаз и взаимодействием функциональных групп ВПЭ, резины с полярными винилацетатными группами компатибилизатора. Проведённые исследования показали, что использование СЭВА в качестве компатибилизаторов композиционных материалов на основе ВПЭ и РК позволяет улучшить процесс их смешения, гомогенизации, способствует совместимости и химическому взаимодействию компонентов полимерной матрицы. Определены эффективные концентрации СЭВА как компатибилизаторов и их влияние на физико-механические характеристики композитов. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования СЭВА, в качестве компатибилизаторов полимерных композиций при создании новых технологий по утилизации и рециклингу вторичного полиэтилена и резиновой крошки. 56

74 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ СВМПЭ И СЛОИСТЫХ СИЛИКАТОВ Л.А. Никифоров, Р.В. Борисова, А.А. Охлопкова Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия; Цель Целью данной работы является разработка полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и исследование зависимости его свойств от содержания дисперсных природных наполнителей (каолинит и бентонит) и способов их модификации. Материалы и методы В качестве полимерной матрицы был использован СВМПЭ марок GUR 4120 и 4022 (Ticona, China). Средняя молекулярная масса составляет Наполнителями были выбраны слоистые силикаты: каолинит и бентонит. Каолинит принципиально отличается своим строением. Бентонит, в отличие от каолинита, обладает катионами обмена в межслоевом пространстве [1, 2]. Данный факт является ключевым моментом при модификации ПАВ. В случае каолинита затруднительно интеркалировать молекулы ПАВ в межслоевое пространство каолинита обработкой слоистого силиката раствором ПАВ. Был предложен механохимический метод модификации слоистого силиката ПАВ путем совместной механоактивации в планетарной мельнице. ПКМ были получены методом горячего прессования при давлении 10 МПа и температуре 175 C. Для исследования влияния предложенного метода были проведены микроскопические исследования методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и физико-механические испытания. Результаты и их обсуждение На рис. 1 и 2 представлены результаты физикомеханических испытаний. По результатам исследований было выявлено, что наполнение СВМПЭ механоактивированным бентонитом сохраняет физикомеханические характеристики ПКМ на уровне исходного полимера. Модификация поверхности наполнителя ПАВ приводит к ухудшению эксплуатационнопрочностных характеристик. Это вызвано тем, что молекулы ПАВ находятся в объеме полимера, а не на поверхности наполнителя. Возможно, это связано с наличием катионов обмена в межслоевых пространствах силиката, которые не позволяют адсорбироваться молекулам ПАВ на поверхность силиката. В случае каолинита зарегистрировано существенное улучшение физико-механических характеристик. Возможно, происходит адсорбция ПАВ на месте трещин и искажений кристаллической структуры каолинита, возникших в процессе механоактивации. Рис. 1. Зависимость относительного удлинения ПКМ от содержания наполнителя и метода обработки поверхности: а GUR каолинит + ПАВ; б GUR каолинит; в GUR бентонит; г GUR бентонит + ПАВ. Рис. 2. Зависимость прочности при растяжении ПКМ от содержания наполнителя и способа модификации поверхности: а GUR каолинит + ПАВ; б GUR каолинит; в GUR бентонит; г GUR бентонит + ПАВ. Структура ПКМ, полученных с использованием ПАВ сильно отличается от ПКМ, наполненных механоактивированными силикатами. При использовании ПАВ уменьшается размер структурных единиц. В отличие от бентонита, обработка каолинита ПАВ показала свою эффективность. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского (Российского) фонда фундаментальных исследований (код проекта ). 1. Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии / пер. с польск. под ред. проф. Франк-Каменецкого В.А. Л.: Химия Герасин В.А., Зубова Т.А., Бахов Ф.Н., Баранников А.А. Структура и нанокомпозитов полимер/na + -монтмориллонит, полученных смешением в расплаве // Российские нанотехнологии (2), 1,

76 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НОВЫХ СИЛЬНООСНОВНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ АНИОНИТОВ С.Д. Филиппович, В.И. Грачек, А.А. Шункевич, А.П. Поликарпов Институт физико-органической химии НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Цель Разработать способ получения и изучить физико-химические свойства новых сильноосновных анионообменных волокон на основе полиакрилонитрильного волокна. Для синтеза сильноосновных волокнистых анионитов использовано полученное ранее в водной среде слабоосновное волокно Е ам 5,89 мг экв/г. СОЕ соон 0,31, набухание 1,57 гн 2 О/г [1]. В качестве алкилирующих агентов выбраны эпихлоргидрин (ЭХГ) и этиленхлоргидрин (ЭТХГ). В дальнейшем сильноосновный анионит, полученный при использовании ЭХГ, называется ФИБАН А-13, а при использовании ЭТХГ, ФИБАН А-14. Обменную емкость сильноосновных волокон по аминогруппам определяли по Штамбергу [2], набухание волокон определяли центрифугированием на центрифуге ОПн-8. Анализ ИК-спектров полученных анионитов показал, что в спектре остаются полосы поглощения, характеризующие амидную группу [1] и появляется полоса поглощения при 2512 ± 5 см 1, характерная для четырехзамещенного аммония. CH CH 2 n C O Cl - CH 3 HN(CH 2 ) 3 NH(CH 2 ) 3 N + CH 3 HC CH CH 2 n C O Cl - CH 3 HN(CH 2 ) 3 NH(CH 2 ) 3 N + H 3 C O CH 2 CH 2 CH 2 OH Исходя из структуры слабоосновного анионита (схема) максимальное теоретически возможное количество присоединенных молекул алкилирующего агента к одному структурному звену слабоосновного анионита равно 3. Поэтому диапазон мольного соотношения ЭХГ или ЭТХГ:NR 1 R 2 (слабоосновного анионита) варьировался от 1 до 3. Полученные результаты исследований приведены в таблице. Результаты показывают, что при алкилировании слабоосновного анионита ЭХГ, полученные аниониты ФИБАН А-13 обладают большим количеством сильно- и слабоосновных аминогрупп. Таблица 1. Физико-химические свойства анионитов ФИБАН А-13 и ФИБАН А-14 Мольное соотношение Набухание, Е сл, Е сил, Е общ, ЭХГ : NR 1 R 2 гн 2 О/г мг экв/г мг экв/г мг экв/г 1,0 1,10 3,54 2,22 5,76 1,5 1,05 3,44 2,23 5,67 2,0 0,93 3,24 2,25 5,49 2,5 0,91 3,12 2,36 5,48 3,0 0,89 3,01 2,49 5,50 ЭТХГ : NR 1 R 2 1,0 1,66 4,05 1,21 5,26 1,5 1,60 4,19 1,11 5,30 2,0 1,54 4,12 0,96 5,08 2,5 1,52 3,86 0,71 4,57 3,0 1,50 3,65 0,55 4,20 Для сравнения выпускаемый аналог ФИБАН А-6 имеет следующие характеристики: Е сл = 0,8 мг экв/г, Е сил = 2,0 мг экв/г, набухание 1,2 гн 2 О/г. С увеличением мольного соотношения ЭХГ:NR 1 R 2 уменьшается величина набухания анионитов, это объясняется сшиванием ЭХГ полимерных звеньев цепи анионита. Величина набухания сильноосновных анионитов меньше, чем у исходного слабоосновного анионита. При алкилировании слабоосновного анионита ЭТХГ, полученные аниониты ФИБАН А-14 обладают большим количеством слабоосновных и небольшим количеством сильноосновных аминогрупп, меньшим, чем у ФИБАН А-6 и ФИБАН А-13. Варьирование времени, температуры реакции, и концентрации алкилирующих реагентов позволило определить оптимальные условия для синтеза сильноосновных волокнистых анионитов. Установлено, что оптимальные условия получения нового волокнистого сильноосновного анионита ФИБАН А-13 следующие: время реакции 5 ч, мольное соотношение ЭХГ:NR 1 R 2 (слабоосновного анионита) = 2,0 3,0, температура процесса С, концентрация ЭХГ 10%. При использовании ЭХТГ оптимальные условия получения время реакции 5 ч, мольное соотношение ЭТХГ:NR 1 R 2 (слабоосновного анионита) = 1,0 1,5, температура процесса С, концентрация ЭТХГ 10%. 1. Филиппович С.Д., Акулич З.И., Шункевич А.А., Грачек В.И. Новые волокнистые аниониты на основе полиакрилонитрильных волокон // Весці АН Беларусі. Сер. хім. навук. 2014, 2, Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская Н.Л. Методы исследования ионитов. М.: Химия

78 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ КОНФИГУРАЦИИ МАКРОМОЛЕКУЛ ГИДРОЛИЗАТА ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОГО ВОЛОКНА НА СОРБЦИЮ И ДЕСОРБЦИЮ ИОНОВ МЕДИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ Е.К. Фомина 1, Е.В. Гринюк 2, О.В. Якименко 2, А.П. Поликарпов 3, Г.Н. Шанбанович 4 1 Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», Минск, Беларусь; 2 Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь 3 Институт физико-органической химии НАН Беларуси, Минск, Беларусь 4 Институт льна НАН Беларуси, п. Устье, Оршанский р-н, Витебская обл, Беларусь Гидролизат полиакрилонитрильного волокна, известный как препарат ВРП-3, представляет собой водно-солевой раствор сополимера акриламида с акрилатом натрия, отличающийся высоким содержанием карбоксилатных групп. На его основе разработаны композиции растениеводческого назначения, эффективность которых определяется сорбционно-десорбционными свойствами сополимера по отношению к используемым добавкам, прежде всего к микроэлементам, способным хемосорбироваться на карбоксилатных группах макромолекул [1]. На сорбционную и удерживающую способность полимерной основы препарата по отношению к добавкам может влиять конфигурация цепей, которая при получении композиций меняется от линейной до сшитой. Цель Целью работы явилось выяснение влияния конфигурации макромолекул полимерной основы препарата ВРП-3 на сорбцию и десорбцию ионов одного из наиболее важных микроэлементов (меди) в водных растворах. Материалы и методы Концентрация препарата ВРП-3 по сухому веществу составляла 41 мас.%, содержание карбоксилатных групп в сополимере 70 мол.%. Сорбцию ионов Cu 2+ вели из водного раствора сульфата меди, десорбцию в воду с поверхности пленок, приготовленных из растворов, в которых содержание сополимера составляло 10 мас.%, а меди 0,02 моль/л. Конфигурацию макромолекул в препарате изменяли путем воздействия на него γ-излучением Со 60. Облучение вели на установке PXM-γ-20. Величину поглощенной дозы варьировали от 2 до 40 кгр. О переходе макромолекул из линейной конфигурации в разветвленную судили по динамической вязкости раствора, которую измеряли на ротационном вискозиметре РЕОТЕСТ-2. Сшивание макромолекул исследовали методом золь-гель анализа. Величины степени набухания (α) и гель-фракции (δ) в сшитом полимере определяли гравиметрически. Количество ионов Сu 2+, поглощаемых растворимыми и сшитыми формами, определяли методом атомно-адсорбционной спектроскопии. Результаты и их обсуждение Наиболее существенные изменения конфигурации цепи полимерной основы препарата ВРП-3 происходят при формировании пространственной сетки ковалентных углерод-углеродных связей между макромолекулами. При этом образуются полиэлектролитные гидрогели (ПЭГГ), отличающиеся высоким водопоглощением. Степень сшивания, а также величина набухания в водных средах для ПЭГГ, полученных в результате радиационного воздействия, определяется величиной поглощенной дозы. Установлено, что формирование ПЭГГ в исследуемом препарате происходит при дозах, превышающих 15 кгр. Величины δ возрастают при увеличении дозы, а зависимость величины α от дозы имеет экстремальный характер. Показано, что наименьшее количество меди (2,67 ммоль/г) сорбирует сильно сшитый образец ПЭГГ. Слабо сшитый образец поглощает медь в несколько большем количестве (2,84 ммоль/г), в то время как исходный препарат с цепями линейной конфигурации отличается максимальной сорбцией по отношению к меди (3,57 ммоль/г). При дозах, не превышающих 15 кгр, наблюдается только разветвление цепей. В исследованном растворе смеси препарата ВРП-3 с сульфатом меди, в котором на один моль Сu(II) приходилось 40 молей карбоксилатных групп, вместо не растворимых в воде ПЭГГ формировались растворимые макромолекулярные комплексы. Однако их растворимость снижалась при увеличении дозы, используемой для модифицирования сополимера. В результате количество Сu(II), переходящей в воду с поверхности пленок за равные промежутки времени, уменьшалось, что и обеспечивало пролонгирование действия микроэлементов. Таким образом, изменяя конфигурацию полимерной основы препарата ВРП-3, можно регулировать концентрацию сорбированных микроэлементов и обеспечивать пролонгирование их действия. 1. Бутовская Г.В., Матусевич Ю.И., Жук А.В., Фомина Е.К., Привалов Ф.И. Защитные и защитно-стимулирующие полимерсодержащие композиции сельскохозяйственного назначения // Материалы. Технологии. Инструменты (11), 2,

80 СЕКЦИЯ 1. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КАРБОКСИЗАМЕЩЕННЫЕ ПОЛИПЕНТЕНАМЕРЫ МОДИФИЦИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ К БСК Р.З. Шахназарли, И.А. Исмаилов, А.М. Гулиев Институт полимерных материалов НАН Азербайджана, Сумгайыт, Азербайджан: Резины, полученные на основе бутадиенстирольного каучука (БСК), имеют хорошие эксплуатационные свойства, что делает их необходимыми и одновременно перспективными материалами для производства шин, резинотехнических и кабельных изделий и т.д. Несмотря на то, что такие каучуки обладают ценными свойствами, тем не менее, бурное развитие науки и техники требует производства резин и изделий из них с улучшенными эксплуатационными свойствами. В решении данной проблемы главное место занимает модификация высокомолекулярных эластомеров олигомерными или полимерными соединениями, содержащими в макромолекулах двойные связи и функциональные группы. В частности, в условиях радикального инициирования в качестве модифицирующих добавок для каучуков были использованы олигоэфиракрилаты [1]. Было показано, что из-за структурной близости такие соединения хорошо совмещались с эластомерами, а наличие в их составе полярных групп обеспечивало повышение прочностных и теплофизических характеристик резин. В литературе имеются также сведения о том, что введение в состав каучука олигобутадиенов с концевыми карбоксильными группами, увеличивает пластичность смесей и снижает усадку [2]. В данной работе приводятся результаты использования полипентенамеров, содержащих в макромолекулах карбоксильные группы, в качестве модифицирующих добавок к БСК. n R 2 R 1 COOH R 1 R 2 n COOH R 1, R 2 = H, Me, Cl Было установлено, что благодаря структурной близости карбоксизамещенные полипентенамеры хорошо совмещаются с БСК. Полученные результаты показали, что введение в состав эластомерных композиций на основе БСК модифицирующей добавки повышает прочностные показатели, относительное удлинение и уменьшает склонность к преждевременной вулканизации. При оптимальном количестве модифицирующей добавки 5 мас.ч. возрастают: сопротивление разрыву на 8,4 9,4 МПа, относительное удлинение на %, время начала подвулканизации на мин. При этом также несколько улучшается напряжение при 300%-ном удлинении. Повышение напряжения вулканизатов при добавке карбоксипентенамеров свидетельствует об участии используемых полимеров в процессе образования пространственно сетчатых структур. Установлено, что введение в состав резиновой смеси поликарбоксипентенамеров приводит к повышению устойчивости к тепловому старению. Коэффициент теплового старения при 373 К за 72 часа по сопротивлению разрыву по относительному удлинению доходит до 0,92, в то время как резины без добавок имеют значения коэффициентов 0,61 и 0,73 соответственно. Наряду с этим, наблюдается также возрастание когезионной прочности резин до 0,90 0,94 МПа. Повышение устойчивости к старению и прочностных свойств резин при введении поликарбоксипентенамеров может быть объяснено изменением надмолекулярной и вулканизационной структуры эластомер-полимерных композиций. Показано, что в случае использования карбоксилированного полипентенамера (где R=H) в качестве модифицирующей добавки полученные резины имеют более высокие прочностные и другие теплофизические показатели, чем резины, изготовленные с использованием других полипентенамеров (где R=Me или Cl), что связано с повышением плотности вулканизационной сетки (наличие метильной группы или атома хлора у двойной связи экранирует ее и участие в процессе вулканизации несколько ухудшается). Таким образом, используемые поликарбоксизамещенные пентенамеры могут быть использованы в качестве модифицирующих добавок к БСК, улучшая основные свойства как резиновых смесей, так и резин на их основе. 1. Кузьминский А.С., Берлин А.А., Аркина С.Н. Модификация каучуков полипентенамерными соединениями. Успехи химии и физики полимеров. М.: Химия. 1973, Петров Г.Н., Шмарин В.Д., Белов И.Б. и др. Синтез и применение эластомеров на основе углеводородных олигомеров с концевыми функциональными группами. М.: ЦНИИ ТЭ Нефтехим. 1971,

82 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ЭКСПРЕСС-МЕТОДИКА КОСВЕННОЙ ОЦЕНКИ ЗАДИРОСТОЙКОСТИ АНТИФРИКЦИОННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Б.Я. Сачек, А.М. Мезрин, Т.И. Муравьева, О.О. Столярова, Д.Л. Загорский Институт проблем механики РАН, Москва, Россия; Введение. Одна их тенденций в современном материаловедении применительно к подшипниковым материалам для цельнометаллических подшипников скольжения состоит в разработке новых алюминиевых антифрикционных сплавов, как альтернативы подшипниковым бронзам, главным образом из соображений экономии дефицитной меди. Предварительный выбор подшипниковых бронз осуществляется обычно по традиционным показателям (HB, σ,, kc v ), характеризующим их объёмные механические свойства [1]. В то же время нормальная работа подшипникового узла в решающей степени зависит от свойств поверхностных слоёв сопряжённых материалов, тем более в условиях их несовершенной смазки, когда велика вероятность их схватывания в процессе эксплуатации. В связи с этим оптимизация составов вновь разрабатываемых сплавов и окончательный их выбор осуществляется по результатам традиционных длительных триботехнических испытаний на антифрикционность и прирабатываемость. [2]. Принимая во внимание существенно возросший уровень лабораторной техники, представляется возможным и целесообразным оценку служебных качеств экспериментальных алюминиевых материалов дополнить методами определения свойств непосредственно поверхностных слоёв, в частности, методами микротвёрдости и склерометрии, что позволит существенно сократить трудоемкость испытания. При этом, достоверную оценку задиростойкости материала можно дать по контактным напряжениям, обусловливающим процесс микрорезания (σ мкр ) при склерометрировании опытных образцов. Цель. Разработка методики косвенной оценки задиростойкости антифрикционных алюминиевых сплавов. Материалы и методы. Образцы для исследований изготавливались из литейных сплавов, основой которых являлась алюминиевая матрица системы Al Si Cu Sn Pb. На первом этапе были подготовлены 8 типов образцов, различающихся по элементному составу и процентному содержанию легирующих элементов. Склерометрирование проводилось на скретчтестере REVETEST фирмы GSM (Швейцария) с переменной глубиной царапания. В процессе эксперимента регистрировалась зависимость коэффициента трения по длине царапания от нагрузки. Заметное увеличение коэффициента трения обычно связано с появлением царапин и вырывов на поверхности канавки и свидетельствует о развитии процесса микрорезания на фрикционном контакте. Производилась фотофиксация канавки и отсчёт величины нормальной критической нагрузки (N кр ), действующей в этот момент. Ширина царапины (b) определялась по фотографии с учётом масштаба. Контрольные триботехнические испытания проводились на триботестере Т- 05 по традиционной схеме «вал вкладыш». В качестве контробразца использовалось кольцо из стали Ст. 45 (HRc 45 48). В процессе испытаний непрерывно регистрировался коэффициент трения и износ образца в стационарном режиме, по которому расчётным путём определялась интенсивность изнашивания. Результаты и их обсуждение. Анализ показывает (см. рис. 1), что наиболее вероятными кандидатами на замену свинцовистой бронзы БрОЦС являются алюминиевые сплавы 6 и 8, поскольку, обладая практически одинаковой с ней твердостью, по контактному напряжению микрорезания (σ мкр ) они отличаются от неё не более, чем на 20%, в то время как остальные опытные сплавы примерно на 30 60%. Рис. 1. Корреляция между микротвердостью и контактным напряжением микрорезания ( 1 8 номера исследуемых образцов) Рис. 2. Зависимость интенсивности изнашивания от давления Контрольные испытания показали (см. рис. 2), что и по триботехническим характеристиками они оказались близки к бронзе БрОЦС Работа проведена при финансовой поддержке гранта РНФ Миронов А. Е., Котова Е. Г. Разработка новых марок литейных алюминиевых антифрикционных сплавов для замены бронз в узлах трения // Известия Самарского научного центра РАН (13), 4(3), Хрущев М. М. Пластичные антифрикционные материалы. Трение и износ в машинах // Труды всесоюзной конференции. М. Издательство АН СССР (1),

84 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА СМАЗОЧНОГО СЛОЯ: ПРЕДЕЛЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ О.В. Блинов 1, В.А. Годлевский 2, C.А. Стулов 2 1 Ивановский государственный политехнический университет, Иваново, Россия 2 Ивановский государственный университет, Иваново, Россия; Применение методов молекулярной динамики для построения динамических моделей граничного смазочного слоя находится в начальной стадии [1, 2], поэтому необходимо на этом этапе обсудить возможности и ограничения данной модельной идеологии. Как было показано в работе [1], программный комплекс для описания трибосистемы со слоем смазочного материала (СМ) удобно построить, используя готовый программный продукт, предназначенные для моделирования молекул. Опыт наших расчетов показал, что время обработки одного «кадра» процесса, в течение которого происходит оптимизация молекулярной группировки, представляющей смазочный материал, зависит от производительности компьютера, и для выбранного числа итераций может занять несколько часов. Для больших молекулярных моделей времена счета может достигать несколько суток или недель. Следует предпринимать специальные меры для того, чтобы время обработки модели было приемлемым. При этом нужно принимать, что на производительность расчетов модели трибосистемы со смазочным слоем влияют следующие факторы. А. Моделирование поверхностей трения: 1) Степень совершенства кристаллической решетки (моделирование дефектов структуры поверхностей), «глубина» модели твердой поверхности. 2) Моделирование неметаллических поверхностей (полимер, эластомер, текстильное волокно, композит и т.д.). 3) Моделирование молекулярной шероховатости поверхностей. Б. Моделирование смазочного слоя: 1) Размеры молекулы трибоактивного компонента. 2) Количество частиц в модельном кластере смазочного материала (Объем рабочего пространства). 3) Учет молекулярных конформаций. 4) Наличие растворителя, концентрация трибоактивного компонента. В. Программное обеспечение, расчетные алгоритмы: 1) Выбор метода оптимизации и его программная реализация. Возможности «параллелизации» вычислений. 2) Введение «эффективных радиусов взаимодействия» внутри кластера смазочного материала. 3) Величина шага дискретизации сдвигового процесса. 4) Учет температуры. 5) Учет скорости сдвигового процесса. 6) Выбор вида расчетного параметра для количественной оценки упорядоченности системы (параметра порядка). Г. Параметры применяемой компьютерной техники: 1) Одно- или многопроцессорные компьютеры. 2) Тактовая частота процессора. Наиболее эффективными из этих подходов, по нашему опыту, были следующие: 1) При построении моделей твердых поверхностей нужно строить их не более, чем из двух слоев. При этом структуру виртуальной поверхности выстраивать «принудительно», располагая атомы и молекулы, например, согласно структурной схеме кристаллической решетки металла. 2) Молекулярная масса СМ, особенно для органических компонентов, должна быть существенно ограничена. На данном этапе пределом могут быть размеры типичных коллоидных ПАВ. 3) Расчет взаимодействия каждой частицы кластера со всеми другими частицами займет слишком много времени, поэтому расчет взаимодействий нужно ограничивать некоторым эффективным радиусом. 4) Расчет молекулярного «директора» для анизометричных частиц может отбирать значительную долю вычислительного ресурса, в особенности, если в расчетный цикл включена процедура определения трех пространственных углов каждой частицы. Поэтому следует, задавшись одним конформационным вариантом молекулы, «жестко привязать» позицию «директора» к частице. Но возникают новые задачи молекулярной динамики, например, изучение роли концентрации трибоактивных присадок, что требует увеличение кластера до нескольких тысяч частиц. Пока это находится за пределами доступного нам вычислительного ресурса. «Однопоточные» приложения молекулярной динамики, не могут воспользоваться ресурсами многопроцессорных систем и программных средств, использующих параллельные вычисления [3]. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобразования РФ (код проекта /К). 1. Березина Е.В., Годлевский В.А.. Кузнецов С.А. Молекулярное моделирование строения смазочного слоя // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2009, 2, Godlevskiy V.A., Kuznetsov S.A., Berezina E.V., and Bogomolov M.V. A Software Complex for Molecular Simulation of Boundary Lubrication Layers // Journal of Friction and Wear (33), no. 1, Обжерин И.А., Ясинский Ф.Н., Соцкий В.В. Применение методов Монте-Карло в распараллеленных вычислениях молекулярных структур методом Хартри Фока. Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2014, 4,

86 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАДЁЖНОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ГТД Е.Ф. Паровай 1, С.В. Фалалеев 1, И.Д. Ибатуллин 2 1 Самарский государственный аэрокосмический университет им. С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), Самара, Россия; 2 Самарский государственный технический университет, Самара, Россия Выполнение постоянно ужесточающихся требований к характеристикам ГТД невозможно без обеспечения надежной работы подшипниковых узлов. Эффективность подшипников скольжения определяется их ресурсными характеристиками, экономичностью, технологичностью и функциональными возможностями. Перспективные гидродинамические подшипники, рассматриваемые в работе, функционируют при высоких частотах вращения в условиях масляного голодания, при низких значениях минимальной толщины рабочего зазора (до 10 мкм в зависимости от типа смазки) [1]. Высокую эффективность их работы обеспечивает гидродинамический слой масла. Для повышения ресурсных характеристик подшипника, работающего в условиях недостаточного маслоснабжения, необходимо снизить влияние трибологических процессов, происходящих в двигателе, в особенности в период запуска и останова, а так же на форсированных режимах работы двигателя. Первой проблемой является обеспечение запаса надежности при работе в условиях граничного трения (запуск останов до «выхода на клин», малые обороты и повышенные нагрузки) и в необходимости снижения его последствий. Режиму граничного трения свойственны высокие значения коэффициента трения и повреждение поверхностей в зонах касания. На практике проблема граничного трения гидродинамических узлов решается за счет конструктивно-технологических мер: подбором материалов по критерию устойчивости узла к недопустимым видам трения и недопустимым формам изнашивания в условиях высоких температур. Функционирование подшипника на этом режиме сведено к минимуму благодаря расточке вкладышей в радиус вала, которая обеспечивает практически мгновенный выход на клин. Вторая проблема связана с минимизацией потерь мощности на трение в подшипнике при правильном проектировании именно они являются определяющими и приводят к потерям масла (повышенный потребный расход через подшипник, преждевременное старение (окисление) масла). Вследствие излишнего трения возникает необходимость отвода тепла. Также важным является обеспечение допустимого для назначенного ресурса износа, имеющего место при жидкостном трении (абразивный, эрозионный, коррозионный, кавитационный) при работе на основных режимах. Если избежать граничного трения на высоких режимах невозможно, сохранить работоспособность подшипника могут высокие антифрикционные свойства покрытий низкий коэффициент трения, высокая теплопроводность, термостойкость, контактная износостойкость. Таким комплексом свойств обладают, например, металлофторопластовые покрытия. Более того, их высокие антифрикционные свойства полезны при значительных динамических перекосах и нарушении маслоснабжения вкладышей, что особенно важно для условий «сухого картера». Высокими антифрикционными свойствами и плохой адгезией к загрязнениям обладают наноструктурированные беспористые хром-алмазные покрытия. Серебро выполняет роль твердой смазки, обеспечивает теплоотвод, хорошую прирабатываемость и низкий коэффициент трения [2]. При проектировании высокооборотных подшипников важны меры по снижению уровня разрушающих воздействий, включая тепло и уровень удельных статических и динамических нагрузок в контактной паре, поскольку в случае возбуждения в стыке резонансных частот будет наблюдаться аномальное снижение трения, сопровождаемое, тем не менее, повышенным износом поверхностей трения. Третья проблема заключается в необходимости использования масла с гарантированными показателями качества отсутствием механических примесей и требуемыми антифрикционными свойствами для защиты контактной пары в условиях граничного и жидкостного трения. При дефиците антифрикционных присадок может произойти разрыв масляной пленки с резким увеличением коэффициента трения, перегревом и закоксовыванием поверхностей трения. Так как присадки в процессе эксплуатации постепенно вырабатываются, то непрерывный контроль масла по всем значимым параметрам становится необходимым условием обеспечения работоспособности подшипника. Для решения данной проблемы разработаны новые способ и устройство для оперативного контроля качества смазочных масел, используемых в двигателях [3]. 1. Паровай Е.Ф. Проектирование малорасходных подшипников скольжения роторов турбомашин // Вестник СГАУ. 2014, 5 (47), ч. 2, Gallyamov A.R. and Ibatullin I.D. New Technology, Properties and Application of Nanostructured Antifriction Electrochemical Coatings // LifeSciJ. 2014, no. 11(12s), Ненашев М.В., Ибатуллин И.Д. и др. Диагностическая система для контроля качества моторных масел // Известия Самарского научного центра РАН (16), 1 (2),

88 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ ГРАНИЧНОГО СМАЗОЧНОГО СЛОЯ В ЗОНЕ КОНТАКТА СТРУЖКА-ИНСТРУМЕНТ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ В.В. Новиков Ивановский государственный университет, Иваново, Россия; Целью работы было теоретически описать кинетику формирования граничного смазочного слоя трибоактивной присадки растворенной в инактивной среде, например, минеральном масле. В результате когезионного разрыва или вытеснения смазочного слоя на поверхности металла образовалась новая поверхность, на который смазочный слой отсутствует. Тогда на нем будет формироваться новый смазочный слой за счет диффузии молекул трибоактивной присадки из окружающей поверхность смазки. Примем, что все молекулы, достигнувшие поверхности встраиваются в данный смазочный слой и процесс десорбции молекул отсутствует. Тогда количество молекул, осевших в слой, будет определяться объемом пространства, из которого молекулы присадки смогут достигнуть поверхности за счет диффузии. где S площадь ювенильной поверхности, длиной a и шириной b молекулы, C концентрация присадки в растворе в мол.%, D коэффициент диффузии, время диффузии, V объем смазки, V m объем одной молекулы. Нами выделены три стадии формирования граничного слоя. Первая стадия, когда все молекулы присадки находятся на нем в горизонтальном положении. Вторая стадия молекулы формируют монослой, наиболее плотно упаковываясь, т.е. располагаясь вертикально. Третья стадия формируется мультислоевой граничный смазочный слой. Кинетику процесса формирования граничного смазочного слоя можно наглядно представить в виде диаграммы (рис. 1). Диаграмма построена с учетом того а = 10 8 м, b = 10 9 м, D = 10 9 м 2 /с. Рассчитав время для формирования слоя для каждой из трех стадий, можно получить три линии, разделяющие диаграмму на четыре области: I область, на которой граничный слой еще не сформировался; II область граничного слоя 1-го типа, III область с граничным слоем 2-го типа, IV область с мультислоевым граничным слоем. Соответственно зная концентрацию и время можно предсказать, какого типа будет граничный слой. Например, расчеты показали, что при концентрации присадки 1 мол.% для образования смазочного слоя 1-го типа требуется время порядка микросекунд, смазочного слоя 2-го типа сотни микроссекунл, 3-го типа миллисекунды., (1) Рис. 1. Диаграмма С( ) Несмотря на столь быструю кинетику формирования слоя для процесса резания времени на формирования слоя может не хватить. Типичное время свободного движения микронеровности между актами контактного взаимодействия при резании R инструментом из быстрорежущей стали составляет по нашим оценкам десятки микросекунд, что сопоставимо с кинетикой формирования граничного слоя. Нами получена формула для оценки концентрации молекул присадки, достаточной для формирования слоя типа II в условиях такого резания: (2) Данные наших экспериментов по подбору оптимальной концентрации присадок ПЖК в СОТС, показали, что именно в области данных концентрация присадок в СОТС, как дает выражение (2), и достигаются минимальные значения момента резания. Применение высоких скоростей обработки делает невозможным достижение оптимальных смазочных свойств СОТС из-за невозможности сформировать граничный слой с оптимальными свойствами. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. 72

90 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИУРЕТАНА А.М. Дворак 1, М.А. Попова 1, В.П. Казаченко 2, А.Н. Попов 1 1 Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь; 2 Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь Большой интерес резинотехнические изделия (РТИ) представляют при использовании их в качестве уплотнений. В настоящее время одной из основных проблем в развитии уплотнительной техники является повышение ресурса работы уплотнений и улучшение их эксплуатационных характеристик. С развитием новых технологий в машиностроении, в электронной промышленности, в вакуумной технике, появилась возможность решения этой проблемы путем применения различных вариантов модифицирования РТИ [1, 2]. В настоящее время полиуретан может быть хорошей заменой резины различных классов. Одним из возможных методов повышения функциональных свойств полиуретана, применяемого при изготовлении уплотнительных колец, является его поверхностная модификация. Цель исследование структуры и триботехнических свойств полиуретана с покрытиями на основе углерода. Материалы и методы Нанесение углеродных покрытий осуществлялось на серийной вакуумной установке УРМ с помощью источника плазмы импульсного катодно-дугового разряда с центральным электродом из графита, испаряющегося в процессе сильноточного дугового импульсного разряда. Триботехнические характеристики покрытия исследовались на возвратно-поступательном микротрибометре по схеме трения сфера плоскость при скорости скольжения 0,016 м/с при нагрузке 1 Н. Исследования проводились на образцах до и после выдержки в машинном масле в течение 72 часов. Результаты и их обсуждение Были получены следующие образцы из полиуретана: без покрытия; с ионной обработкой, с алмазоподобным покрытием легированным азотом с и без подслоя титана. Триботехнические испытания показали, что ионная очистка существенным образом не влияет величину и характер поведения коэффициента трения, кроме приработки. Возможно, ионная обработка активирует поверхность, что увеличивает силу трения на начальных стадиях. После поведение коэффициента трения образца, обработанного ионами и исходного аналогично. Установлено, что нанесение различных типов покрытий снижает коэффициент трения с 1,2 1,3 до 0,2 0,5. При испытании образцов с алмазоподобным покрытием на начальном этапе наблюдается плавный рост коэффициента трения до величины, характерной для полиуретана без покрытия. Износ покрытия сопровождается скачками коэффициента трения, что вероятно связано с усталостным механизмом износа. На стальном контртеле (шарике) наблюдается пятно износа, характерное для абразивного изнашивания. Нанесение покрытия на подслой титана существенно влияет на триботехнические характеристики. Коэффициент трения образца при этом монотонно возрастает c последующей стабилизацией. После 20 тысяч циклов истирания износ контртела не наблюдался. Исследовано влияние толщины подслоя титана триботехнические свойства. Показано, что зависимость износостойкости покрытия имеет экстремальную зависимость от толщины подслоя. Показано, что углеродное покрытие на полиуретане имеет блочную структуру. С увеличением толщины подслоя титана до 20 мкм увеличиваются размеры блоков структуры покрытия, которые могут достигать 100 мкм. На дорожке трения происходит дробление блоков вследствие деформаций. Исследовано влияние смазки на трение образцов с покрытием. Показано, что влияние нанесенного покрытия в этом случае невелико. Покрытие снижает коэффициент трения только после 10 тысяч циклов. Установлено, что присутствие смазки не снижает стойкости покрытия. У образца, предварительно выдержанного в масле коэффициент трения снижается до 0,3 0,5. Образец, предварительно обработанный в ультразвуке, обладает наименьшим коэффициентом трения, по-видимому, благодаря наибольшему количеству впитавшегося масла. На начальном этапе испытания в зоне трения имеется достаточное количество масла для поддержания низкого коэффициента трения, а по мере уменьшения его количества вследствие выноса его шариком за зону трения начинает увеличиваться значение коэффициента трения. Образцы с покрытием так же имеют низкий коэффициент трения. По-видимому, масло в этом случае выделяется по границам блоков. 1. Попов А.Н., Казаченко В.П., Новиков А.А. Модифицирование поверхности резины покрытиями на основе углерода // МНТК «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии». Могилев, апреля , ч. 1, Pei Y.T., Bui X.L., van der Pal J.P., Martinez-Martinez D., and De Hosson J.Th.M. Flexible Diamond-Like Carbon Film Coated on Rubber // Progress in Organic Coatings (76), no. 12,

92 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СТЕНД ОЧИСТКИ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ ОПШ А.Л. Житницкий, Р.Е. Костюник, В.А. Радзиевский, А.В. Кущев, А.В. Стельмах Национальный авиационный университет, Киев, Украина; Постановка задачи Недостаточная эффективность существующих методов очистки подшипников каченя от разного рода загрязнений поставила вопрос о создании новых методов и способов очистки. Результаты и их обсуждение В лаборатории Нанотриботехнолигий НИЧ НАУ разработаны и созданы стенды очистки шарикоподшипников ОПШ, которые позволяют эффективно удалять с поверхностей элементов конструкции неразборных подшипников качения загрязнения микро- и наноразмеров ферромагнитной и другой природы. Стенд предназначен: для предэксплуатационной подготовки новых подшипников, как завершающий этап расконсервации, перед непосредственной установкой в изделие; для очистки подшипников от продуктов изнашивания, образующихся в процессе эксплуатации, на этапе ремонта изделий; для очистки подшипников после их сборки и перед консервацией в процессе их производства. Внешний вид стенда и микрофотография фильтра с удаленными из подшипника загрязнениями представлены на (рис. 1). Рис. 1. Внешний вид стенда ОПШ а) и микрофотография фильтра с удаленными из подшипника загрязнениями б) а) б) Стенд имеет ряд преимуществ по сравнению с известными методами и способами очистки: практически полное удаление ферромагнитных частиц и, что особенно важно абразивнометаллических продуктов шлифовки, удерживаемых на границах доменной структуры ферромагнитных деталей шарикоподшипников и хорошая визуализация процесса; бесконтактное односторонне-реверсивное вращение свободных колец с телами качения и сепараторами; возможность одновременной очистки шарикоподшипников различных типоразмеров; наличие автоматической системы управления стендом очистки позволяет сократить длительность и повысить эффективность процесса; модуль размагничивания обеспечивает нормализацию уровня намагниченности деталей подшипника и является завершающим этапом процесса очистки; доступная визуализация и возможность отбора нано- и микрочастиц загрязнений. В настоящее время стенды ОПШ прошли широкую апробацию на шарикоподшипниках, используемых в изделиях предприятиий авиационного двигателестроения, в подразделениях ремонта эскалаторных служб метрополитена, на предприятияхизготовителях двигателей внутреннего сгорания наземных и водных видов транспорта, аудио- и видео- специальной техники. Один опытный образец стенда ОПШ поставлен во всемирно-известное конструкторское бюро «ЗМКБ «ИВЧЕНКО- ПРОГРЕСС» (разработчики ГТД для самолетов «Мрия», «Руслан» и других самолетов АНТК им. О.К. Антонова, а также для вертолетов), который успешно эксплуатируется в ходе разработки технологий изготовления и ремонта ГТД последнего поколения. Другой специальный стенд ОПШ поставлен в ремонтное подразделение эскалаторной службы Киевского метрополитена, где убедительно хорошо себя зарекомендовал. Выводы Учитывая недостаточную эффективность существующих методов очистки неразборных шарикоподшипников, как то: ультразвуковые, гидравлические и комбинированные, можно с уверенностью утверждать, что стенд очистки ОПШ, реализующий ряд новых эффектов защищенных патентами имеет все шансы для внедрения в различных областях машиностроительной индустрии: авиационное и космическое двигателестроение, подшипниковые предприятия, эксплуатационные подразделения метрополитена, ремонтные предприятия авиационных и других двигателей. 76

94 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПРЕЦИЗИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ФРИКЦИОННЫМИ УСТРОЙСТВАМИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ: ИТОГИ 50 ЛЕТ РАЗВИТИЯ Л.Г. Красневский, С.Н. Поддубко Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, Минск, Беларусь; За прошедшие 50 лет в теории и конструкциях автоматических трансмиссий (АТ) произошли кардинальные изменения. Совершенно изменился подход к управлению буксованием фрикционных пар и принципам организации процесса переключений ступеней. К сожалению, значительная часть этого периода на постсоветском пространстве пришлась на годы застоя, так что даже русскоязычная актуальная информация о зарубежном опыте в данной области практически отсутствует. В связи с этим представляется, что изложенная в докладе оценка современного состояния комплексной проблемы функциионирования фрикционных устройств в составе АТ будет интересна трибологам участникам Симпозиума За последнее десятилетие мировое автомобилестроение достигло небывалых результатов в развитии массового производства классических и создании новых конструкций АТ. Одна из главных причин успехи в совершенствовании фрикционных устройств (сухих и «мокрых» двухдисковых и многодисковых фрикционов) и их мехаторнных систем управления (МСУ). Сегодня к основным типам массовых АТ можно отнести [1]: многоступенчатые гидромеханические передачи (ГМП), бесступенчатые с механическими вариаторами, автоматизированные механические, гибридные электромеханические, коробки передач с двумя сцеплениями на входе. Все они имеют фрикционные устройства. Из названных АТ самые совершенные и массовые ГМП. Для них были впервые отработаны теория и техника прецизионного управления фрикционными устройствами, позволившие решить одну из самых сложных задач обеспечение высокого качества переходных процессов при переключениях ступеней без разрыва потока мощности и ударных нагрузок (в частности, довести до производства многие модели АТ). В начале пятидесятилетия в середине 70-х годов существовал единственный вид АТ ГМП с гидравлической автоматикой, и начиналось внедре-ние дистанционного электрпривода ручного управ-ления ГМП. Крупнейшая компания по производству ГМП для тяжелой техники Аллисон (входи-вшая в Дженерал Моторс) только в 1971 г. внедрила свою первую МСУ ГМП под названием SPG (Shift Pattern Generator). С 2012 г. она выпускает МСУ пятого поколения ATEC (AllisonTransmission Electronic Control) [2]. А компания Тойота, представляя новую восьмиступенчатую ГМП [3], отметила, что в последней достигнуто «драматическое улучшение ощущения» процесса переключения ступеней в результате применения новой технологии управления (так в оригинале). Необходимость прецизионного управления обусловлена тем, что длительность автоматического переключения пары фрикционов на движущемся автомобиле лежит в пределах от 2 2,5 секунд в тяжелых АТ и до 04 0,5 в легковых. При этом в разных фазах процесса необходимы разные законы управления, а у включаемого они должны автоматически изменяться несколько раз за одно срабатывание. Задержка исполнения очередной команды хотя бы на 0,1 секунды способна привести к несанкционированному разгону или торможению двигателя и к некомфортному переключению. С развитием техники эти требования стали легко выполнимы на отдельно взятой АТ, но оказались неизмеримо сложнее в условиях массового производства. Разброс размеров в пределах полей допусков в партиях различных деталей приводит к ощутимым для работы МСУ различиям характеристик (например, регуляторов давления, подаваемого в гидроцилиндры фрикционов). Характеристики также изменяются по мере износа в процессе эксплуатации АТ. Это потребовало дальнейшего повышения точности и быстродействия устройств МСУ и перехода к принципам адаптивного управления уже к середине 90-х годов. В итоге в современных АТ обеспечивается высочайшая плавность переключений (ставших практически неощутимыми для человека). В докладе приведены примеры законов, алгоритмов, характеристик и конструкций устройств управления фрикционных устройств лучших зарубежных АТ моделей последних лет, которые целесообразно осваивать нашему машиностроению. 1. Красневский Л.Г. Состояние и перспективы развития автоматических трансмиссий мобильных машин // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. Минск: ОИМ НАН Беларуси. 2012, вып. 1, Robert C. Boyer. Digital Electronic Controls for Detroit Diesel Allison Heavy Hauling Transmissions // SAE Takaaki Tookura, et al. Development of Smooth Up-Shift Control Technology for Automatic Transmissions with Integrated Control of Engine and Automatic Transmissions // SAE

96 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. EVALUATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF FRICTION LINING BY LASER VIBROMETER V.V. Kozhushko 1, S.N. Bukharov 1, V.P. Sergienko 1, E. Barkanov 2 1 V.A. BelyiMetal-PolymerResearchInstitute, National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus 2 Institute of Materials and Structures, Riga Technical University, Riga, Latvia; Transport is a main source of noise inthe cities. The ecological demands require decreasing of the noise level produced by vehicles this is why the vibration and noise are topical issue of automotive and aerospace mechanical engineering [1]. The engines, transmissions and brakes combine moving gears, which induce undesirable vibrations and acoustical noise.finite element methodisacommonsimulationtechniquefor academic and industrialinvestigationsofbrakenoise [2].The method can calculate the vibrations modes of the complex constructions comprised of several parts if the properties of each component, such as Young s modulus, Poisson s ratio and loss factors as well as their changes with the temperatureare known.when the modes and eigenfrequencies are established, the damping and sound absorbing materials can be applied. Thevariety of polymers and composite materials on their base can be employed for damping of the vibrations in wide temperatures rangesand covering several decades of frequencies [3]. The wide range of temperatures and mechanical loads are typical condition of brakes operation. The friction linings consist of numerous functional components,which influence mechanical and thermophysical properties. Theaimofourworkisnondestructivedetermination of the Young smodulus and loss factorsof the frictional lining. The scanning laser vibrometersare state of the art technique, whichallows noncontact detection of the surface velocities spectra that after numerical treatment yield the modes and eigenfrequencies of the construction. Laser DopplervibrometerPolytec 400 SDVwas employed in our experiment. Owing to the acousto-optical modulator based on Bragg s cell, it is possible to measure both the amplitude and the direction of surface displacement velocity. The vibrometer attains a resolution of 2 nm, and with digital demodulation techniques even down to the pm range.in the presented experiments, the measurements were carried out at room temperature of 20 C. The highest frequency of thevibrometer s operational bandwidth is about 22 khz. Usually the loudspeaker or piezoelectric transducer disturb the specimen within defined bandwidth. The velocity of displacement increases at the natural frequencies of that system that gives the peaks in the frequency domain. The specimen s density of 2050 kg/m 3 was obtained by Archimede s method. The volume mm 3 confined the specimen. The piezoelectric transducer with the size of mm 3 and the mass of 0.45 g was glued on the backside of the specimen. The amplifier PiezomechanikGmbH LE 150/025fed thevoltage signal of periodic chirpwithin bandwidth from 50 Hz to Hz. The measurements at 220 points of the specimen s surface were done within less than 25 minutes. The averaged displacement velocity spectrum gave 11peaks of different magnitude, whichwere identified by software aseigenfrequencies. The distribution of the amplitudes of the first four modes are shownin fig. 1.The loss factor was calculated from the ratio of the peak s width on the level of to the value of thepeak s frequency. The loss factor varied in the rangefrom 0.02 to 0.04 for the considered range. The procedure ofcalculationof friction liningeigen-frequencies was realized via finite element modal analysis. Varying the values of Young s modulus and for Poisson s ratio, the least-square method yielded thevalues of 12 GPa and 0.15, respectively. 663Hz 1306 Hz 1803 Hz 2690 Hz min max Fig. 1. The first four measured modes of the friction lining The authors gratefully acknowledge the support of theeuropean Commission, Marie Curie programme, contract no. PIRSES-GA , project Innovative Non-Destructive Testing and Advanced Composite Repair of Pipelines with Volumetric Surface Defects (INNOPIPES). 1. Sergienko V.P. and Bukharov S.N. Noise and Vibration in Friction Systems. Springer Series in Material Science Esgandari M. and Olatunbosun O. Implicit explicit cosimulation of brake noise // Finite Elem. Anal. Des (99), Nashif A.D., Johnes D.I.G., and Hendersen J.P. Vibration damping. John Wiley & Sons

98 период колебаний маятника, с амплитуда колебаний маятника, угл. с ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 2. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТРЕНИЕ КАЧЕНИЯ В ОБЛАСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ СМЕЩЕНИЙ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ НАНОМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ТОЛЩИНЫ И.З. Джилавдари 1, С. Мекид 2, Н.Н. Ризноокая 1, Т.И. Ширяева 1 1 Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь 2 Университет нефти и минералов короля Фадха, Дхахран, Саудовская Аравия Введение Точность приборов, содержащих пары трения качения, существенно зависит от характера зависимости сил трения от перемещения на начальном этапе движения и в точках реверса, ввиду его нелинейности и наличия гистерезиса. Самый начальный этап качения с размером порядка или меньше диаметра пятна упругого контакта, называемый предварительным смещением, остается малоизученным. Существующие стандартные средства не позволяют исследовать трение в данной области с требуемой точностью и чувствительностью. Перспективным методом исследования трения качения в режиме предварительного смещения является измерение зависимости от времени амплитуды и периода свободных качаний маятника, опирающегося на плоскую поверхность двумя шариками [13]. Цель работы состоит в установлении особенностей трения качения на этапе предварительного смещения для покрытий из алюминия на электротехническом кремнии. Результаты и их обсуждение В измерительном устройстве использовался маятник массой 1,256 кг, в опоре которого находились два полированных шарика радиусом 5 мм. Использовались шарики двух типов: из корундового спеченного порошка(al 2 O 3 ) и из силикатного стекла. Таблица 1. Коэффициент сопротивления качению Материал подложки: кремний с покрытием из алюминия Толщина покрытия Без покрытия 20 нм 50 нм 200 нм Коэффициент сопротивления качению [1], 10 7 Материал шарика Стекло Al 2 O 3 4,33 3,28 4,31 3,26 5,00 3,28 4,51 3,22 4,67 3,57 4,95 3,71 4,43 5,08 4,38 4,72 Эксперименты проводились на плоских полированных поверхностях электротехнического кремния с напылением алюминия различной толщиной 20 нм, 50 нм и 200 нм. Нагрузка не превышала предела упругости материалов. Измерения проводились для амплитуд качаний в интервале от 56 до 0,1 угловых секунд в двух точках для каждого образца. Часть результатов измерений приведена в табл. 1 и на рис. 1. Из рис. 1, а следует, что трение качения в режиме предварительного смещения для пары корунд алюминий растет с увеличением толщины покрытия. Вид кривых можно представить как трение, в котором присутстует разрыв адгезионных связей (первая часть), и которое происходит без разрыва адгезионных связей (нижняя часть), где трение имеет характер жидкостного ,1 2,0 1,9 1,8 1,7 200нм 50нм 20нм без покрытия время, с время, с без покрытия нм 50н 200нм Рис. 1. Зависимость амплитуды (а) и периода (б) от времени для пары корунд алюминий. первая точка; -- вторая точка. В зависимости периода от времени основной является практически линейное уменьшение периода. Эту зависимость, по-видимому, можно объяснить влиянием упругих сил адгезии, выполняющих роль дополнительных упругих связей шариков с поверхностью пластин. В докладе обсуждаются результаты экспериментов, а также аналитическая модель, которая позволяет рассчитать момент сопротивления качению, коэффициент сопротивления качению и энергию адгезии на отрыв, а также построить кривые гистерезиса сил трения на пятне контакта. а 1. Джилавдари И.З., Ризноокая Н.Н. Методика и средство измерения малых коэффициентов сопротивления качению маятниковым методом // Метрология и приборостроение. 2010, 4, б 82

100 СЕКЦИЯ 2. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОПОРЫ СКОЛЬЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ МДО-ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ УЗЛОВ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ Р.Е. Волкотруб, М.П. Лобкова, А.А. Глазунова Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, Минск, Беларусь Цель В механизмах космических аппаратов различного назначения с целью минимизации массы достаточно широко используются легкие славы, включая сплавы на основе алюминия. Основной целью исследований являлась оценка возможностей использования МДО-покрытий, сформированных анодно-катодной микродуговой обработкой на основе из алюминиевого сплава, в опорах скольжения подвижных соединений техники для экстремальных условий, включая космическую, эксплуатируемую в открытом вакууме. Материалы и методы В качестве объекта исследований взята пара трения скольжения «МДО-покрытие сталь ШХ15 с поверхностной твердостью HRC 57 63». МДОпокрытие формировалось на промышленном оборудовании ОАО «Планар» анодно-катодной микродуговой обработкой на поверхности диска, изготовленного из алюминиевого сплава АМК (рис. 1). Рис. 1. Диск с МДО-покрытием для проведения испытаний Поверхность МДО-покрытия механически обрабатывалось шлифовкой и полированием. После механической обработки толщина МДО-покрытия составляла мкм. В качестве ответного МДО-покрытию элемента был использован шарик шарикового упорного одинарного подшипника ГОСТ Условная схема испытаний показана на рис. 2. МДО -покрытие Р трения скольжения и со смазкой поверхности МДОпокрытия модифицированным смазочным материалом на основе дисульфида молибдена, компонентный состав которого был подобран с учетом особенностей топографии поверхностного слоя МДОпокрытия. После нанесения этого материала на поверхность МДО-покрытия осуществлялась специальная приработка. В основу методического подхода к проведению исследований было принято проведение сравнительных испытаний, позволяющих установить закономерности влияния нагрузочных и скоростных режимов фрикционного взаимодействия исследуемой пары трения на ее триботехнические параметры. Испытания проводились при стабилизированном на уровне 2 МПа и монотонно возрастающих контактных давлениях при постоянной скорости скольжения 3 м/с. Результаты и их обсуждение Анализ результатов исследований показал следующее: в режиме трения скольжения без смазки приемлемые антифрикционные свойства и работоспособность рассматриваемой пары трения обеспечиваются при относительно небольших контактных давлениях и непродолжительной длительности функционирования, что хорошо согласуется с результатами исследований, вследствие чего использование этой пары трения наиболее рационально в линейных движителях на базе коил-двигателей, работающих в механизмах типа «открытие-закрытие» заслонок; введение в зону контакта модифицированного смазочного материала на основе дисульфида молибдена позволяет обеспечить не только высокий уровень антифрикционных свойств рассматриваемой пары трения, но и, по меньшей мере, на порядок увеличить ее нагрузочную способность, что с учетом повышенной износостойкости позволяет ее использовать в ряде различных поворотных и линейных механизмов и приводных систем, работающих в условиях открытого космоса и наземной технике для экстремальных условий, работающих при повышенных до 200 С и выше и пониженных температурах. Рис. 2. Условная схема испытаний Исследования проводились в режиме сухого 1. Basinyuk V.L. and Mardosevich E.I. Frictional and Mechanical Characteristics of Oxide-Keramic Coatings // Journal of Friction and Wear (24), no. 5,

102 СЕКЦИЯ 2. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ НАНОДИСПЕРСНЫХ ДОБАВОК РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ НА ПРИРАБОТОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ МАСЛА И-40 В.И. Жорник 1, В.А. Кукареко 1, С.А. Ковалева 1, А.В. Ивахник 1, Е.В. Карпинчик 2, Л.И. Южик 2 1 Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, Минск, Беларусь; 2 Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь Цель Исследование влияния различных нанодисперсных добавок в масло И-40 на параметры микрогеометрии поверхности трения в парах трения типа «пластичный-высокопрочный», «высокопрочныйвысокопрочный» и триботехнические свойства смазочных композиций с целью оценки их приработочной способности. Материалы и методы В работе исследовались смазочные композиции с наноразмерными добавками аморфного алюмосиликата ( 2), магнийсиликата ( 3), дисульфида молибдена ( 4), карбида кремния ( 5) и алмазной шихты ША-А ( 6) в сравнении с маслом И-40 без добавок ( 1). В качестве «пластичного» материала использовалась сталь ШХ15 после отпуска (325 HV) и в качестве «высокопрочного» сталь ШХ15 после закалки (800 HV). Триботехнические испытания проводились в режиме граничного трения на автоматизированном трибометре АТВП. Контртело сталь У8 (800 HV). Средняя скорость перемещения 0,1 м/с, путь трения 1800 м, номинальное контактное давление р = 10 МПа. Исследования нагрузочной способности проводились на 4-х шариковой машине трения ЧМТ-1 (ГОСТ ). Анализ геометрических параметров микрорельефа проводился с помощью атомно-силового микроскопа NT-206. Оценивались коэффициент трения f, интенсивность изнашивания I h, параметры шероховатости R a, критическая нагрузка P k нагрузка сваривания P c. Период приработки оценивался по пути трения L по наступлению стабилизации коэффициента трения. Результаты и их обсуждение Результаты триботехнических испытаний показали, что введение добавок магнийсиликата и шихты ША-А в два раза сокращает продолжительность приработки в парах трения «пластичный-высокопрочный», в то время как добавки дисульфида молибдена и карбида кремния не обеспечивают завершения стадии приработки на всем выбранном пути трения (табл. 1). Самые низкие значения коэффициента трения и параметров микрорельефа характерны для добавок шихты ША-А (табл. 1). Таблица 1. Результаты триботехнических испытаний в присутствии различных смазочных композиций пара трения «пластичный высокопрочный» R a,нм f L, м I h ,1 3,3 6, ,7 пара трения «высокопрочный высокопрочный» R a,нм f L, м I h ,32 2,8 1,0 0,44 9,1 0,24 Таблица 2. Результаты исследований нагрузочной способности различных смазочных композиций Показатель Р k, Н Р с, Н В парах трения «высокопрочный-высокопрочный» ускорение периода приработки отмечается в масле с добавками алюмосиликата, SiC, MoS 2 и шихты ША-А, при этом наиболее низкие значения величины линейного износа и коэффициента трения регистрируются при введении добавок дисульфида молибдена и шихты ША-А (табл. 1). Однако добавки шихты ША-А приводят к росту значений параметров микрогеометрии, вероятно, из-за образования крупных абразивных агломератов. Нагрузочную способности масла И-40 наиболее существенно повышают добавки дисульфида молибдена (с 1235 до 1960 Н), а добавки шихты ША-А не оказывают на нее влияния (табл. 2). Таким образом, в парах трения «пластичный высокопрочный» целесообразно использовать в качестве приработочной композиции индустриальное масло с добавками ША-А, а для приработки пары трения «высокопрочный-высокопрочный» индустриальное масло с добавками дисульфида молибдена Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект БРФФИ-ФРНА-2013 Т13АЗ-011). 86

104 СЕКЦИЯ 2. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. АДГЕЗИОННЫЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ТОНКОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МЕДИ М.А. Леванцевич, Н.Н. Максимченко Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Цель Экспериментальная оценка адгезионных и триботехнических свойств покрытий на основе меди, сформированных методом фрикционного плакирования гибким инструментом (ФПГИ) [1 4]. Материалы и методы Объект исследований тонкослойные покрытия из материалов-доноров на основе меди, модифицированной компонентами твердой смазки (графит, дисульфид молибдена), а также ультрадисперсной алмазо-графитовой шихтой (УДАГ), сформированные методом ФПГИ. Для сравнительной оценки триботехнических характеристик покрытий использовали автоматизированный трибометр одностороннего вращения, разработанный и изготовленный в ОИМ НАН Беларуси, работающий по схеме «полусфера диск». Условия испытаний: относительная скорость взаимного перемещения образцов 0,27 м/с, удельное давление 26 МПа (трение без смазочного материала), длительность испытания каждой пары трения 60 мин (путь трения 1000 м). Материал образцадиска сталь 45 (HRC 50 52), чугун СЧ20 (HRC 54 56). Материал полусферы незакаленный чугун СЧ20. Оценку адгезионной прочности покрытий осуществляли методом нормального отрыва, в соответствии с ГОСТ В качестве разрывной машины использовали универсальную гидравлическую испытательную машину Instron Satec 300LX. Результаты и их обсуждение Прочность сцепления с основой и характер разрушения покрытий из материалов-доноров на основе меди, модифицированной графитом и дисульфидом молибдена, в значительной степени зависят от материала основы. Прочность сцепления с основой покрытий, сформированных на образцах из стали 45, составляет МПа, при этом наблюдается как адгезионный, так и смешанный характер разрушения. Прочность сцепления с основой покрытий, сформированных на поверхности из чугуна СЧ20, может достигать 12 МПа, однако разрушение покрытий в этом случае имеет когезионный и смешанный характер. Результаты триботехнических испытаний свидетельствуют о сложном и неоднозначном характере влияния концентрации УДАГ в материале-доноре на антифрикционные свойства покрытий, сформированных из этого материала методом фрикционного плакирования гибким инструментом. С увеличением концентрации УДАГ в покрытии характер изнашивания пары трения меняется. При концентрациях УДАГ до 0,8 мас.% наблюдается снижение износа диска с покрытием при увеличении износа контртела, при этом суммарный весовой износ пары трения снижается, по сравнению с парой трения без покрытия. При концентрациях УДАГ, равных 1 мас.% и выше, наряду с увеличением износа контртела увеличивается и износ диска-образца, что приводит к суммарному повышению износа пары трения. По результатам триботехнических испытаний можно заключить, что для улучшения антифрикционных свойств деталей из закаленного серого чугуна СЧ20 целесообразно использовать покрытие на основе меди, легированной графитом (снижение коэффициента трения в 2,7 3,23 раза, суммарного весового износа пары трения в 4,4 раза, по сравнению с образцом без покрытия). Для деталей из незакаленного серого чугуна СЧ20 предпочтительнее покрытие из меди, модифицированной УДАГ. В этом случае наблюдается снижение коэффициента трения до 1,5 раза, а интенсивности массового изнашивания пары трения до 4 раз. Заключение Проведена количественная оценка адгезионной прочности тонкослойных модифицированных покрытий на основе меди, сформированных методом фрикционного плакирования гибким инструментом. Установлено, что в зависимости от материала основы (сталь 45, чугун СЧ20) прочность сцепления достигает МПа, при этом разрушение покрытия носит адгезионный, когезионный и смешанный характер. На основе анализа результатов триботехнических испытаний определены модифицирующие компоненты, вводимые в состав медного покрытия для снижения коэффициента трения и интенсивности изнашивания трущихся сопряжений. 1. Белевский Л.С. и др. Улучшение служебных характеристик металлических изделий методом фрикционного плакирования / // Станочный парк. 2011, 11, Смирнов О.М., Тулупов С.А. Термокинетический анализ процесса фрикционного плакирования // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2009, 9, Леванцевич М.А. Модель контактного взаимодействия ворса вращающейся металлической щетки с поверхностью при деформационном плакировании // Механика машин, механизмов, материалов. 2014, 2, Максимченко Н.Н. Исследование фрикционного плакирования гибким инструментом с использованием некомпозиционных планов второго порядка // Вестник машиностроения. 2013, 9,

106 СЕКЦИЯ 2. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА ПРИ ЕСТЕСТВЕННО-НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ П.Н. Петрова 1, А.Л. Федоров 2, С.В. Васильев 2, А.И. Герасимов 1, Р.С. Тихонов 1 1 Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия. 2 Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова, Якутск, Россия Введение. Проведение испытаний в условиях естественно-низких температур дает неоспоримые преимущества в том отношении, что условия окружающей среды при подобных испытаниях являются наиболее приближенными к условиям, при которых подразумевается эксплуатация рабочих деталей из исследованных материалов. Множество исследований посвящено изучению механизмов изнашивания политетрафторэтилена (ПТФЭ) и композитов на его основе при комнатной температуре [1 3]. Рядом исследователей в интересах аэрокосмической промышленности проведены испытания при криогенных температурах (температуры жидкого азота, гелия) [4, 5]. И только единичные работы [6] посвящены изучению механизмов трения ПТФЭ или его композитов при низких температурах, которые имеют место быть в Северных широтах в зимний период, при этом практически нет работ, в которых исследователям не приходилось бы искусственно создавать условия окружающей среды. С целью получения данных о триботехнических свойствах ПТФЭ при низких температурах проведены испытания образцов ПТФЭ при естественно-низких температурах окружающего воздуха. Материалы и методы. В качестве образцов использованы втулки из ПТФЭ. Для одновременного испытания 4-х образцов использован стенд (рис. 1). Стенд установлен вне помещения и соединен через муфту с валом машины трения СМЦ-2, находящейся внутри помещения. Материал вала сталь 45Х. При диаметре вала 25 мм скорость скольжения равна 0,39 м/с. Продолжительность испытания 3 часа. Нагрузка на каждый образец примерно 110 Н. Значения момента трения фиксировали с помощью электронного самописца Термодат-25Е1. Температуру на границе образец-контртело измеряли тепловизором NEC TH7102WV. Производили 4 5 съемок с разных ракурсов и усредняли полученные значения температур. Результаты и их обсуждение. Показано, что ПТФЭ в условиях низких температур демонстрирует повышенный износ (рис. 2). Трение при низкой температуре, также как и трение при температуре 0 С, сопровождается несколько повышенными значениями коэффициента трения (рис. 3). Зависимость температуры на границе трения образец-контртело от температуры окружающей среды прямая, т.е. чем ниже температура окружающей среды, тем ниже температура на границе трения. При температурах окружающей среды 41, 0 и 23 С, температуры в зоне трения равны 61,5, 91,9 и 152,7 С соответственно. Рис. 1. Стенд для триботехнических испытаний: 1 вал; 2 образцы; 3 гири Рис. 2. Скорости массового изнашивания в зависимости от температуры окружающей среды Рис. 3. Значения коэффициента трения в зависимости от температуры окружающей среды Таким образом, разработан стенд и методика проведения триботехнических испытаний полимеров и композитов при естественно-низких температурах, позволяющие сократить время и получить более достоверные данные за счет проведения исследований нескольких образцов одного состава в одинаковых условиях. На разработанную полезную модель получен патент РФ. Работа выполнена при финансовой поддержке ГЗ /К МОН РФ. 1. Shen J. T., et al. Structural Changes in Polytetrafluoroethylene Molecular Chains upon Sliding against Steel // J. Mater. Sci (49), Khedkar J., et al. Sliding Wear behavior of PTFE Composites // Wear (252), Shi-Quan Lai, et al. A Study on the Friction and Wear behavior of PTFE Filled with Acid Treated Nano-Attapulgite // Macromol. Mater Eng (289), Theiler G., et al. Friction and Wear of PTFE Composites at Cryogenic Temperatures // Tribol. Int (35), McCook N.L. Cryogenic Friction behavior of PTFE Based Solid Lubricant Composites // Tribol. Lett (20), Okhlopkova A.A., et al. Nanoceramic and Polytetrafluoroethylene Polymer Composites for Mechanical Seal Application at Low Temperature // Bull. Korean Chem. Soc (34),

108 СЕКЦИЯ 2. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ НА ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАР ТРЕНИЯ БРАЖ9-4 СТАЛЬ Х12М И БРАЖ9-4 СТАЛЬ 35ХГСА, СТАЛЬ 40Х С НАУГЛЕРОЖЕННЫМИ СЛОЯМИ Н.Н. Степанкин 1, Е.П. Поздняков 1, В.Г. Кудрицкий 2 1 Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого, Гомель, Беларусь; 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Цель В работе исследовано влияние диффузионного насыщения экономнолегированных сталей 35ХГСА и 40Х на их износоустойчивость в условиях трения скольжения возникающего при эксплуатации деталей гидравлических машин. Для указанных сталей и материала прототипа стали Х12М проведен сравнительный анализ зависимостей изнашивания и сформулированы рекомендации по упрочнению дисков опорных и дисков распределительных гидравлических насосов при их изготовлении из экономнолегированных сталей. Материалы и методы Объектами исследований являлись инструментальная сталь Х12М и экономнолегированные конструкционные стали 35ХГСА и 40Х. Для повышение износоустойчивости экономнолегированных сталей их поверхность упрочняли посредством цементации на глубину 0,8 и 1,2 мм, а также последующей закалкой и отпуском. Испытание проводили на установке, обеспечивающей одновременное скольжение двух цилиндрических образцов по поверхности дискового контртела [1]. Образцы прижимали к противоположным поверхностям контртела с одинаковым усилием. Для моделирования пары трения пятник диск опорный аксиально-поршневого насоса А1-56/25 (производство ОАО «Гидропривод»), граничные условия по выбору смазочного материала, контактной нагрузке и скорости скольжения выбирали идентичными указанной гидравлической машине. Для всех испытанных образцов контактное давление на поверхности трения составляло 7МПа, скорость скольжения 7,6 м/с. Износ образцов регистрировали путем замера потери массы образцов в зависимости от периода наработки в часах. Материал контртела БрАЖ9-4, соответствовал материалу пятников плунжеров аксиально-поршневого насоса. Результаты и их обсуждение Приработка поверхности образцов всех исследованных партий сопровождалась повышенной интенсивностью износа с колебанием коэффициента трения в диапазоне 0,2 0,12. Его скачкообразные изменения зарегистрированы как в моменты повторных пусков, так и при непрерывном испытании. Карбидная фаза и металлическая матрица стали Х12М изнашиваются с разной интенсивностью. Поверхность трения образцов становится рельефной. Карбидные включения выступают над металлической матрицей. Отмечена также деформация крупных продолговатых включений, которая сопровождалась поворотом продольной оси частиц под углом 45 градусов к направлению действия вектора окружной скорости. Отмечено, что разрозненные включения не инициируют массоперенос материала контртела на поверхность трения образцов. Испытания образцов из сталей 35ХГСА и 40Х, упрочненных посредством цементации с последующей закалкой и низким отпуском показали, что морфология поверхностного слоя, отличающегося выраженным заэвтектоидным строением оказывает существенное влияние на условия контактного взаимодействия материала образцов и контртела. По аналогии с высоколегированной сталью Х12М, карбидные включения являются фазами, которые изнашиваются с меньшей интенсивностью, чем металлическая матрица. Это в большей степени проявляется при испытании стали 40Х. Границы зерен образующие сплошную карбидную сетку, выступают над поверхностью матрицы и являются очагами формирования объемов медного сплава. Его перенос с поверхности контртела сопровождается многократными скачками коэффициента трения. Износ поверхности образцов из сталей 40Х и Х12М проходит по близким по интенсивности зависимостям. Науглероженная поверхность образцов из стали 35ХГСА не имеет сплошной карбидной сетки и после приработки характеризуется более высокой износостойкостью стали 40Х и Х12М. По результатам исследований сформулированы рекомендации по замене материала дисков опорных и дисков распределительных гидравлических насосов А1-56/25, А1-112/25, А2-28/25, выпускаемых ОАО «ГИДРОПРИВОД». Апробирована и внедрена в производственный процесс технология науглероживания указанных деталей из стали 35ХГСА взамен стали Х12М. 1. Устройство для испытания образцов на износостойкость: Пат. РБ на полезную модель МПК (11) G 01 N 3/56 / И.Н. Степанкин, Е.П. Поздняков, И.А. Панкратов, Ю.Д. Новик, Д.И. Белый. u // Афiцыйны бюлетэнь / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. 2015, 1 (102),

110 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. К ВОПРОСУ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ В.И. Бахшалиев, И.А. Исмаил Азербайджанский технический университет, Баку, Азербайджан, Проблема повышения долговечности и прочности узлов и деталей поршневых машин (ПМ), применяемых в нефтепромысловой отрасли при одновременном снижении их металлоемкости, инерционных нагрузок, вибро-шумовых характеристик, увеличение триботехнических свойств является актуальной [1, 2]. Расчет подшипника скольжения с жидкостным трением приводят одновременно с тепловым расчетом, т.е. расчетом на недопустимость чрезмерного нагревания [3]. На рис. 1 показана положение шейки вала во вкладышекоренного подшипника ПМ. Примем центро вкладыша за начало полярной системы координат r иθ. Рис. Схемаподшипникаскольжения Как известно, шейка вала под действием внешней нагрузки Q относительно вкладыша подшипника занимает эксцентричное положение с эксцентриситетом е, равном отклонению центра О 1 шейки вала от центра О подшипника. Здесь обозначены θ и r координаты частицы масла в полярной системе, радиус шейки вала и вкладыша подшипника соответственно через а и r B = а + δ, v θ иv r проекции скорости частицы масла соответственно в поперечной и радиальной направлении [4]. Для составления уравнения теплового баланса рассмотрим температурный режим подшипника скольжения ПК по температуре нагрева масляного слоя в рабочей зоне. Как известно, образовавшаяся в подшипнике теплота отводится маслом, протекающим через подшипник, и путем теплоотдачи через корпус подшипника и вал. С учетомнагрузочной способности Q, найденное в работе [5], нами выведена формула для теплового расчета подшипника скольжения ПМ: где t M и [t M ] действительный и допускаемый средние температуры нагрева смазки в рабочей зоне подшипника, t bx температура при входе в подшипник, a 0, a 1, a 2, C 1 уточненные коэффициенты, определяющие кинематические, динамические и тепловые характеристики гидродинамического условия подшипника. Анализ результатов приведены на базе компрессора 505 ВП 20/18 и 405 ГП15/70, гденагрузочная способность коренного подшипника Q = Н, материал вкладыша бронза марки Бр.ОЦС Для подшипника назначается индустриальное масло И- 50А, динамическая вязкость масла µ = 0,00016 Па с, удельная теплоемкость с = 1, Дж/(кг С), плотность масла ρ = 900 кг/м 3, коэффициент теплопередачи к = 16 Вт/м 2 С, коэффициент трения f = 0,001. Окружная скорость цапфы вала u = 4 м/сек. Ориентируясь на конструкцию подшипника, площадь его поверхности А = 0,035 м 2. Объем масла, протекающего через подшипник в единицу времени V = 13/10 7 m 2. Температура нагрева смазки на входе в рабочую зону подшипника t bx = 30 C. На основе этих данных определены температуры нагрева смазки в рабочей зоне подшипника t M = 70 C. Для улучшения температурного режима при расчете подшипников скольжения с жидкостным трением, следует выбирать для смазки масло с большей динамической вязкостью и назначить для рабочих поверхностей цапфы и вкладыша подшипника меньше шероховатости. Выведено аналитическое выражение для теплового расчета подшипника скольжения на основе гидродинамической теории смазки. Результаты исследований могут быть использованы при расчете и эксплуатации коренного подшипника скольжения поршневой машины с достаточной точностью и достоверностью. 1. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука Bakhshaliev V.I. Mechanics of Piston Machines. Saarbrucken, Berlin: LAP Lambert Academic Publishing Rangwala A.S. Reciprocating Machinery Dynamics. New Age International Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. ч.2. М.: Гос. изд-во физико-мат. лит Бахшалиев В.И. Определение температурного режима подшипника скольжения с жидкостным трением // Трение и износ (28), 3,

112 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ТРИБОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЕНОК ФРИКЦИОННОГО ПЕРЕНОСА А.Н. Карапетян, К.В. Оганесян, В.В. Сароян Государственный инженерный университет, Ереван, Армения; Цель Создание несмазываемых узлов трения с большим эксплуатационным ресурсом работы и минимальными потерями на износ, а такжеглубокое изучение динамики развития пленок фрикционного переноса (ФП)позволяют повышать долговечность узлов трения машин, управлять их триботехническими показателями [1 4].Настоящая работапосвящена исследованию трибохимических и физико-механических процессов, способствующих формированию в условиях отсутствия смазки пленок ФП, а также выявлению механизмаих формирования и количественнойоценки перенесенных слоев в металлополимерной трибосистеме. Материалы и методы Композиты на основе сополимера формальдегида с диоксоланом(сфд) были наполнены механически активированными минеральными наполнителями (травертином и бентонитом).композиционные материалы были получены смешиванием порошка полимерной матрицы с порошком наполнителей в высокоскоростном смесителе. Образцы были получены методом литья под давлением при температуре 220 С и давлении 90 МПа. Содержание наполнителя колебалось в пределах мас.ч. Полимерные образцы изготовлялись в виде цилиндров мм, а контртелами служили ролики мм из стали 45 с твердостью HRC и шероховатостью поверхности R a = 1.25 мкм. Триботехнические испытания проводились на машине трения СМТ-1, анализ поверхностных пленок ФП, образующихся на стальном контртеле осуществлялся вторично-ионным масс-спектрометром МС 7201М, а микротвердость образцов определялась на приборе ПМТ-3. Результаты и их обсуждение Методом планирования многофакторного эксперимента осуществляли оптимизацию рецептурного состава композитов, обеспечивающей получение антифрикционного самосмазывающегоматериала с минимальной интенсивностью изнашивания и минимальным коэффициентом трения. Механизм формирования пленок ФП рассматривался с позиций физико-химической механики контактного взаимодействия: пластической деформации, диффузионных процессов, адгезионно-когезионного межмолекулярного взаимодействия, деполимеризации основной цепи полимера, трибоэлектризации поверхностных слоев. Предложенная модель позволила на основе экспериментальных данных рассчитать толщину пленки ФП, долговечность которой обеспечивает процесс самосмазыванияметаллополимерного узла трения. Установлено, что трибохимические процессы заметно изменяют физико-механические свойства поверхностных слоев как исходного полимера, так и композиций на его основе. В отличие от ненаполненного СФД в композитах формируется структура с повышенной микротвердостью, а следовательно, высокой износостойкостью. Анализ состояния поверхностных слоев вторич-ноионным масс-спектрометром указал: на увеличение в раза интенсивно-сти выделения концевых групп, формирующих пленку ФП, на поверхностях трения с наполненны-ми композитами по сравнению с другими антифрикционными материалами; снижение интенсивности выделений фрагментов основной цепи у композитов, свидетельствующее об уменьшении скорости трибодеструкции и повышении их износостойкости; наличие основных элементов минеральных наполнителей (травертина и бентонита), приводящее к увеличению толщины перенесенного слоя и поверхностной плотности. Заключение Фазовые и физико-химические превращения, протекающие в зонеметаллополимерноготрибоконтакта, оказывают существенное влияние на физикомеханические и трибохимическиесвойства поверхностных слоев композитов, способствуя формированиюперенесенных слоев с повышенной износостойкостью и прочностью.разработка расчетной методики оценки толщины пленок ФП и оптимизирование состава компонентов композиционных материалов позволяет осуществить обоснованный выбор трибоматериалов в условиях трения без смазки и прогнозировать их работоспособность и износостойкость. 1. Свириденок А.И. Роль фрикционного переносав меха-низмесамосмазывания композиционных материалов // Трение и износ (8), 5, Трибология: Исследования и приложения. Опыт США и стран СНГ / Под ред. В.А. Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. М.: Машиностроение Pogosian A., Bahadur S., Hovhannisyan K. and Karapetyan A. Investigation of the tribochemical and Physico-mecha-nical Processes in Sliding of Mineral-filled formaldehyde Copolymer Composites Against Steel // Wear (260), Pogosian A., Hovhannisyan K.and Isajanyan A. Polymer Friction Transfer (FT) // Encyclopedia of Tribology. N. Y.: Springer Scie. 2013,

114 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ СТАЛЕЙ ПРИ ТРЕНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ СО СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛОМ П.И. Маленко, К.Д. Релмасира, А.Ю. Леонов Тульский государственный университет, Тула, Россия; В результате проведенных исследований установлено, что в процессе трения в контактирующих поверхностных слоях сталей формируются вторичные структуры (ВС), фазовый состав которых отличается от исходного состава и определяет эксплуатационные (адгезионные) свойства пар трения. Эксперименты по определению фазового состава ВС на рабочих поверхностях деталей запорных агрегатов стрелково-пушечного вооружения, работающих в условиях ресурсного смазывания и изготовленных из никотрированной теплостойкой стали 25Х3М3НБЦА методом рентгеноструктурного анализа показали, что фазовые превращения в поверхностных слоях имеют свои особенности [1]. Морфология контактирующих поверхностей в виде суб- и микрошероховатостей в результате действия рабочих давлений и скоростей трения определяет возникновение пульсирующих температур, характеризующихся следующими параметрами: темпом тепловвода dt/dτ = К/с; скоростью тепловвода U = /с, плотностью мощности теплового потока W = Вт/см 2 [2]. Полученные данные позволяют говорить о существовании термических ударов, инициированных на площадках контакта микронеровностей температурой трения. Можно выделить два подхода при теоретическом описании термического удара и реакции среды на удар: в континуальном приближении (среда предполагается сплошной) и дискретном (среда рассматривается на уровне кристаллической решетки). Континуальный подход представлен в работе [3]. Происходит увеличение термоупругих напряжений в нагретой области и быстрый рост давления Р. Величину давления можно определить по формуле. (1) Дискретный подход, учитывающий кристаллическое строение стали, предполагает, что в результате действия термического удара в среде возникают ударные волны расширения-сжатия с образованием отрицательного давления и с амплитудой, пропорциональной плотности мощности теплового потока W [4]. Давление от термического удара целесообразно определять по зависимости ~, (2) где с и ρ соответственно теплоемкость и плотность стали, Т 1 Т 0 диапазон исследуемых температур, Г параметр Грюнайзена (таблица). Таблица. Значения давления Р в поверхностном слоев континуальном и дискретном приближении Континуальный подход Дискретный подход сжатие растяжение Тип контакта Микрошероховатость Субшероховатость T, C Р, ГПа 6 8,9 11,8 14,7 Р, ГПа 6 8,9 11,8 14,7 Т, С Параметр 8 Г Р, ГПа 5,4 8,1 10,8 13,8 Полученные результаты позволяют, в частности, выявить причину полиморфных превращений α γ в теплостойких сталях и объяснить характер изменений значений рентгеновских пиков для фаз в различных температурных зонах, определенных с помощью рентгеноструктурного анализа (рис. 1) [3]. Рис. 1. Характер изменения значений Jp рентгеновских пиков для фаз в различных температурных зонах при трении: 1 α-fe; 2 γ-fe; 3 -Fe 1. Маленко П. И., Зеленко В. К., Левин Д. М. Температурные поля и эксплуатационные свойства пар трения скольжения со смазочным материалом. М.: Машиностроение Malenko P. I. Temperatures at Discrete Surfaces with Submicroscopic Roughness in Lubricated Slipping Friction // Russian Engineering Research (31), 7, Бекренев А. Н., Камашев А. В. О фазовых превращениях в сталях при быстром нагреве // Письма в ЖТФ (19), вып. 22, Особенности процесса динамического разрушения металлов при воздействии теплового удара, вызываемого импульсами проникающих излучений и мощных импульсов лазерного излучения /Учаев А. Я., Пунин В. Т., Моровов А. П. и др. // VII Забабахинские научные чтения. Снежинск. 2003,

116 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ЧИСЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НАПРЯЖЕНИЙ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ОБЪЁМНОМ ТЕЛЕ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КОНТАКТУ «ШИНА ОСНОВАНИЕ» В.В. Можаровский, Д.С. Кузьменков Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, Гомель, Беларусь; Постановка задачи Задача определения напряжений и перемещений в объемном теле заданной формы при переменных областях контакта и дискретном действующем давлении является достаточно актуальной в настоящее время. Например, одной из таких задач является задача моделирования работы системы «массивная шина дорожное покрытие» [1,2]. Рассмотрим алгоритм решения граничных задач, моделирующих определение напряжений и перемещений в объемном теле заданной формы при заданных областях контакта и действующем давлении. Для реализации решения данной задачи используем известные аналитические подходы, которые определяют напряженное состояние сред сопряжения. Пусть на границу упругого полупространства > 0 действует нормальная нагрузка, распределенная по площадке с плотностью приложенная в точке и направленная вдоль оси. Необходимо определить перемещения и напряжения в упругом полубесконечном теле. Исходя от выбранного основания контакта (слоистое, изотропное, анизотропное, функционально-градиентное и т.п.) выбираем теоретические зависимости, определяющие напряжения и перемещения в среде. Например, построим расчет для изотропного основания. Методы исследования Основываясь на проведенных экспериментальных (или численных) исследованиях, определяется зона контакта и распределение давления в контакте. Далее, по созданному алгоритму, находим напряженно-деформированное состояние контактирующих тел. Разработан алгоритм и создана программа, реализующая определение напряжений и перемещений в объемном теле, заданной формы (например, в системе «массивная шина дорожное покрытие») в зависимости от материала среды и ее упругих свойств, и действующего механического воздействия. Для решения задачи был использован и успешно запрограммирован метод конечных элементов. Применялись прямоугольные конечные элементы (МКЭ). Разработанная программа позволяет находить напряженно-деформированное состояние (НДС) в упругом теле при изменении зон контакта и действующего давления во времени. Метод основан на считывании цвета в зоне контакта (каждому давлению в точке соответствует свой цвет). Так, экспериментально полученные результаты можно обработать и получить картину изменения НДС. Эта процедура была ранее протестирована. В программе также предусмотрена возможность просмотра и изменения значений давления, соответствующих определенным цветам. Рис.1. Схема расчета при действии нагрузки (шины колеса) на основание. а численный расчет [1]; б программная реализация; в эксперимент в черно-белом свете [2] Полученные результаты Разработанный программный пакет расчета позволяет строить объемные графики напряжений и перемещений, как на поверхности основания (см. рис. 1), так и внутри его, а также изменения компонент напряжений или перемещений с течением времени. Подобные результаты представлены в работе [3]. В перспективе исследования будут касаться построения методик определения напряженного и деформированного состояния покрытий дорог, механические свойства которых изменяются по глубине. 1. Рыжов С.А., Ильин К.А., Варюхин А.Н. Проектирование шин с использованием программного комплекса ABAQUS // САПР и графика. 2006, 1, Можаровский В.В. и др. Анализ контактного взаимодействия автомобильной шины с колесным диском и дорожным покрытием // Доклады Белорусского конгресса по механике: сб. научн. тр. Минск. 2007, Wang, H. H. and Al-Qadi I.L. Combined Effect of Moving Wheel Loading and Three-Dimensional Contact Stresses on Perpetual Pavement Responses / // Transportation Research Record (2095),

118 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ЗАРЯДОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТРЕНИЯ К.В. Пантелеев, В.А. Микитевич, А.Л. Жарин Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь; Введение. В работе рассмотрены принципы измерения работы выхода электрона (РВЭ) по контактной разности потенциалов (КРП) и экспериментально обоснована возможность их применения для оценки и контроля состояния поверхности металлов и сплавов, работающих при трении. Разработаны методики и приведены примеры их применения для определения РВЭ при износоусталостных испытаниях трибоматериалов с применением метода вибрирующего зонда КРП (метод Кельвина-Зисмана) и разработанного в НИЛ полупроводниковой техники БНТУ метода невибрирующего зонда КРП (НВКРП). Показано, что исследование топологии РВЭ непосредственно в процессе трения позволяет определить режимы трения, изучать эволюцию дислокационной подсистемы, выявлять зарождающиеся очаги разрушения на локальных микронеровностях поверхности трения. время, мин Л63; 2 Бр.АЖ9-4; 3 Бр.ОФ6,5-0,15; 4 М3; 5 12Х18Н10Т а б в Рис. 1. Мониторинг РВЭ поверхности трения с помощью зондов КРП (а, б) и НВКРП (в) Цель Отработка лабораторного метода мониторинга работы выхода электрона поверхности при износоусталостных испытаниях. Приборы и методы Трибологические испытания осуществлялись на торцевой машине трения типа АЕ-5, оснащенной датчиками момента трения, температуры и РВЭ. Для измерения РВЭ наиболее широко применяется метод вибрирующего зонда Кельвина-Зисмана [1]. В нем контролируемая поверхность и вибрирующий эталонный электрод формируют обкладки плоского конденсатора переменной емкости. В следствии различия РВЭ материалов между пластинами конденсатора возникает КРП. С помощью внешнего источника на конденсатор подается напряжение компенсации U comp равное КРП. В НИЛ ПТ БНТУ разработан метод невибрирующего конденсатора (НВКРП) [2]. В нем эталонный электрод и исследуемая поверхность также формируют обкладки плоского конденсатора, однако зонд не вибрирует, а перемещается относительно исследуемой поверхности. Данный метод позволяет исследовать процессы трения по топологии РВЭ. Результаты и их обсуждение Мониторинг РВЭ поверхности трения осуществлялся по трем методикам: 1) регистрация усредненного интегрального значения КРП за некоторый определенный промежуток времени (число оборотов). Такая схема регистрации позволила проследить изменения РВЭ в процессе длительных испытаний (рис. 1, а). 2) регистрация сигнала с различных датчиков (момента трения, температуры, и РВЭ) в одной точке трущейся поверхности (рис. 1, б). Здесь необходим модуль, обеспечивающий синхронизация отсчетов с положением образца. 3) регистрация распределения потенциала по дорожке трения или по локальной макрообласти (рис. 1, в). Здесь также необходим модуль синхронизации отсчетов с положением образца. Данная схема может быть реализована только с использованием НВКРП. Заключение Методами КРП и НВКРП выполнен мониторинг РВЭ поверхности трения. Исследования позволили получить ряд новых результатов: в зависимости от приложенной нагрузки изменения РВЭ позволяют выявлять наличие критических точек, характеризующих переходы от одного вида фрикционного взаимодействия к другому; метод НВКРП позволяет проследить кинетику разрушения микрообъемов и выявить очаги потенциального разрушения до наступления внешних признаков потери работоспособности материала. 1. Zharin A.L. Contact Potential Deference Techniques as Probing Tools in Tribology and Surface Mapping // Scaning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology (ed. by B. Bhushan). Dordrecht, London, New York: Springer Heidelberg

120 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ НА РЕЗИНОВОЙ ПОДЛОЖКЕ Д.А. Полонянкин 1, Е.П. Целых 2, Вал.И. Суриков 1, Вад.И. Суриков 1, И.В. Николаев 1 1 Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия; 2 Омский ФГУП «НПП «Прогресс», г. Омск, Россия Цель Истирание резин и полимеров представляет собой сложный процесс, зависящий от комбинации механических, механохимических и термохимических воздействий. Большинство марок резин характеризуются высокими коэффициентами трения, способностью к залипанию, недостаточной износостойкостью в узлах трения и герметизации [1]. Одним из подходов создания конкурентно способной продукции с высокими эксплуатационными свойствами является подход, основанный на поверхностном модифицировании резин путем нанесения покрытий различными материалами. Материалы и методы В данной работе объектами исследования являлись резина на основе каучуков бутадиеннитрильного БНКС-28 АМН и хлоропренового Денка PS-40A, а также резина, модифицированная молибденом путем нанесения покрытия методом магнетронного напыления на установке ADVAVAC VSM-200. Изучение структуры покрытий осуществляли методом сканирующей электронной микроскопии на установке JEOL JSM 6610-LV. Исследование свойств профиля поверхности образцов реализовали с помощью модульной программы Gwyddion. Изучение триботехнических свойств резин проводили на установке типа МИ-2.в соответствии с ГОСТ Результаты и их обсуждение С целью изучения особенностей структуры поверхностного слоя образцов проведены микроскопические исследования. Получены микрофотографии поверхностей исходной резины и модифицированной резины молибденом при различном времени напыления [2]. Структура покрытий образцов для разного времени напыления существенно отличается. При времени напыления 30 мин. наблюдается мелкозернистая структуры и мелкие кластерные образования. С увеличением времени напыления отмечается образование более крупных зерен и кластеров размером от несколько сотен до тысяч нанометров. С целью установления влияния состояния поверхности покрытия на триботехнические характеристики пары трения «модифицированная резина сталь» были определены параметры шероховатости поверхности покрытия. На рис. 1 представлена зависимость параметра Ra (средняя шероховатость) от времени напыления. Рис. 1. Зависимость средней шероховатости покрытия молибденом на резиновой подложке от времени напыления На рис. 2 показана зависимость объемного износа (истирания) и коэффициента трения по стали от толщины напыления (времени напыления). Рис. 2. Зависимость объемного износа истираемости (сплошная линия) и коэффициента трения (пунктирная линия) от времени напыления Как следует из рисунков, наблюдается согласие зависимости параметра Ra и объемного износа для пары трения «модифицированная резина сталь» от времени (толщины) напыления [3]. 1. Мур Д. Трение и смазка эластомеров / Пер. с анг. канд. хим. наук Г. И. Бродского М.: Химия Целых Е.П. Роль некоторых технологических факторов при формировании нанопокрытий резины методом магнетронного напыления // Научное обозрение. 2015, 1, Целых Е.П., Полонянкин Д.А., Рогачев Е.А., Суриков В.И. Улучшение триботехнических свойств резин путем поверхностного модифицирования тугоплавкими металлами // Омский научный вестник (137), 1,

122 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ФРИКЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЛАДКОГО ИНДЕНТОРА И ВЯЗКОУПРУГОГО ПОЛУПРОСТРАНСТВА: КОНТАКТНЫЕ И ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ Ф.И. Степанов, И.Г. Горячева, Е.В. Торская Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Москва, Россия; Несовершенная упругость материалов взаимодействующих тел приводит к гистерезисным потерям при их деформировании, что, в частности, является причиной возникновения силы сопротивления скольжению и качению. В [1] построено решение пространственной задачи о скольжении штампа по границе вязкоупругого тела под действием только нормальной нагрузки. В [2] предложен численноаналитический метод решения пространственной контактной задачи с силами трения, подчиняющимися закону Кулона-Амонтона, для гладкого штампа, скользящего с постоянной скоростью по границе вязкоупругого полупространства (квазистатическая постановка). Решение основано на построении функции Грина для вязкоупругого полупространства (аналога функции Буссинеска) при скольжении сосредоточенной силы. Контактная задача решается методом граничных элементов, при решении используется итерационная процедура. Результаты расчета для сферического индентора показали, что область контакта расположена асимметрично по отношению к оси симметрии индентора и смещена по направлению движения; на степень асимметрии существенное влияние оказывает скорость скольжения. Пример распределения контактного давления приведен на рис.1. Максвелла. Одним из преимуществ подхода, предложенного в [1,2] и использованного в данной работе, является возможность использовать аналог решения задач Буссинеска и Черутти в той же форме, что и для упругого полупространтва [4], поскольку постановка задачи предполагает постоянное значение коэффициента Пуассона единственной константы, характеризующей свойства материала, от величины которой зависят напряжения. Рис. 1. Распределение сжимающих-растягивающих напряжений на поверхности. О центр штампа, С точка максимального сжатия, Т точка максимального растяжения На рис. 2 приведены напряжения, соответствующие распределению давления, приведенному на рис. 1. Характерным является значительный перепад напряжений вблизи границы области контакта между точками С и Т. Проведены расчеты растягивающих-сжимающих и максимальных касательных напряжений, возникающих для фрикционного контакта и контакта без трения. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант ). Рис. 1. Распределения контактного давления под сферическим штампом (контакт без трения) Асимметрия распределения контактного давления приводит к появлению момента сил, определяющих гистерезисные потери в материале. Для подобных материалов важно также определить распределения напряжений, возникающих при контакте, для сравнения их значений с прочностными свойствами. Некоторые результаты расчета напряжений приведены в [3], где реологические свойства материала учтены с помощью обобщенной модели 1. Александров В. М., Горячева И. Г., Торская Е. В. Пространственная задача о движении гладкого штампа по вязкоупругому полупространству // Доклады академии наук (430), 4, Горячева И.Г., Степанов Ф.И., Торская Е.В. Скольжение гладкого индентора по вязкоупругому полупространству при наличии трения // Прикладная математика и механика (32), 4, Koumi K. E., Chaise T., and Nelias D. Rolling Contact of a Rigid Sphere/Sliding of a Spherical Indenter Upon a Viscoelastic Half-Space Containing an Ellipsoidal Inhomogeneity // Journal of the Mechanics and Physics of Solids (80), Джонсон К. Механика контактного взаимодействия М.: Мир

124 СЕКЦИЯ 2. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. К ОЦЕНКЕ ИЗНОСА ВИНТОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ С ТВЕРДОСМАЗОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ О.В. Сутягин, В.В. Мешков, С.В. Мединцев Тверской государственный технический университет, Тверь, Россия Дифференцированное изучение разных механизмов изнашивания является идеализацией и абсолютизацией отдельных реальных процессов различной природы, которые могут одновременно происходить на поверхностях трения [1]. Поэтому при инженерных расчётах деталей машин на износ часто ограничиваются назначением допустимых контактных давлений, определяемых из практики [2]. Целью данной работы является исследование влияния твёрдосмазочных покрытий (ТСП) на распределение контактных давлений в витках винтовых сопряжений и их корреляция с результатами модельных испытаний на износ. Уравнение осевой нагрузки F i (рис. 1), воспринимаемой i-м витком винтового сопряжения, можно выразить в виде:, (1) где угол профиля, q k средние контактные давления, S номинальная площадь контакта i-го витка. Рис. 1. Расчетная схема На основании (1) можно показать, что средние контактные давления определяются в виде:, (2) где h номинальная высота профиля винтового сопряжения, d 2 средний диаметр резьбы. Распределение нагрузки по виткам винтовой пары неравномерно. Поэтому при расчетах в качестве F i, будем принимать значение, которое соответствует максимальной нагрузке формирующейся на первом витке. Уравнения совместности перемещений и условие равновесия для рассматриваемой задачи можно представить в виде:,, (3) где F осевая нагрузка, воспринимаемая винтовым сопряжением; F i осевая нагрузка, воспринимаемая i-м витком винтового сопряжения; n число витков гайки; a i контактная деформация ТСП, нанесённого на поверхность винта шероховатой поверхностью гайки на i-м витке; удлинение тела винта между i-м и i+1 витками; укорочение тела гайки между i-м и i+1 витками; P шаг резьбы; модули упругости материалов винта и гайки; A в, A г минимальные площади поперечного сечения винта и гайки. Для решения системы уравнений (3) необходимо знать контактные деформации, возникающие при внедрении шероховатой поверхности в поверхность, имеющую ТСП. Отметим, что в зависимости от возникающих нагрузок, температуры окружающей среды, толщины, физико-механических свойств покрытия и качества шероховатой поверхности, определяемого параметрами её микрогеометрии, вид этих деформаций может быть упругим, упругопластическим или пластическим. В работе [3] предложены аналитические соотношения для расчёта контактных деформаций шероховатых поверхностей с ТСП, при различных видах его деформирования. Они были использованы при решении нелинейной системы уравнений (3) с использованием программы Mathcad. Были проведены численные исследования для различных ТСП, параметров микрогеометрии контактирующих поверхностей, действующих нагрузок. При этом в расчётах использовались геометрические размеры и нагрузки реальных винтовых сопряжений. Показано доминирующее влияние шероховатости поверхности гайки и физико-механических свойств ТСП на распределение нагрузок между витками и соответствующих им контактных давлений в винтовых сопряжениях имеющих ТСП. Проведённые экспериментальные исследования на модели трибосопряжения винт гайка позволили определить диапазон оптимальной шероховатости для элементарных трибосопряжений данного класса. 1. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. М.: Машиностроение Сутягин О.В., Болотов А.Н., Васильев М.В. Контакт шероховатых тел с твёрдосмазочными покрытиями. Тверь: Тверской государственный технический университет

126 СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ Секция 3 Технологии и применение полимерных и композиционных материалов МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ И ТРИБОЛОГИЯ (ПОЛИКОМТРИБ-2015) июня 2015 г., Гомель, Беларусь

128 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В.В. Рубаник, В.Ф. Луцко, С.Н. Шрубиков, О.С. Попова, Д.Д. Шурмелевич Институт технической акустики НАН Беларуси, Витебск, Беларусь; Среди методов соединения термопластичных полимеров благодаря быстроте процесса, легкости автоматизации, экологической безопасности, гарантии качества и высокой эффективности производства наиболее широкое распространение получила ультразвуковая сварка. Новые достижения в разработке высокоэффективных пьезоэлектрических материалов и усовершенствования ультразвуковых источников питания сделали эту тенденцию еще более очевидной. В некоторых случаях, ультразвуковая сварка может использоваться для соединения несходных полимерных материалов, если разность их температур плавления находится в пределах 30 С, а их композиция совместима. Более того, некоторые из термопластов, например полистирол, лавсан и другие, свариваются только ультразвуком. Физическая сущность процесса основана на преобразовании электрических колебаний ультразвуковой частоты (18 50 кгц), вырабатываемых генератором, в механические колебания выходного торца пьезоэлектрического преобразователя, которые посредством акустической системы вводятся в обрабатываемый материал. Благодаря трению на границе раздела свариваемых поверхностей и молекулярному трению в структуре материала, выделяется тепловая энергия, необходимая для его плавления в зоне стыка. При наличии статического давления и создании акустического контакта соединяемых поверхностей, за счет интенсификации процесса диффузии, формируется сварной шов, прочность которого не менее 70% от прочности свариваемого материала. Удельная мощность ультразвука для сварки пластмасс составляет Вт/cм 2, амплитуда колебания рабочей поверхности волновода (инструмента) мкм. Одной из главных проблем применения мощного ультразвука во многих областях техники является широкое внедрение лабораторных экспериментов непосредственно в производство. Реализация ультразвуковых технологий и применение ультразвукового оборудования ограничивается отсутствием комплексного подхода к измерениям параметров аппаратуры, технологических процессов и готовой продукции, способного обеспечить оптимальную настройку аппаратов и максимальную эффективность ультразвукового воздействий на обрабатываемые материалы. Работы по исследованию процесса, разработке способов, созданию технологии и оборудования для УЗ-сварки на протяжении более двадцати лет ведутся в ГНУ «ИТА НАН Беларуси». Разработанные технологии и оборудование внедрены на ряде предприятий РФ и РБ, в том числе: в учреждениях здравоохранения РБ (ультразвуковая сварка полимерных магистралей систем переливания крови); ОАО «Руденск», Минская обл. (сварка светотехнических устройств); ОАО «Инвет», Витебская обл. (сварка деталей ушной бирки для крупного рогатого ската); СООО «Белвест», г. Витебск (ультразвуковое тиснение и опрессовка деталей обуви); ОАО «Витязь» г. Витебск (ультразвуковая сварка деталей картриджа бытового фильтра кувшина); ОАО «Завод Промбурвод», г. Минск (ультразвуковая сварка рабочих колес погружных насосов); ЗАО «Перспективные Технологии», г. Москва (ультразвуковая сварка деталей картриджа лазерных принтеров); ОАО «Светотехника», г. Дмитровград, РФ (ультразвуковая сварка световозвращателей) и др. a Рис. 1. Оборудование для ультразвуковой сварки изделий из термопластичных полимеров: a установка для ультразвуковой сварки деталей картриджа бытового фильтра кувшина, b аппарат для ультразвуковой сварки полимерных магистралей систем переливания крови Результатом применения ультразвуковых технологий является существенное улучшение качества получаемых продуктов, снижение трудоемкости и энергоемкости, сокращение времени технологических процессов. Так, внедрение разработки на СООО «Белвест» позволило: повысить производительность процесса опрессовки в 2 3 раза, снизить энергозатраты в 8 10 раз, исключить прилипание материала к поверхности инструмента и обеспечить равномерное оплавление по периметру и толщине обувной резинки, а также обеспечить экологическую безопасность процесса. Более того, иногда применение ультразвука это единственное возможное решение поставленной производственной задачи. b 112

130 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ТОПЛИВА ИЗ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА И НЕФТЕПРОДУКТОВ Д.Д. Гриншпан, Т.Н. Невар, Н.Г. Цыганкова, И.В. Резников, Т.А. Савицкая Учреждение Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», Минск, Беларусь, Цель Оценить коллоидно-химические свойства нового твердого композиционного топлива с помощью реологического, калориметрического и термического методов анализа. Технология получения твердого композиционного топлива на основе лигнинового сорбента «Лигносорб» и нефтепродуктов предложена Учреждением Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем». Опытное производство твердого композиционного топлива будет организовано на ОАО «Бобруйский завод биотехнологий». Сорбент «Лигносорб» изготавливается в виде однородного гидрофобизованного порошка коричневого цвета из гидролизного лигнина, являющегося крупнотоннажным отходом гидролизного производства. Гранулометрический состав порошка 0,4 0,8 мм, насыпная плотность кг/м 3, массовая доля воды не более 25%, нефтепоглотительная вместимость при 18 С 2 5 г/г сорбента [1]. После контакта порошка с гидрофобными органическими жидкостями в течение нескольких секунд за счет действия капиллярных сил происходит образование твердого композита, обладающего достаточной прочностью. Этот продукт пригоден для гранулирования, пеллетирования и брикетирования с последующим использованием в качестве топлива. Материалы и методы исследования В качестве объектов исследования использовали сорбент лигниновый «Лигносорб» (ТУ ВУ ) и нефтепродукты отработанные по ТПК (02120). Реологические исследования проводили на реометре «Brookfield» (США) при температуре 298 ± 1К как описано в [2]. Для термического анализа образцов использовали синхронный термический анализатор «STA 449 Yupiter» производства фирмы «NETZSCH» (Бавария). Теплоту сгорания композиционного топлива измеряли в бомбовом изопериболическом калориметре В-08МА с изотермической водяной оболочкой по ГОСТ 147. Результаты и их обсуждение Установлено, что при изменении концентрации пульпы, образующейся при смешении лигнина с нефтепродуктом, дисперсная система переходит из свободнодисперсного в связнодисперсное состояние. Показано, что высокая смачиваемость «Лигносорба» нефтепродуктами (низкие значения краевого угла смачивания) и образование прочных контактов между частицами при высокой концентрации дисперсной фазы определяют реологическое поведение систем. С ростом концентрации дисперсной фазы происходит изменение режима течения от ньютоновского до коагуляционно-тиксотропного. Появление петли гистерезиса на реограммах вязкости зафиксировано при 25%-ном содержании лигнина в дисперсиях. При этом площадь петли гистерезиса растет с увеличением содержания лигнина, а для различных нефтепродуктов с ростом их вязкости. Концентрация лигнина, при которой система теряет текучесть, в ряду дизельное топливо индустриальное масло сырая нефть изменяется соответственно 41,5 43,0 44,5 мас.%. По данным термического анализа на ДСК кривых композита нефть «Лигносорб» при соотношении компонентов 1:1 отсутствуют экзоэффекты, характерные для свободной (несвязанной) нефти и лигнина. Такой характер терморазложения свидетельствует об образовании в результате смешения нефти и лигнинового сорбента композитного материала, а не механической смеси отдельных компонентов. По высшей теплоте сгорания композиционное топливо (25 30 МДж/кг) превосходит известные виды твердых топлив (бурый уголь, каменный уголь, лигнин, антрацит), характеризуется малым содержанием серы (до 0,5%), невысокой зольностью и может сжигаться в твердотопливных печах с кипящим слоем. Работа выполнена в рамках научно-технической программы Союзного государства «Разработка инновационных технологий и техники для производства конкурентоспособных композиционных материалов, матриц и армирующих элементов на годы», шифр «Компомат» (контракт ЮВК ). 1. Гриншпан Д.Д. и др. Нефтесорбент на основе гидролизного лигнина // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2011, 2, Savitskaya T.A., et al. Rheological Properties of Disperse Systems based on Hydrolyzed Lignin and Oil // Journal of Engineering Physics and Thermophysics (85), no. 3,

132 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДА «ОБЪЁМ ПОВЕРХНОСТЬ» ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ РАЗРУШЕНИИ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ В.Г. Колбая 1, А.В. Гельман 2, И.А. Шпара 2, В.В. Коврига 1 1 ООО «Группа ПОЛИПЛАСТИК», Москва, Россия; 2 ОАО «Газпром промгаз», Москва, Россия Цель Исследование перехода «объём поверхность» при пластическом разрушении полиэтиленовых труб было выполнено для уточнения критериев оценки пластического разрушения. Материалы и методы Для исследования характера пластического разрушения полиэтиленовых труб внутренним давлением разработан стандарт организации «Пластмассы. Метод определения параметров зоны пластического разрушения полимерных труб СТО ». Стандарт предусматривает определение следующих показателей: 1) разрушающее давление; 2) максимальная остаточная деформации, ост.n вне зоны пластической деформации; 3) максимальная ширина зоны пластической деформации L ш max ; 4) действительная кратность вытяжки в образце трубы по толщине стенки; 5) естественная кратность вытяжки в образце лопатке по длине; 6) естественная кратность вытяжки в образце лопатке по величине поперечного сечения; 7) напряжение в кольцевом сечении; 8) предел текучести. Этот метод был применён для анализа пластического разрушения в трёх видах групп: 1. Полиэтиленовые трубы из ПЭ100 непосредственно после изготовления, 2. Полиэтиленовые трубы с различными сроками эксплуатации от 4 до 47 лет в газовых сетях. 3. Тепловые трубы из сшитого полиэтилена. Результаты и их обсуждение Переход «поверхность объём» при пластическом разрушении является характеристикой материала и мало зависит от срока эксплуатации. Срок эксплуатации существенно влияет на объём материала, вовлечённого в этот переход [1]. Переход характеризуется показателем естественной кратности вытяжки, который для различных материалов показан в табл. 1. Диаметр, мм Таблица 1. Естественная кратность вытяжки SDR Срок эксплуатации Тип ПЭ Естественная кратность вытяжки, крат лет , лет лет лет лет лет лет лет ПЭ ПЭ PEX-A ПЭ100 RC ПЭ100-RC 5 Таблица 2. Зависимость размера поверхности отнесённого к единице объёма Кратность вытяжки λ = 1 λ = 2 λ = 3 λ = 4 λ = 5 λ = 6 λ = 7 см 2 /гр. 7,7 12,8 18,0 23,2 28,5 33,9 39,1 Примечание. При расчёте характеристик для образца размером мм объём, см 3 V = const и масса, гр m = const. 1. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Роль поверхностных явлений в структурно-механическом поведении твёрдых полимеров. М.: Физматлит

134 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ФТАЛИДСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИАРИЛЕНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК И ПОКРЫТИЙ С НЕОБЫЧНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ И ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ С.Н. Салазкин 1, В.В. Шапошникова 1, А.Н. Лачинов 2 1 Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова, Москва, Россия; 2 Уфимский научный центр РАН, Уфа, Россия; Основной задачей исследования являлся синтез полимеров, сочетающих различные функциональные свойства, и которые могут быть полезны не только для создания конструкционных материалов, но и для материалов, используемых в электронике, радиотехнике и других областях [1 4]. В качестве объектов исследования были выбраны: 1) полиариленфталиды, получаемые селективной поликонденсацией, протекающей по механизму реакции электрофильного замещения, на основе псведохлорангидридов, преимущественно полидифениленфталид (ПДФ-1) и 2) фталидсодержащие полиариленэфиркетоны (ПАЭК). Эти полимеры обладают необычными электрофизическими и оптическими свойствами наряду с высокими термо-, тепло-, хемостойкостью и механическими свойствами. В тонких субмикронной толщины пленках этих полиариленов наблюдаются уникальные электрофизические явления, сопровождающиеся оптическими эффектами. Большая часть этих явлений обусловлена размерными эффектами и в объемных материалах не реализуется. Два взаимосвязанных аспекта полиариленов позволяют наблюдать необычные электронные свойства. Первый это уникальные пленкообразующие свойства, позволяющие создавать сплошные однородные пленки на твердых поверхностях вплоть до мономолекулярной толщины (~ 2 нм). Второй наличие функциональных групп, обладающих относительно большим дипольным моментом и лабильной связью С-О, приводящей к обратимой смене типа гибридизации SP 3 -SP 2 при взаимодействии молекулы с избыточным зарядом. К уникальным и полезным свойствам тонких пленок и покрытий синтезированных полимеров можно отнести: 1. Возможность управления проводимостью пленок в интервале значений сопротивления от изолятора до металла с помощью малого одноосного давления, электрического поля, температуры. 2. Проводимость тонких полимерных покрытий чувствительна к структурным и фазовым превращениям металлов, на которые оно нанесено. Причем это могут быть фазовые переходы первого и второго рода, а также изменение концентрации и качества дефектов. 3. Аномально высокая электропроводность тонких полимерных покрытий на металлах с сочетанием защитных свойств поверхности металла, приводит к тому, что граница протекания электрохимических реакций переносится с поверхности металла на поверхность полимерной пленки. 4. Магниторезистивные свойства покрытия на ферромагнетиках приводит к аномально большому коэффициенту магнетосопротивления и реализации огромного магнетосопротивления. 5. Спонтанное сегнетоэлектричество в пленках толщиной менее 200 нм 6. Флуоресценция и электролюминесценция. 7. Спонтанная металлоподобная электропроводность полезная для изготовления электропроводящих клеев без содержания электропроводящих частиц и наполнителей. Таким образом, пленки на основе ПДФ-1 и ПАЭК, нанесенные на поверхности металлов и/или полупроводников, проявляют эффект электронного переключения в результате внешних воздействий (давление, температура, электрические поля и т.п.), гигантское магнетосопротивление (изменение электрического сопротивления в раз при воздействии магнитных полей), изменение электрических характеристик при появлении дефектов в изделиях, резкое снижение работы выходы при эмиссии электронов, электро- и фотолюминесценции и т.п. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта а). 1. Лачинов А.Н., Воробьева Н.В. Электроника тонких слоев широкозонных полимеров // Успехи физических наук 2006 (176), 12, Пономарев А.Ф., Мошелев А.В., Лачинов А.Н., Салазкин С.Н., Шапошникова В.В., Шарапов Д.С., Корнилов В.М. Новые возможности эффективного влияния на транспорт зарядов во фталидсодержащих полиариленэфиркетонах // Высокомолекулярные соединения, Серия С 2009 (51), 7, Салазкин С.Н., Шапошникова В.В. Синтез фталидсодержащих полимеров, перспективных для создания функциональных материалов различного назначения // Нанотехнологии 2009, 3(4), Шапошникова В.В., Дис. докт. хим. наук, Ин-т элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН. Москва

136 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДЫ ВО ВРЕМЯ АКТИВНОЙ РАДИАЦИИ СОЛНЕЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ И С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРАТОРОВ О.М. Комар, А.А. Ковалевский Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск, Беларусь; Постоянные поиски новых путей синтеза водорода и его использования в качестве альтернативного топлива в различных сферах производства является определяющей тенденцией в развитии новых подходов при разработке технологии синтеза материалов способных разлагать воду на водород и кислород. Область гетерогенного катализа разложения воды на водород и кислород на дисилициде титана (TiSi 2 ) начинает только развиваться. К настоящему времени продемонстрирована возможность проведения процессов разложения воды под действием солнечного излучения при комнатной температуре [1]. Материалы и методы исследования В качестве катализатора использовали твердый раствор 0,86Ti + 1,0 Si с шириной запрещенной зоны E g = 2,7 3,4 эв, полученный в результате механического смешивания (сплавления) наноразмерных порошков кремния и титана с размером частиц нм в планетарной шаровой мельнице АГО-2 и РМ-100. Синтез водорода проводили в колбе с круглым дном и в цилиндрическом стеклянном сосуде с медленно вращающимся помешивающим магнитным стержнем. Они соединялись с открытой либо закрытой газовой бюреткой для сепарации кислорода. В сосуд наливали дистиллированную воду преимущественно с рн = 7 при температуре С и вводили в ее состав порошок наноструктурированного твердого раствора дисилицида титана с полупроводниковыми свойствами из расчета 1 грамм порошка TiSi 2 на 75 см 3 воды. Влияние рн воды на процесс ее разложения исследовалось при рн = 7 (нейтральная среда), рн = 5 (кислая среда) и рн = 9 (щелочная среда). Результаты выделения водорода и кислорода были определены на газовом хроматографе, аргон и азот использовались для вытеснения воздуха из системы транспорта и для передачи водорода. Исследования проводились во временном интервале суток с 7 часов утра до 19 часов вечера в солнечную погоду с мая по сентябрь месяц. Для концентрации солнечного светового потока использовались линзы Френеля с фокусным расстоянием F равным 150, 300 и 600 мм с оптическими фильтрами, пропускающими солнечный свет в видимой области света преимущественно с длиной волны 470 нм. Результаты и их обуждение Таким образом, было установлено, что наработка фотокатализаторов на основе TiSi 2 в солнечный день составляет до 1,0 90 см 3 в час. При этом наибольшая эффективность разложения воды наблюдается во временном интервале суток часов (рис. 1) [2] Рис. 1. Изменение эффективности реакции разложения воды на наноструктурированном твердом растворе дисилицида титана в течение дня: 1 отношение массы дисилицида титана к массе воды 1:150; 2 1:75; с использованием концентратора на основе линзы Френеля с разным фокусным расстоянием: 3 F = 150 мм; 4 F = 300 мм; 5 F = 600 мм Солнечные установки (приспособления) на основе высокоэффективных концентраторов-фотохимических модулей с линзами Френеля и фотокатализаторами на основе дисилицида титана с КПД 36 40% позволяют достичь объема водорода на один-три порядка выше (рис. 1). При прочих равных условиях солнечной радиации, эффективность разложения воды зависит от таких технологических параметров как: наличие магнитного поля, скорость перемешивания воды, размер частиц фотокатализатора, температуры воды и рн, массовое соотношение воды и катализатора и длина волны солнечного излучения. Наиболее значимыми из них являются концентрация солнечной радиации, время суток, в течение которого наиболее эффективно используется солнечная радиация, размер частиц фотокатализатора, температура и рн воды. 1. Ковалевский А.А., Строгова А.С., Цыбульский В.В., и др. Наноструктурированный твердый раствор TiSi 2 как фотокатализатор разложения воды // Нано- и микросистемная техника. 2011, 1, Ковалевский А.А., Цыбульский В.В., Власукова Л. А., и др. Механизм разложения воды на полупроводниковом дисилициде титана, полученном комбинированием механоактивации и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Материалы. Технологии. Инструмент (17), 4,

138 Количество привитой ПАК, отн. ед. Сорбционная емкость, ммоль/г ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СИНТЕЗ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МИКРОВОЛОКОННОГО КАТИОНИТА НА ОСНОВЕ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА «АКВАСПАН», МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОВЕРХНОСТНО-ПРИВИТОЙ ПОЛИКИСЛОТОЙ Л.В. Шкрабатовская, Л.К. Приходченко, А.А. Горбачев, О.Н. Третинников Институт физики НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Сорбенты играют важную роль в энергетике, промышленности, медицине, охране окружающей среды. Полимерный сорбент может быть получен из полимерных гранул, порошка или волокон крупнотоннажного полимера путем поверхностной прививки функционального полимера с требуемыми сорбционными характеристиками. Традиционно используемый гамма-радиационный метод не только инициирует прививочную полимеризацию на поверхности, но и создает радикалы в объеме модифицируемого материала, что приводит к его постепенной окислительной деградации и разрушению. Поэтому гамма-радиационный метод не применим к полимерным микроволокнам. Между тем использование микроволокон в качестве матрицы сорбента прямой путь к высокой сорбционной емкости. Цель работы придание катионообменных свойств нетканому микроволоконному материалу из полипропилена (ПП) («АкваСпан», РУП «Светлогорское ПО «Химволокно») путем его поверхностной модификации УФ-индуцированной прививочной полимеризацией акриловой кислоты (АК). Мономер (АК) и фотоинициатор (бензофенон) («Sigma-Aldrich») использовали без дополнительной очистки. УФ источником служил излучатель на мощных светодиодах ( = 365 нм) собственного изготовления. Прививочную полимеризацию проводили по методу «тонкого слоя» [1], адаптированному к прививке на микроволоконном материале. Количество (G) привитой полиакриловой кислоты (ПАК) определяли из интенсивностей полос поглощения ПАК при 1700 см 1 (A 1700 ) и ПП при 1375 см 1 (A 1375 ) в ИК спектрах НПВО микроволокон по формуле G = A 1700 /(A A 1375 ). Для определения сорбционной емкости по ионам Zn 2+ материал выдерживали 3 ч в растворе ZnCl 2 (0,06 мм, ph = 5,5) в деионизированной воде при постоянном встряхивании, после чего определяли остаточную концентрацию ионов Zn 2+ в этом растворе фотометрически по реакции с ПАР. На рис. 1 приведены ИК спектры НПВО материала «АкваСпан» до и после модификации прививочной фотополимеризацией АК при времени УФ облучения 2 мин. Характеристичные полосы поглощения ПАК при 1700, 1240 и 800 см 1 в спектре модифицированного материала свидетельствуют об образовании поверхностно-привитого полимера. На рис. 2 показаны зависимости количества привитой ПАК (G) и сорбционной емкости материала «АкваСпан» по ионам Zn 2+ от времени реакции прививочной фотополимеризации. A , см -1 Рис. 1. ИК спектры НПВО материала «АкваСпан» до (1) и после (2) модификации поверхностно-привитой ПАК Время реакции, мин Рис. 2. Зависимости количества привитой ПАК (1) и сорбционной емкости материала «АкваСпан» по ионам Zn2+ (2) от времени реакции прививочной фотополимеризации УФ-индуцированная прививочная полимеризация акриловой кислоты на поверхности микроволокон отечественного нетканого материала из ПП «АкваСпан» придает ему ионообменные свойства. Ионообменная емкость получаемого сорбента сопоставима или даже выше емкости таких известных карбоксильных полимерных сорбентов, как СМ-52 ( Whatman, Великобритания), Ольвагель-СООН (Россия), MN ( Purolite, Великобритания), Macro- Prep 50 CM ( Biorad, США). Работа выполнена при частичной финансовой поддержке БРФФИ (проект Х15М-062). 3. Третинников О.Н., Приходченко Л.К., Шкрабатовская Л.В. Фотоиндуцированная прививочная полимеризация акриловой кислоты на поверхности пленок полипропилена из тонкого слоя недеаэрированного водного раствора мономера // Журн. прикл. химии (86), 10,

140 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛУЧЕНИЕ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ГИДРОГЕЛЕВЫХ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ ХИТОЗАНА В.И. Куликовская, В.Е. Агабеков Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Создание композиционных полимер-неорганических нано- и субмикрочастиц является важной задачей при разработке многофункциональных контейнеров для биологически активных веществ [1, 2]. Цель данной работы установление закономерностей адсорбции ионов Cu 2+ в гидрогелевые хитозановые субмикрочастицы и получение на их основе композитов хитозан-cu 0. Хитозановые субмикрочастицы синтезировали методом ионотропного гелеобразования. Катионы меди сорбировали в них из водных растворов CuSO 4 (II) с концентрацией от 0,1 до 1,1 М. Композит хитозан-сu 0 получали путем восстановления катионов Cu 2+, адсорбированных в хитозановые частицы, до Cu 0 боргидритом натрия. Показано, что при сорбции катионов меди в хитозановые частицы из водных растворов CuSO 4 5Н 2 О с концентрацией от 0,1 до 0,5 М кинетические кривые сорбции Cu 2+ запределиваются через 30 минут, а в области более высоких концентраций (0,6 1,1 М) сорбционное равновесие достигается через 1 час. Установлено, что сорбция катионов меди приводит к уменьшению величины ξ-потенциала субмикрочастиц хитозана с +(22 24) мв до +(8 12) мв. Во всем изученном концентрационном диапазоне (0,1 1,1 М) CuSO 4 5Н 2 О изотерма сорбции катионов меди (II) частицами хитозана имеет практически линейный вид (рис. 1). Полученные экспериментальные данные хорошо описываются адсорбционным уравнением Фрейндлиха (коэффициент корреляции R 2 = 0,98): А=К F с 1/n. Рассчитаны константы уравнения Фрейндлиха: 1/n = 0,97 и К F = 0,036. Константа 1/n, показывающая интенсивность сорбции, близка к единице, что свидетельствует о сильном взаимодействии между адсорбатом и адсорбентом. Так, при сорбции Cu 2+ наночастицами хитозана может иметь место не только физическая, но и хемосорбция за счет образования хелатного комплекса хитозана с катионами меди. Получены образцы хитозановых частиц, содержащих до 29 ммоль Cu 2+ /г сухого лиофилизированного порошка. Показано, что после десорбции в дистиллированной воде остаточное количество Cu 2+, которое способно прочно удерживаться в хитозановых частицах, составляет ~2,7 ммоль/г лиофилизированного порошка, что соответствует максимальному количество катионов меди, которые могут образовать хелатный комплекс с макромолекулами хитозана. Рис. 1. Изотерма сорбции Cu 2+ наночастицами хитозана Получены композиционные полисахариднеорганические субмикрочастицы путем восстановления адсорбированных катионов меди боргидридом натрия. Образование наночастиц меди подтверждено появлением в спектре поглощения золя полосы поверхностного плазмонного резонанса (ППР) при 580 нм, которая характерна для сферических наночастиц Cu 0 с диаметром 2 10 нм [3]. Средний гидродинамический диаметр композиционных частиц хитозан-cu 0 составляет ~200 нм, в то же время в золе присутствуют агрегаты размером около 1 мкм. Установлено, что оптимальными условия для получения композиционных гидрогелевых частиц является использование боргидрида натрия с концентрацией 0,1 М и хитозановых частиц с содержанием Cu 2+ 0,2 0,3 ммоль/л. Увеличение концентрации восстановителя или катионов меди в хитозановых частицах приводит к их агрегации и образованию хлопьевидного осадка. Разработана методика получения гидрогелевых хитозановых частиц, содержащих до ~2,7 ммоль Cu 2+ /г и на их основе синтезирован композит хитозан-cu Wang M., et al. Effects of Copper-Loaded Chitosan Nanoparticleson Intestinal Microflora and Morphology in Weaned Piglets // Biol Trace Elem Res (149), no. 2, Daniel-da-Silva A. L. and Trindade T. Biofunctional Composites of Polysaccharides Containing Inorganic Nanoparticles in Advances in Nanocomposite Technology, ed. by Abbass Hashim, Сайкова В. Влияние реакционных условий на процесс образования наночастиц меди при восстановлении ионов меди (II) водными растворами боргидрида натрия // J. Siberian Federal University. Chemistry (5),

142 СЕКЦИЯ 3. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА О.В. Гоголева Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия; Введение Проблема целенаправленного улуч-шения триботехнических свойств сверхвысокомо-лекулярного полиэтилена (СВМПЭ), сочетающего превосходные термо- и химически- стойкие свойства с низкой износостойкостью остается на сегодняшний день актуальной задачей полимерного материаловедения. Одним из путей повышения механических характеристик полимера является его дисперсное упрочнение, однако использование дисперсных наполнителей не всегда позволяет добиваться необходимого сочетания физико-механических, трибологических и теплофизических свойств получаемых полимерных композиционных материалов (ПКМ). Использование в качестве наполнителей армирующих элементов является перспективным способом улучшения механических характеристик полимеров. Результаты и их обсуждение Перед использованием в качестве наполнителя базальтовое волокно (БВ) подвергали измельчению с применением режущей мельницы Fritsch Pulverizette 15 с установленным ситом размерностью 0,25 мм. Далее базальтовое подвергали механоактивации в течении 2 мин. Установлено, что удельная поверхность базальтовых волокон при активации повышается в 4 6 раз, что обусловлено уменьшением их толщины и существенным изменением микротопографии поверхности наполнителя, а именно появлением дефектов на поверхности волокон, повышающих ее шероховатость. Наполнители вводились в СВМПЭ в количестве от 5 до 20 мас.%. Установлено, что оптимальный комплекс свойств, достигается при содержании 5 мас.% как активированного, так и неактивированного БВ. Показано, что скорость массового изнашивания ПКМ уменьшается до 7,7 раз при сохранении эластичности и повышении прочности, модуля упругости композитов на 30-40%. Сущность повышения износостойкости при наполнении твердофазными дисперсными наполнителями заключается в образовании под действием компонентов наполнителя надмолекулярных структур в ПКМ, отличающихся от надмолекулярных структур в исходном полимере. Однако при использовании в качестве наполнителей волокон механизм повышения износостойкости иной, чем при наполнении дисперсными соединениями. В данном случае изменение свойств композита связано с формированием иной структуры: волокна, пронизывая полимерную матрицу во всех направлениях, обеспечивают образование армированной структуры. Образование подобной армированной структуры композита придает ПКМ жесткость и, как следствие, высокую износостойкость. Для установления влияния базальтового волокна на процессы структурообразования в СВМПЭ и, соответственно на характер изменения свойств, методом электронной микроскопии проведены структурные исследования. Установлено, что введение базальтового волокна не сопровождается изменением типа надмолекулярной структуры, которая остается ламеллярной, как и в исходном СВМПЭ. Показано, что на микрофотографии присутствует небольшая доля пластической деформации. Предположительно нанофибриллы представляют собой ориентированные молекулы СВМПЭ, образующиеся в процессе пластической деформации. Базальтовые волокна, находящиеся в непосредственном контакте с молекулами СВМПЭ, могут являться зародышами кристаллизации полимера. При разрушении композита, в результате присутствующей небольшой доли пластической деформации, БВ увлекают за собой часть полимера, который был закристаллизован на их поверхности. Закристаллизованная часть полимера, вместе с аморфными участками, вытягивается в нанофибриллы. Результаты испытания образцов на ударную прочность показали, что композиты на основе СВМПЭ не разрушаются при данных условиях испытания. Это свидетельствует об их высокой стойкости к ударным воздействиям. Таким образом, перечисленные свойства позволяют рекомендовать применение разработанных полимерных композитов в механизмах, подверженных высокой степени истирания, например, для изготовления рычагов подвески, опорных катков, осей качения подшипников скольжения, и других деталей для обеспечения этим деталям длительной износостойкости и ударопрочности, высокой теплоустойчивости, низкого веса, стойкости к агрессивным средам и не подверженность коррозии, что важно при эксплуатации оборудования, используемого в горнодобывающей и обогатительной промышленности. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Научно-образовательный фонд поддержки молодых ученых Республики Саха (Якутия)»

144 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО КРАХМАЛА И СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ А.А. Бойко 1, Е.Н. Подденежный 1, Н.Е. Дробышевская 1, В.М. Шаповалов 2, К.В. Овчинников 2 1 Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого, Гомель, Беларусь; 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Термопластичный крахмал (ТПК) является одним из перспективных источников получения биоразлагаемых материалов [1]. Крахмал не является истинным термопластом, но в присутствии пластификатора (вода, глицерин, сорбитол и т.д.), при высокой температуре ( C) и сдвиге он плавится и разжижается, позволяя его использовать на литьевом, экструзионном и раздувном оборудовании, применяемом для синтетических пластмасс. К сожалению, ТПК имеет несколько недостатков, например, сильный гидрофильный характер, ухудшенные механические свойства по сравнению с обычными пластиками и значимые изменения его свойств после переработки [2]. Поэтому чаще всего биоразлагаемые материалы формируются на основе смесей ТПК и различных видов синтетических полимеров [3]. Когда ТПК находится в смеси с гидрофобным синтетическим полимером, последний защищает композиционный пластик от прямого контакта с водой или парами воды. Процесс формирования композита ТПК-полимер складывается из нескольких этапов: 1 формирование аморфного ТПК из кристаллического нативного крахмала с использованием пластификатора; 2 смешивание ТПК с компатибилизатором, лубрикантом, полимером, наполнителем и красителем; 3 термообработка смеси, совмещенная с механическими усилиями, прикладываемыми к смеси ингредиентов. Чаще всего, эти 3 этапа проводят в 2х шнековом экструдере с несколькими загрузочными воронками и удалением избыточной влаги вакуумным испарением на промежуточном этапе при использовании воды или водных смесей или суспензий пластификаторов [4]. Нами предложен вариант получения композиционного биоразлагаемого материала путем совмещения нескольких этапов его формирования и приготовления порошкообразной смеси ингредиентов, содержащей высушенный нативный кукурузный крахмал, пластификатор, компатибилизатор и смесь синтетических полимеров. Нативный кукурузный крахмал сушат в термошкафу при 60 С в течение 8 час., загружают в миксер, далее вводят пластификатор и перемешивают в течение 5 мин. Далее туда же добавляют навеску малеинового ангидрида и смесь полипропилена с полиэтиленом ПЭВД (9:1), и перемешивают еще в течение 5 мин. Полученную смесь загружают в воронку двухшнекового экструдера марки TSK-35/40 (PRC) с цилиндрическим отверстием D = 5мм, получают гранулированный материал. Далее из гранул на экструдере со щелевой головкой вытягивают ленту шириной 50 мм и толщиной 0,5 мм. Предел прочности на растяжение полученного таким образом композиционного гидрофобного материала ленты составляет 19,0 МПа, а относительное удлинение 250%. 1. Averous L. Biodegradable Multiphase Systems based on Plasticized Starch: a review // Journal of Macromolecular Science- Polymer Reviews. 2004, C44, Chapleau N, Huneault MA, Li H B. Biaxial Orientation of Polylactide/Thermoplastic Starch Blends. International Polymer Processing. 5:.Jun. 7, , Rodriguez-Gonzalez F.J., Ramsay B.A., and Favis B.D. High Performance LDPE/Thermoplastic Starch Blends: a Sustainable Alternative to Pure Polyethylene e // Polymer (44), Schwach E, Averous L. Starch-Based Biodegradable Blends: Morphology and Interface Properties // Polymer International, 2004 (53),

146 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. О ВЛИЯНИИ ПРИМЕСНЫХ ИОНОВ НА СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ, ФОРМИРУЕМЫХ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ А.М. Валенков 1, С.В. Пискунов 2, И.И. Злотников 2 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 2 Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого, Гомель, Беларусь; В последнее время микроплазменное анодирование или микродуговое оксидирование (МДО) широко применяется для получения на алюминии и его сплавах оксидно-керамических покрытий различного функционального назначения. Регулируя составы электролита и токовые режимы проведения оксидирования можно направленно управлять адгезионными, триботехническими, механическими, диэлектрическими и другими свойствами покрытий [1, 2]. В настоящей работе исследованы особенности процессов МДО алюминиевых сплавов, силикатнощелочных электролитах содержащих ионы поливалентных металлов, а также их влияние на кристаллическую структуру и свойства получаемых покрытий. Кроме того, проведены исследования по поиску путей снижения энергозатратности процесса МДО. Установлено, что введение в состав базового силикатно-щелочного электролита (жидкое стекло 30 г/л, гидроксид калия 2 г/л) ионов поливалентных металлов (Cu, Ni, Fe, Cr и некоторых других) не оказывает принципиального влияния на характер протекания процессов МДО, лишь несколько снижается напряжение, что связано с увеличением проводимости электролита. Покрытия, формируемые в таких электролитах, имеют характерную окраску, связанную с внедрением соответствующих примесных ионов в кристаллическую структуру Al 2 O 3. Свойства некоторых покрытий, сформированных при оптимальном режиме на алюминиевомагниевом сплаве, приведены в табл. 1. Как следует из приведенных данных, легирование покрытия ионами переходных металлов приводит к значительному повышению адгезии покрытий к полимерным субстратам, что позволяет успешно использовать МДО для повышения адгезии полимеров к алюминию и его сплавам. А увеличение износостойкости открывает пути использования деталей из алюминиевых сплавов в узлах трения. Было установлено, что повышение концентрации базового электролита в 3 раза не повлияло на потребление электроэнергии, но уменьшило конечное напряжение процесса, толщина покрытий при этом увеличилась на 30 38%. Увеличение плотности тока в 2 раза коррелирует с увеличением энергозатрат. Повышение времени проведения МДО с 5 минут до 20 приводит к увеличению потребляемой энергии примерно в 4,3 раза, а с 20 до 40 минут в 2,1 раз. Использование переменного или выпрямленного тока при одной и той же плотности тока существенно не влияет на энергозатраты, однако использование переменного тока позволяет получать покрытия на 20 25% толще, чем при использовании выпрямленного тока. Установлено, что легирование оксидно-керамических покрытий, получаемых методом МДО на поверхности алюминия ионами поливалентных металлов позволяет направленно управлять топографией и физическими свойствами поверхности, что расширяет области применения алюминиевых сплавов. Разработанная технология получения модифицированных покрытий была успешно апробирована при нанесении износостойких покрытий на детали расходомеров и запорной арматуры. Таблица 1. Свойства модифицированных покрытий Характеристика Модификатор электролита нет CuSO 4 NiSO 4 FeSO 4 K 2 Cr 2 O 7 Толщина, мкм Микротвердость, ГПа 16,0 18,0 18,0 15,5 16,0 Шероховатость Ra, мкм 0,25 0,25 0,25 0,24 0,23 Адгезия к ПА 6, кн/м 1,42 1,88 1,84 1,55 1,98 Абразивный износ, мг/см 2 мин 8,1 7,0 7,4 7,2 8,2 1. Белеванцев В.И., Терлеева О.П., Марков Г.А. Микроплазменные электрохимические процессы. Обзор // Защита металлов (34), 5, Атрощенко Э.С., Казанцев И.А., Розен А.Е., Голованова Н.В. Области применения и свойства покрытий, получаемых микродуговым оксидированием // Физика и химия обработки материалов. 1996, 3,

148 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ НА АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА К МЕТАЛЛУ Н.С. Винидиктова 1, Е.Ф. Кудина 1, О.А. Ермолович 2 1 Институт механики металлополимерных систем им В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 2 Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь Покрытия на основе эпоксидных и фенольных связующих обладают высокими эксплуатационными характеристиками, что обеспечивает их широкое применение для получения высококачественных защитных покрытий металлических поверхностей. Каждый из указанных типов полимеров имеет свои преимущества и недостатки. Эпоксидные смолы обладают малой усадкой при отверждении, высокой химической стойкостью, твердостью, прочностью, адгезией к полярным поверхностям, высокими диэлектрическими характеристиками, но уступают фенольным по стойкости к истиранию, адгезионной прочности и термостойкости. Однако, обладая широким рядом преимуществ, материалы, формируемые на их основе, обладают хрупкостью и склонностью к растрескиванию. В связи с ростом требований к эксплуатационным характеристикам покрытий проблема увеличения адгезии для данных видов материалов остается актуальной. Перспективными компонентами для улучшения физико-механических свойств покрытий на основе эпоксидных связующих являются сложный эфир ортокремниевой кислоты и этилового спирта тетраэтоксисилан (ТЭОС). Снижение хрупкости покрытий может быть достигнуто введением различных видов каучуков. Для повышения эксплуатационных характеристик покрытий интерес представляет получение связующего, в котором интегрированы положительные свойства нескольких компонентов. Целью данной работы являлось проведение модифицирования эпоксидной смолы с получением комбинированных связующих и оценка влияния физико-химического модифицирования на адгезионные свойства к стальным поверхностям. Объектами экспериментальных исследований являлись: эпоксидно-диановая смола ЭД-20 (ЭС), тэтраэтоксисилан (ТЭОС) и каучуко-фенольный компонент (КФК), представляющий собой раствор каучука и модифицированной фенольной смолы в органическом растворителе. Комбинированные связующие получали при совмещении растворов ЭС/ТЭОС и ЭС/КФК в различных концентрационных соотношениях. Для отверждения эпоксиднодиановой смолы в комбинированное связующее вводили полиэтиленполиамин. В качестве металлической подложки применяли стальные пластины марки Ст3, которые предварительно очищали и обезжиривали. Покрытие получали при стандартных условиях с последующей термообработкой при температуре 195 С в течение 2 ч. Адгезионную прочность определяли методом решетчатых надрезов (ГОСТ 15140). Изучение процессов физико-химического взаимодействия компонентов смеси при формировании покрытия проводили методом ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр NICOLET 5700). Установлено, что получение комбинированного связующего ЭС/ТЭОС позволяет улучшать смачивание поверхности металлической пластины и формировать более ровное покрытие, чем на основе исходной ЭД-20. Установлены оптимальные концентрационные соотношения компонентов, обеспечивающие получение наиболее качественного покрытия с однородной структурой. Однако введение ТЭОС в эпоксидную смолу не приводит к увеличению адгезионной прочности получаемого покрытия. Исследованы технологические приемы получения агрегативно устойчивых растворов комбинированного связующего при совмещении ЭС и КФК. Получена серия покрытий на основе связующего ЭС/КФК. Исследовано влияние соотношения эпоксидной и фенольной составляющих связующего на адгезионную прочность формируемого покрытия к стальной поверхности. Установлено, что введение в композицию КФК в количестве 50-70% обеспечивает получение качественного равномерного покрытия с высокой адгезией к стали. Показано, что введение КФК в эпоксидную смолу приводит к снижению жесткости и повышению эластичности формируемого покрытия по сравнению с покрытиями, получаемыми на основе исходных ЭД-20 или КФК. Наиболее высокие свойства покрытия (укрывистость, гомогенность покрытия, адгезия к металлу, повышении эластичности) обеспечиваются при соотношении эпоксидного и фенольного составляющих в связующем 1/1. Изучено влияние концентрации отвердителя на адгезию композиционных полимерных покрытий. Экспериментально установлены наиболее эффективные технологические приемы, обеспечивающие улучшение качества покрытия при повышении его адгезионной прочности. Методами ИК-спектроскопии показано, что повышение прочности получаемого покрытия связано с физико-химическим взаимодействием компонентов, обеспечивающим формирование химически связанных взаимопроникающих полимерных матриц. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (код проекта Т15-102). 132

150 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ УСАДКИ И КОРОБЛЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ ПЕРЕРАБОТКЕ ПО ЭКСТРУЗИОННО-ПРЕССОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ С.А. Герасименко Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Качество полимерных деталей изготовленных по ЭПТ зависит от материала, конструкции прессформы и режимов переработки материалов. Коробление и усадка являются наиболее распространенными дефектами пластмассовых деталей с точки зрения качества. Значительное различие в величинах коэффициентов линейного термического расширения материала формы и изделия приводит к существенным объемным изменениям. Образование твердой наружной оболочки раньше, чем полностью затвердеет вся масса по сечению изделия, в свою очередь, препятствует тому, чтобы изменения объема протекали свободно, без затруднений. Сжимающие напряжения у поверхности вызывают коробление изделия. Из-за различной степени ориентации после охлаждения детали в полимере возникают остаточные напряжения, вызывающие коробление стенок. Ребра жесткости позволяют уменьшить сечение отдельных элементов в местах сопряжения стенок различного сечения, а также способствуют предотвращению коробления. При повышении жесткости изделия за счет увеличения основной толщины, введения ребер, использования материала с большим модулем упругости, коробление уменьшается. Усадка и коробление термопластичных материалов в значительной степени зависят также от технологии их переработки, состава и уровня значений технологических факторов. К настоящему времени важнейшие закономерности изменения усадки и коробления изучены применительно к переработке термопластичных материалов литьем под давлением [1]. Для относительно нового метода получения крупногабаритных изделий, основанного на совмещении процессов экструзии и прессования термопластов (экструзионно-прессовой технологии, ЭПТ) [2 4], данные об усадке и короблении крайне ограничены. Цель данной работы изучить влияние состава термопластичных материалов, включая смесевые и наполненные композиты, на их усадку и коробление при формовании по ЭПТ. В экспериментах использовали специально разработанную технологическую оснастку, позволяющую экспериментально определять длину затекания полимерного расплава в оформляющую полость, выполненную в виде спирали, а также универсальную пресс-форму для изучения усадочных явлений и коробления, и получения образцов для определения показателей механических свойств (рис. 1). Рис. 1. Пресс-форма для получения образцов по ЭПТ (а) и экспериментальные образцы (б) При получении образцов изменяли состав материала, уровень тепловых и силовых воздействий на расплав. Установлено отсутствие линейной зависимости между длиной затекания ПМ и показателями реологических свойств полимерных расплавов. В связи с этим значения показателя текучести (или вязкости расплава) различных термопластов не могут использоваться для сравнительной оценки их формуемости. Механическими свойствами, усадкой и короблением изделий можно управлять в широких пределах, варьируя состав ПМ. Введение в материалы различных наполнителей, стекловолокна, малых количеств низкомолекулярных веществ, химических вспенивающих агентов, способствующих образованию в изделиях закрытых пор, оказывает существенное влияние на механизм течения полимерного расплава в узких каналах технологической оснастки, уровень значений усадки и коробления. 1. Фишер Дж. М. Усадка и коробление отливок из термопласта. СПб.: Профессия Герасименко С.А., Песецкий С.С. Влияние реологических свойств расплава полиэтилена на его формуемость при экструзионно-прессовой переработке // Материалы. Технологии. Инструмент (14), 4, Герасименко С.А., Песецкий С.С. Исследование формуемости при экструзионно-прессовой переработке полипропилена, подвергнутого пероксидному модифицированию в расплаве // Материалы. Технологии. Инструмент (15), 1, Герасименко С.А., Песецкий С.С. О формуемости смесей ПП/ПЭ при экструзионно-прессовой переработке // Материалы. Технологии. Инструмент (16), 3, а б 134

152 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КРЕЙЗИНГ ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН ПРИ КОРОНОЭЛЕКТРИЗАЦИИ С.В. Зотов 1, В.А. Гольдаде 1, К.В. Овчинников 1, М.А. Курбанов 2, А.А. Байрамов 2, А.Ф. Нуралиев 2, Н.В. Кузьменкова 3 1 Институт механики металлополимерных систем им В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 2 Институт физики НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан 3 Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации, Гомель, Беларусь Цель Крейзинг полиэфирных волокон явление, неизменно сопровождающее их ориентационную вытяжку. К настоящему времени исследованы основные закономерности и стадии крейзообразования [1], хотя сохраняется актуальность изучения возможностей модифицирования волокон по механизму крейзинга [2]. Цель настоящей работы оценить физические изменения, происходящие в полиэфирных волокнах при вытяжке в различных средах в условиях комплексного модифицирующего воздействия, включая короноэлектризацию. Материалы и методы исследований Исследуемые образцы пучки полиэтилентерефталатных (ПЭТ) волокон номинальной линейной плотностью 0,33 1,7 текс производства ОАО «СветлогорскХимволокно» с толщиной пучка ~ 270 мкм, длиной не менее 10 см и массой растягиваемого участка 0,10 0,15 г. Образцы подвергали одноосному растяжению с постоянной скоростью 30 мм/мин в сухом виде и в присутствии модифицирующих жидкостей: изопропанол; глицерин; водноспиртовой раствор антимикробного препарата триклозана. На растягиваемый участок волокон воздействовали электрическим полем коронного разряда отрицательной полярности (напряженность 15 кв/см, одиночный игольчатый электрод). Волокна исследовали методами оптической микроскопии, определяя визуальные изменения морфологии волокна, и термоактивационной токовой спектроскопии, измеряя термостимулированные токи (ТСТ) в диапазоне значений А, протекающие в образцах волокон при линейном нагреве со скоростью 2 С/мин. Результаты и их обсуждение Вытяжка волокон во всех случаях сопровождается существенным изменением внешнего вида волокна (рис. 1) последнее приобретает гантелеобразную форму, иллюстрирующую чередование зон локализации высокоориентированного состояния. Образование специфических шеек и утолщений является конечным результатом процесса крейзинга, поэтому ввод модифицирующих агентов и внешнее электрофизическое воздействие целесообразно осуществлять на начальной стадии крейзообразования, когда на поверхности волокна происходит интенсивная фибриллизация. 5 мкм Рис. 1. Микрофотоснимок крейзованных ПЭТ волокон По спектрам ТСТ ПЭТ волокон, подвергнутых комплексному модифицирующему воздействию, установлено изменение картины электретного состояния. Вытяжка на воздухе под действием коронного разряда ведет к сдвигу характеристического пика ТСТ в низкотемпературную область и изменению его интенсивности. Вытяжка в присутствии изопропанола позволяет добиться крейзинга волокон по классическому механизму, что содействует формированию глубоких структурных ловушек, аккумулирующих электретный заряд, привнесенный при короноэлектризации. Вытяжка в присутствии глицерина или водно-спиртового раствора триклозана сопровождается более слабыми поляризационными эффектами. Очевидно, последовательное образование и коллапс крейзов создают специфические условия для перераспределения электретного заряда в поверхностных слоях волокна. Короноэлектризация способствует взаимодействию внешних носителей заряда с собственным зарядом в ПЭТ волокне, вследствие чего на каждой стадии крейзинга идут конкурирующие процессы поляризациидеполяризации, дополнительную специфику в которые привносит присутствие поверхностно-активных модифицирующих агентов. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского Фонда фундаментальных исследований (совместный белорусскоазербайджанский проект Т13АЗ-028). 1. Волынский А. Ф., Бакеев Н. Ф. Структурная самоорганизация аморфных полимеров. М.: Физматлит Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Крейзинг в технологии полиэфирных волокон. Минск: Беларуская навука

154 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДОБАВОК НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ АЛИФАТИЧЕСКОГО ПОЛИИМИД-6 В.И. Колесников 1, А.И. Буря 2, Н.А. Мясникова 1, П.Г. Иваночкин 1, С.А. Данильченко 1 1 Ростовский государственный университет путей сообщения, Ростов-на-Дону, Россия 2 Днепродзержинский государственный технический университет, Днепродзержинск, Украина Введение. Целесообразность использования полимеров в машиностроении в качестве матрицы композитных материалов антифрикционного назначения обусловлена следующими факторами: низким в сравнении с металлами коэффициентом трения; высокой для конструкционных материалов удельной прочностью, способностью воспринимать упругие деформации, препятствующие образованию адгезионного сцепления в зоне трения полимер-металл, стойкостью к действию многих агрессивных по отношению к металлам жидких и газообразных сред. Расширение сферы использования полимеров ведется путем модификации свойств известных типов полимеров. Наиболее доступным и приемлемым видом модификации является создание композиционных материалов, представляющих собой многокомпонентную систему, способную изменить первоначальные свойства полимера. К числу эффективных методов повышения эксплуатационных характеристик полимерных материалов следует отнести армирование их волокнистыми наполнителями, например углеродными, стеклянными, органическими волокнами. Использование композитов с комплексными (гибридными) наполнителями существенно расширяет возможности создания материалов [1], способных направлено перестраивать структуру и свойства в зависимости от эксплуатационных нагрузок. Введение антифрикционных наноразмерных [2] добавок совместно с жесткими прочными наполнителями в некоторых случаях обеспечивает синергетический эффект, снижающий не только внешнее, но и внутреннее трение. Материалы и методы исследования. Исходная полимерная матрица алифатический полиимид-6. Для улучшения физико-механических и трибологических характеристик в матрицу было введено углеродное гидратцеллюлозноеволокно (40%) и антифрикционные добавки: термически расширенный графит ТРГ (3%), наноразмерные ( нм) добавки: шпинели железа, марганца (1,5 3,0%), ПТФЭ марки Ф4МБП (5%). Наноразмерные компоненты были получены на лабораторной бисерной мельнице MikroCer, производства фирмы «NETZSCH», предназначенной для тонкого (до нм) измельчения и диспергирования твёрдых веществ. Особенностью механического измельчения является эффект механоактивации, изменения энергетического состояния вещества в процессе измельчения. Трибологические испытания и исследования сравнительной износостойкости образцов нанокомпозитов проводились по схеме «вал частичный вкладыш» при различных удельных давлениях и скоростях скольжения в зоне фрикционного взаимодействия. Для проведения испытаний применялся комплекс оборудования для проведения трибологических испытаний, имеющий нагружающее устройство, устройство для измерения силы трения и включенный последовательно с динамометром силовой тензоэлемент для непрерывной записи силы трения при преобразовании её в коэффициент трения на ПК. Частичные вкладыши изготавливались из исследуемых композитов, ролики (контртело) из Ст 45. В процессе испытания непрерывно фиксировался коэффициент трения. Исследования микротвердости композитов проводились методом наноиндентирования с помощью системы анализа механических свойств материалов NanoTest 600 при максимальной нагрузке от 0,5 до 200 mn, полимерные образцы многократно продавливались алмазным индентором сферической формы. Результаты и их обсуждение. Результаты испытаний и исследований показали, что введение в полиимидное связующее углеволокна повышает твердость КМ с 0,13 до 0,28 ГПа и значительно (в 6 8 раз) повышает износостойкость композита. Введение антифрикционных нанодобавок практически не влияет на прочностные характеристики, однако. позволяет снизить коэффициент трения от значений 0,35 0,45 до значений 0,18 0,22. Таким образом, применение наноразмерных частиц в качестве наполнителей способствует формированию новых соединений в поверхностном слое, отличающихся повышенной износостойкостью, что особенно характерно для экстремально высоких нагрузок. С ростом дисперсности наполнителя можно минимизировать степень наполнения полимерной матрицы, при которой ее прочность и износостойкость растет без увеличения модуля упругости, жесткости и коэффициента трения. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект , грант предоставлен Ростовскому государственному университету путей сообщения, г. Ростов-на-Дону, Россия). 1. Кузнецов В. А. Гибридные композиционные материалы на основе химических волокон и нитей с органической матрицей / Итоги науки и техники. ВИНИТИ, Химия и технология высокомолекулярных соединений. 1986, вып. 21, Охлопкова А.А., Андрианова О.А., Попов С.Н. Модификация полимеров ультрадисперсными наполнителями. Якутск: ЯФ изд-ва СО РАН

156 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛИМЕРНЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ А.Г. Кравцов 1, А.В. Зубарева 2, С.В. Зотов 3, К.В. Овчинников 3, Н.Е. Савицкий 4 1 Гомельский филиал НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 2 Институт механики металлополимерных систем им В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 3 Институт радиобиологии НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 4 ООО «Полимер», Гомель, Беларусь Цель Основное назначение исследований и разработок в области полимерного материаловедения их применение для решения важных народнохозяйственных задач. Разработанные в Гомельской области в рамках Региональной научно-технической программы полимерные волокнисто-пористые фильтры зарекомендовали себя в качестве эффективного средства очистки молока от различных загрязнений [1]. Цель настоящей работы продемонстрировать ряд структурных особенностей разработанных фильтров и показать возможность их применения для повышения радиоэкологической чистоты молочной продукции, производимой в Гомельской области Материалы и методы исследований Исследуемые образцы полимерные волокнисто-пористые фильтроэлементы для очистки молока «Вега» (Россия), «Гера» (Россия) и произведенные ООО «Полимер» (Беларусь). Волокнистую структуру исследовали методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Также определяли эффективность очистки молока, в том числе по критерию радиационной чистоты отфильтрованного продукта. Результаты и их обсуждение Изделия компании «Вега» позиционируются производителем как нанофильтры для очистки молока с антимикробной добавкой, ионами серебра и индикаторами мастита. Фильтр-картридж состоит из 3 слоев с четкими границами между ними. По данным СЭМ, волокна фильтра ровные, без существенных дефектов, но не одинаковы по диаметру. В объеме волокон имеются темные вкрапления, на поверхности волокон каверны. Изделия «Гера» также заявляются как содержащие серебро и проявляющие антибактериальную активность. Фильтр является 2-слойным. По данным СЭМ, волокна имеют снаружи и внутри темные вкрапления. Плотность упаковки волокон мала, упаковка нерегулярна. Основная часть волокон имеет диаметр около 100 мкм, однако присутствуют значительно более тонкие волокна. Изделия ООО «Полимер», по данным СЭМ, характеризуются стабильным диаметром волокон (около 100 мкм). Волокна расположены упорядоченно и не имеют видимых дефектов, посторонние целевые добавки отсутствуют. Данные эксплуатационных испытаний фильтров (рис. 1) показывают их высокую эффективность: очистка молока от механических примесей до 98%, от продуктов маститов до 50%, снижение количества соматических клеток до 65%, снижение количества микробных клеток до 50%, содержание жира, белка, лактозы без изменений. Достигается повышение сортности молока до категории «Экстра» и увеличение срока его хранения. Рис. 1. Комплект ООО «Полимер» для очистки молока В условиях складывающейся рыночной конъюнктуры предпочтительным является применение отечественных фильтров, не уступающих зарубежным аналогам, что позволяет повысить конкурентоспособность молочно-товарной отрасли Беларуси с учетом ее специфики. Полимерный фильтр по рис. 1, волокна которого содержат электретный заряд (5 15 нкл/см 2 ), позволяет снизить активность Cs 137 в отфильтрованном молоке в 1,5 3 раза, а трансурановых элементов в 2 10 и более раз [2]. По-видимому, электретный заряд волокон в условиях одноразового применения фильтроэлемента успевает реализовать электростатический захват частиц загрязнений, в том числе обладающих избыточным электрическим зарядом вследствие ионизирующего излучения содержащихся в них долгоживущих радионуклидов. Очистка с помощью таких фильтров позволяет повысить радиационную безопасность молока. 1. Кравцов А.Г., Зотов С.В., Савицкий Н.Е., Барановский М.В. Тонкая очистка молока отечественными полимерными фильтрами // Наука и инновации (97), 3, Зубарева А.В., Кравцов А.Г., Наумов А. Д., Зотов С. В., Король Р.А. Способ очистки молока от долгоживущих радионуклидов / Решение о выдаче патента Респ. Беларусь от г. по заявке а от г. 140

158 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ НА ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЮ ПОЛИОЛЕФИНОВ В РАСПЛАВЕ Ю.М. Кривогуз, О.А. Макаренко Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Цель Основной целью работы является изучение влияния различных типов углеродных наноматериалов (УНМ) на протекание свободнорадикальной прививки транс-этилен-1,2-дикарбоновой кислоты (ТЭДК) к полиолефинам (ПО) в процессе реакционной экструзии (РЭ), анализ структуры и свойств функционализированных ПО (ФПО) и их смесей с полиамидом 6 (ПА6). Материалы и методы исследований Объектами исследований служили сополимер пропилена и этилена (с-пп, марка 8332M, содержание звеньев этилена 7 мас.%; производство ОАО «Нижнекамск Нефтехим», Россия), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП, марка Exceed 1018 HA, производства Exxon Mobil, США). При получении смесей ПА6/ФПО в качестве базового полимера использовали ПА6 производства ОАО «Гродно Азот». Для функционализации ПО в качестве прививаемого мономера использовали ТЭДК (С 4 О 4 Н 4, квалификации «ч»); свободнорадикальный инициатор пероксид 1,3-бис (трет- бутилпероксиизопропил) бензол (Perk-14). В качестве УНМ использовали многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), полученные в Институте тепло- и массообмена (ИТМО) НАН Беларуси, нанотрубки NС700 производства компании Nanocyl (Бельгия), а также технический углерод (ТУ N220). При функционализации ПО концентрация прививаемой ТЭДК в экспериментах была постоянной и составляла 1 мас.%. Содержание Perk-14 при прививке к с-пп принимали равным 0,12 мас.% и 0,15 мас.% при прививке к ЛПЭНП. Концентрацию УНМ, вводимых в реакционную смесь, изменяли в диапазоне от 0,01 до 0,3 мас.%. Для приготовления реакционной смеси вначале УНМ подвергали УЗ-диспергированию в среде ацетона (установка УЗДН-1УЧ.2, Россия, ГОСТ , частота 22 кгц, длительность 15 мин, начальная температура 23 С). Затем в полученной дисперсии растворяли требуемое количество инициатора Perk- 14. Далее гранулы ПО обрабатывали этим раствором, тщательно перемешивая их до полного испарения растворителя. После этого их опудривали порошкообразной ТЭДК. Затем осуществляли прививку ТЭДК по технологии РЭ [1]. Результаты и их обсуждение Из анализа экспериментальных данных следует, что все используемые в экспериментах УНМ оказывают влияние на прививку ТЭДК к ПО. По мере повышения концентрации УНМ в реакционной смеси значения эффективности прививки (α) снижаются. При этом зависимости α от содержания УНМ имеют немонотонный характер. В диапазоне концентраций от 0,01% до 0,1% УНМ наблюдаются максимальные значения данного показателя. Степень влияния УНМ определяется их концентрацией и типом. Наибольшее влияние на α оказывают МУНТ, полученные в ИТМО НАН Беларуси. Кроме этого, МУНТ оказывают более сильное воздействие по сравнению с другими УНМ на реологические параметры ПО как в случае функционализации ЛПЭНП, так и с-пп. При свободнорадикальной прививке ТЭДК к ЛПЭНП и с-пп добавки МУНТ, вводимые в количестве 0,1 мас.%, ингибируют побочные процессы как сшивания, так и деструкции макромолекул ПО, в то время как нанотрубки NC7000 и ТУ N220 ингибируют, главным образом, деструкцию с-пп. В докладе анализируются причины влияния УНМ на прививку мономера и побочные реакции в ПО при их функционализации в расплаве. Добавки УНМ оказывают влияние на кристаллическую структуру функционализированных ЛПЭНП и с-пп. Нуклеирующий эффект УНМ в случае функционализации с-пп выражен более ярко. Изменения механических свойств ФПО обусловливаются, главным образом, ходом конкурирующих побочных реакций деструкции и сшивания макромолекул, протекающих при функционализации, на которые заметное влияние оказывают добавки УНМ. В смесях ПА6/ЛПЭНП-п-ТЭДК добавки УНМ способствуют повышению ударной вязкости, причем значения данного показателя на образцах с прямоугольным надрезом выше таковых для образцов с острым надрезом. Смеси ПА6/с-ПП-п-ТЭДК не зависимо от типа УНМ разрушаются хрупко и характеризуются сравнительно невысокими значениями ударной вязкости. Данный результат является следствием интенсивной деструкции макромолекул с- ПП при его функционализации в присутствии УНМ. 1. Krivoguz Yu. M., Makarenko O.A., and Pesetskii S.S. Functionalization of Polyolefin Melts Containing Carbon Nanotubes and Properties of Their Blends with Polyamide 6// J Polym Eng. 2015; DOI /polyeng

160 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ НА СВОЙСТВА ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В.В. Мозгалёв Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; Цель Целью работы являлось определение степени влияния переменных параметров процесса экструзии, таких как состав перерабатываемого материала, давление, температура, интенсивность и продолжительность воздействия на сырье на реологические параметры экструдата, усадку, деструкцию, равномерность распределения частиц наполнителя. Материалы и методы исследований Экструзия представляет собой непрерывный технологический процесс, в результате которого готовые изделия получаются посредством продавливания расплавленного материала сквозь формующий инструмент (фильеру, экструзионную головку). Экструзию, другими словами, можно опередить как комплексный физико-химический процесс, протекающий под воздействием механических усилий и высокой температуры [1]. При изготовлении или подготовке резиновых смесей, в частности при навивке протектора для сверхкрупногабаритных шин (СКГШ), важное значение имеют технологические параметры процесса экструзии (шприцевания), поскольку они влияют на усадку и, соответственно, на геометрические размеры заготовки, а значит и массу протектора. В качестве объектов исследования были выбраны образцы шинных резиновых смесей на основе натурального каучука (НК) назначения протекторбеговая для сверхкрупногабаритных шин и бутадиен-стирольного каучука (БСК) для сельскохозяйственных шин. Испытания проводились с использованием штифтового экструдера холодного питания фирмы Rubicon EEK M-12/70 при различных температурах, давлении и продолжительности воздействии на сырьё. Также исследовалось влияние штифтов на эффективность смешения и качество материала. Для изучения были выбраны реологические параметры экструдата, усадка, деструкция, равномерность распределения частиц наполнителя. Результаты и их обсуждение Динамика течения резиновой смеси в экструдере в значительной степени зависит от количества штифтов, их высоты, размера и конструкции. Изменение данных параметров приводит к изменению характера и интенсивности течения материала, что связано с количеством зон активного смешения. Одновременно с процессом смешения проходят и процессы деструкции, причем как механической, так и термической. Степень протекающих процессов деструкции можно определить косвенными методами, например, по таким показателям как прочность при растяжении и относительному удлинению при разрыве [2]. Было установлено, что для исследуемых резиновых смесей процессы деструкции интенсивно протекают лишь в режимах, для которых характерна повышенная температура и высокое давление в головке. В работе были определены значения величин набухания экструдата, выходящего из фильеры, связанные с эффектом Барруса. Выявлено влияние скорости вращения шнека, температуры по зонам и давление в головке данного экструдера на технологические параметры исследуемых резиновых смесей, а также на основании экспериментальных данных установлена корреляция между данными показателями. Установлено, что именно давление в головке экструдера оказывает наибольшее влияние на исследуемые параметры. Существенное влияние также оказывает и состав резиновой смеси. Было проведено ряд экспериментов, по результатам которых было установлено, что усадка заготовок зависит от дозировки и размера наполнителя: уменьшается при увеличении дозировки наполнителя и увеличивается при уменьшении дисперсности. Однако особое внимание при изучении процесса экструзии на усадку резиновых смесей следует уделять не только количественным, но и качественным показателям наполнителей [2]. Таким образом, можно сделать вывод, что усадка экструдата, наполненного техническим углеродом, хоть и имеет небольшое значение по величине, однако несёт достаточно большую проблему для резиновой промышленности. Наибольшее влияние усадка оказывает при навивке протектора на СКГШ, поскольку даже незначительное изменение его размеров сильно влияет на ходимость, долговечность и эксплуатационные характеристики шины. 1. Корнев А.Е, Буканов А.М., Шевердяев О.Н. Технология эластомерных материалов: учеб. для вузов. Москва: ЭКСИМ, Бартенев Г.М., Зуев Ю.С. Прочность и разрушение высоэластичных материалов. М.: Химия

162 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД В.М. Станкевич 1, А.С. Михневич 2, Ю.М. Плескачевский 3, И.И. Суторьма 1 1 Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь, Гомель, Беларусь; 2 Институт механики металлополимерных систем им В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 3 Гомельский филиал НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Мембранная фильтрация один из наиболее широко распространенных лабораторных и промышленных процессов очистки жидкостей от коллоидных загрязнений [1]. Технологии очистки технологических сред, основанные на мембранных процессах, интенсивно развиваются [2], усовершенствуются процессы мембранной фильтрации и мембранных аппаратов, занятых в этом процессе. Одним из таких способов является фильтрация под давлением, которая позволяет достигнуть более высокой производительности. Наиболее производительными из мембран благодаря небольшой толщине являются трековые. Трековые мембраны (ТМ) характеризуются высокой производительностью, селективностью разделения сред (разброс размеров пор не более ±2%), возможностью регенерации и рядом других преимуществ [1 4]. В настоящее время процессы мембранной фильтрации с использованием ТМ задействованы в многих технологических схемах, и сфера их применения расширяется. Кроме того, для микро- и ультрафильтрации технологических жидкостей в ИММС НАН Беларуси разработан мембранный модуль [5, 6]. Однако конструкция данного фильтрационного модуля не позволяет регенерировать ТМ обратным потоком жидкости или газа с целью повышения долговечности данных фильтрующих элементов, что приводит к разрушению последних. Задачей являлась разработка мембранного фильтрационного модуля, позволяющего повысить долговечность ТМ при очистке технологических сред при повышенных давлениях и обладающего возможностью регенерации ТМ обратным потоком жидкости или газа. Испытания проводили на лабораторной фильтрационной установке. Механическую прочность фильтрующих элементов определяли по перепаду давления фильтруемой среды, при котором образец разрушается. ТМ были изготовлены на основе полиэтилентерефталатной пленки толщиной 10 мкм в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований (ЛЯР ОИЯИ, г. Дубна, Московская область). Диаметр пор ТМ составлял 0,1 мкм. Для использования мембранных материалов в процессах микро- и ультрафильтрации под давлением применяют модули, в конструкцию которых вводят либо отражатель потока фильтруемой среды [1], либо опорный перфорированный диск, либо опорный перфорированный диск с неперфорированным участком [5, 6]. Однако данные модули не гарантируют сохранение механической целостности ТМ, толщина которых составляет мкм, при работе в режиме регенерации ТМ обратным потоком фильтруемой среды с целью повышения долговечности мембран. В результате выполнения работы разработана конструкция мембранного фильтрационного модуля, в котором между входным отверстием и ТМ установлен дополнительный перфорированный диск, содержащий неперфорированный участок, диаметр отверстий в котором меньше на 10 15%, чем диаметр отверстий в опорном перфорированном диске, содержащем неперфорированный участок, расположенном между ТМ и выходным отверстием. Стендовые испытания в режиме регенерации ТМ обратным потоком жидкости или газа показали, что давление разрушения ТМ в режиме регенерации обратным потоком воздуха составило 0,5 МПа, а деионизованной воды 0,35 МПа. Авторы благодарят д.х.н. Апеля П.Ю., заместителя начальника Центра прикладной физики ЛЯР ОИЯИ по научной работе, за предоставленные образцы трековых мембран. Работа выполнена в рамках международного сотрудничества Республики Беларусь в ОИЯИ (шифр /2016 «Радиационные эффекты и физические основы нанотехнологий, радиоаналитические и радиоизотопные исследования на ускорителях ЛЯР»). 1. Брок Т. Мембранная фильтрация / Пер. с англ. М.: Мир Мулдер М. Введение в мембранную технологию / Пер. с англ. М.: Мир Флеров Г. Н. Синтез сверхтяжелых элементов и применение методов ядерной физики в смежных областях // Вестн. АН СССР. 1984, 4, Fisher B.E. and Spohr R. Production and Use Nuclear Tracks: Imprinting Structure on Solids // Revs. Mod. Phys (55), 4, Станкевич, В.М. Мембранный модуль для фильтрации под давлением технологических жидкостей // Материалы, технологии, инструменты (10), 2, Фильтрующее устройство: пат Респ. Беларусь, МПК7 B 01 D 29/05 // Афiцыйны бюл. / Дзярж. пат. ведамства Рэсп. Беларусь. 2005, 2,

164 Отн.ед.инт. ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛИМЕРНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЛЮМИНОФОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СВЕТОДИОДНЫХ ПРИБОРОВ О.В. Урецкая, Н.Е. Дробышевская, Е.Н. Подденежный, А.А. Бойко Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого, Гомель, Беларусь; Цель Для создания люминофорных светопреобразователей, а также люминесцентных меток для защиты посуды и других изделий из полимеров от подделок, были сформированы композиционные материалы полимер-люминофор на основе прозрачных полимеров полипропилена и смеси полиэтиленполипропилен. Материалы и методы исследований В качестве прозрачной матрицы были использованы: полиэтилен высокого давления ПЭВД, полипропилен порошковый. В качестве люминесцентного материала применялись наноструктурированные порошки иттрий-алюминиевого граната, активированные ионами церия, полученные методом горения и прокаленные в воздушной среде до 1100 С. Разработаны основные этапы получения композитов с использованием в качестве пластификатора эвтектической смеси холин хлорида ChCl и сорбитола. Вначале готовится эвтектическая смесь холин хлорида и сорбитола, смешивается и перетирается в ступке, нагретой до 80 С в массовом соотношении холин : сорбитол, равном 2:1, до состояния полупрозрачной жидкости, добавляем к смеси порошок полимера и перемешиваем до состояния однородной смеси. Затем добавляем порошок кристаллического люминофора в количестве 10, 20, 30% от общей массы наполнителя и еще раз тщательно перемешиваем в ступке. После этого отпрессовываем таблетку диаметром 20 мм и толщиной 3 4 мм на ручном прессе и помещаем в вафельницу, закрываем крышку и проводим термообработку при температуре С (рис. 1). Из рассмотрения спектра люминесценции композита «ПЭВД Y 3 Al 5 O 12 :Ce», на длине волны возбуждения 455 нм (излучение синего светодиода), видно, что при облучении образца светодиодом возникает яркое излучение со спектром, идентичным белому свету, что может быть использовано в люминофорных светопреобразователях светодиодных осветительных приборов. Спектры люминесценции образцов 1 3 снимали при длине волны возбуждения 445 нм (рис. 2). Результаты и их обсуждение 1) Разработаны этапы формирования композиционных наноструктурированных люминесцентных материалов, состоящих из матрицы полимера и наноструктурированного порошка иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами церия. 2) Измерены спектры возбуждения и спектры люминесценции модельных образцов композиционных материалов, состоящих из полиэтилена ПЭВД с пластификатором, наполненного наноструктурированным порошком люминофора ИАГ:Се. 3) Композит «полимер наноструктурированный порошок иттрий-алюминиевого граната» может быть предложен в качестве модельной системы с целью создания люминофорных светопреобразователей, а также люминесцентных меток для защиты посуды и других изделий из полимеров от подделок. Рис. 1. Фотографии полученных образцов на основе полиэтилена ПЭВД с наполнителем наноструктурированным порошком Y 3 Al 5 O 12 :Ce: ПЭ1 10 мас.%, ПЭ2 20 мас.%, ПЭ3 30 мас.% 8,5x10 4 ПЭВД с YAG:Ce 8,0x10 4 7,5x10 4 7,0x10 4 6,5x10 4 6,0x10 4 5,5x10 4 5,0x10 4 4,5x10 4 4,0x10 4 3,5x10 4 3,0x10 4 2,5x10 4 2,0x10 4 1,5x10 4 1,0x10 4 5,0x10 3 0,0 Emission Scan = 445 nm Длина волны, нм Рис. 2. Спектры люминесценции образцов 1 3, полученные при длине волны возбуждения 445 нм exc обр.1 обр.2 обр.3 148

166 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В.М. Шаповалов 1, С.Г. Кудян 2, В.И. Ткачев 3 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 2 РУП СКТБ «Металлополимер», Гомель, Беларусь 3 КУП «Спецкоммунтранс», Гомель, Беларусь В настоящее время в мировой практике особое место занимает разработка новых материало- и ресурсосберегающих технологий, базирующихся на процессах переработки отходов полимеров. Однако в Беларуси перерабатывается порядка 10 15% полимерных отходов, образуемых в твердых коммунальных отходах. Поэтому проблема увеличения объемов их переработки обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и, прежде всего, с увеличивающимся дефицитом первичного сырья, которое изготавливается из нефтепродуктов. В то же время использование отходов полимеров позволяет существенно экономить первичное сырье (прежде всего нефть) и электроэнергию, необходимых для получения первичных полимеров. При этом в процессе утилизации и переработки полимерных отходов достигается получение дополнительного количества потребительских продуктов для различных отраслей народного хозяйства без повторного загрязнения окружающей среды. В связи с этим переработка полимерных отходов является не только экономически целесообразным, но и экологически предпочтительным решением проблемы их использования. Исходя из концепции о более полном использовании полимерных отходов важным является разработка и внедрение в Республике Беларусь новых технологий путем разработки специализированного оборудования по сортировке, измельчению и отмывке загрязненных вторичных полимерных материалов, а также использования при их переработке активных модификаторов, обеспечивающих повышение их физико-механических характеристик, близких к уровню первичных полимеров. Предварительно проведенные исследования позволили установить, что применительно к переработке полимерных отходов необходимо учитывать предисторию их образования (наличие в нем остатков катализаторов, стабилизаторов, загрязнений) для обоснования возможности их использования при создании композитов и разработки научно обоснованных подходов для регулирования их физико-механических и технологических свойств. Наряду с рецептурнотехнологическими проблемами вторичной переработки полимерных отходов, его эффективность во многом зависит от уровеня научно-технической оснащенности. Поэтому разработка новых технологий утилизации и создание специализированного энергосберегающего перерабатывающего оборудования являются важными задачами в решении этой проблемы. Одним из путей увеличения жизненного цикла вторичных полимеров является подход, основанный на использовании комплексных модификаторов, т.е модификаторов, способных инициировать повышенный уровень эксплуатационных свойств вторичного полимера как в процессе переработки, так и при его эксплуатации в изделии. В особенности это важно учитывать для полимерного сырья, получаемого при сортировке и мойке полимерных материалов, образуемых в твердых коммунальных отходах. В результате такого подхода достигается получение ценного полимерного сырья, обеспечивающего не только замену и экономию первичного полимерного сырья (соответственно уменьшение углеводородного сырья), но и решение экологических проблем. При этом повышение качества полимерного сырья из отходов потребления практически всегда будет способствовать расширению номенклатуры изделий, что будет способствовать получению конкурентноспособной продукции технического назначения. Часть полимерных отходов, не способных к переработке, можно подвергать сжиганию в специальных печах, что позволит получать дополнительную энергию и тепло. 150

168 СЕКЦИЯ 3. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫТЕКАНИЯ МАСЛА ИЗ ВОЛОКНИСТО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В.Ю. Шумская 1, Л.А. Калинин 1, В.В. Снежков 2 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 2 ОДО «Научно-технический центр ЛАРТА», Гомель, Беларусь Работа фильтров-коалесцеров, обеспечивающих очистку рабочих сред путем улавливания водно-масляной аэрозоли, лимитируется процессом вывода масла из пористой структуры материала фильтра. Целью работы было изучение процесса самоочистки фильтрующих полимерных материалов различных типов отличающихся пористостью, морфологией, структурой. Для изучения этого процесса был проведен модельный эксперимент по стеканию масла из различных нетканых материалов. Исследовались образцы из иглопробивного арселонового материала «Филарс», синтепона на основе волокна из ПЭТФ, иглопробивного материала из ПЭТФ, волокнистопористого фторопласта «Грифтекс» и группы 5 видов волокнисто-пористых материалов (ВПМ) из полипропилена, полученных методом пневмоэкструзии (melt-blown) различной плотности и структуры. Для каждого материала предварительно определялась поверхностная плотность, толщина, пористость. Использовались масла: вакуумное марки ВМ-4 (ТУ ), индустриальное масло И-20 (ТУ ), турбинное ТП-22 (ТУ У ). Регистрировалась скорость движения масла как вдоль, так и поперек волокон ВПМ. Эксперименты проводились в одинаковых климатических условиях. При изучении движения масла вдоль волокон ВПМ образец в течение 30 мин пропитывался в ёмкости с маслом. Заполненный маслом образец подвешивался на установленный на весах штатив и фиксировалась скорость убыли массы образца. Скорость протекания масла, поперек волокон, через слой ВПМ изучалась на ячейке в виде цилиндра высотой в 200 мм с перфорированной нижней частью, вокруг которой был обернут слой ВПМ. Масло наливалось в ячейку до примерно постоянного уровня, а вытекающее масло собиралось в установленный на весах стакан. Установлено, что скорость вытекания масла из слоя носит экспоненциальный характер и зависит от поровой структурой материала и её устойчивости. Наиболее легко отдают масло жесткие материалы типа полипропилен. Характерно, что по мере вытекания масла во всех образцах остается «масляная ванна», в которой практически все поры заполнены маслом, а ее высота зависит от поровой структуры и может колебаться от 10 до 100 мм. Мягкие материалы, в которых волокна не скреплены между собой, при пропитывании маслом за счет действия капиллярных сил резко сжимаются, что приводит к существенному снижению пористости. Таким образом, для эффективного функционирования, фильтр-коалесцер должен быть изготовлен из максимально жесткого ВПМ состоящего из скрепленных между собой волокон. 152

170 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СВЕТОСТОЙКИЕ ПОЛЯРИЗУЮЩИЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА Я.В. Акулич, Т.Г. Космачева, Н.А. Иванова, В.Е. Агабеков Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Цель Получение на основе поливинилового спирта (ПВС) светостойких поляризующих пленок с расширенным спектральным диапазоном. Материалы и методы исследований Объектами исследований являлись йодсодержащие поляризующие пленки на основе ПВС марки «Mowiol 28-99», модифицированные дихроичными органическими красителями. Исходная композиция для отлива ПВС-пленок, представляет собой водно-спиртовой раствор полимера, содержащий KI (дихроичный агент), глицерин (пластификатор), KBr, борную кислоту и тетраборат натрия (желирующие добавки) [1]. Принцип действия йодного поливинилспиртового поляризатора основан на дихроизме поглощения анизотропного комплекса ПВС йод [2 3]. Для получения йодных ПВС-пленок, обладающих высокой поляризующей способностью в ближних УФ- и ИК-областях, в композицию были введены коммерческие красители хризофенин и IR-806. Устойчивость ПВС-пленок к воздействию света оценивали при облучении лампой Osram 300W Ultra-Vitalux (имитатор солнечного света) в течение 100 часов. Спектральные зависимости поглощения, пропускания и поляризующей способности (ПС) пленок в поляризованном свете регистрировали на спектрофотометре Ocean Optics HR 4000 CG. Результаты и их обсуждение Традиционный йодный поляризатор без добавок красителей обладает поляризующей способностью 90% в интервале длин волн нм (рис. 1). Установлено, что облучение заметно сужает рабочий диапазон йодной ПВС-пленки в видимой и ближней ИК-областях спектра (рис. 1), в то время как модифицированная пленка проявила в данном спектральном диапазоне повышенную стойкость к облучению (рис. 2). Выводы Йодные поливинилспиртовые пленки, модифицированные красителями хризофенином и IR-806, эффективно поляризуют свет в расширенном спектральном диапазоне нм (ПС составляет 90%) и они устойчивы к облучению светом, имитирующим солнечный, в течение 100 часов. Введение в йодную ПВС-композицию по 0,01 мас.% красителей позволяет расширить спектральный диапазон работы пленки нм (рис. 2). Рис. 1. Поляризующая способность йодной ПВС-пленки: 1 до облучения, 2 после 100 ч облучения Рис. 2. Поляризующая способность йодной ПВС-пленки, модифицированной красителями IR-806 и хризофенином: 1 до облучения, 2 после 100 ч облучения 1. Агабеков В.Е., Арико Н.Г., Иванова Н.А. Пленочные поляризаторы для жидкокристаллических устройств отображения информации / Весцi НАН Б, серыя хiмiчных навук. 2002, 4, Oishi Y. and Miyasaka K. Formation of Poly(vinyl alcohol)- Iodine Complex in Water Swollen Films on Extension // Polym. J (19), no. 3, Kojima Y., Furunata K.-I., and Miyasaka K. Sorption and Permeation of Iodine in Water-Swollen Poly(vinyl alcohol) Membranes and Iodine Complex Formation // J. Appl. Polym.Sci (30), no. 4,

172 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РОТОРЫ КАК СРЕДСТВО КОНТРОЛЯ СТАДИЙ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПРОЦЕССА А.В. Бобров, Ю.С. Марфин, Е.В. Румянцев Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия; Золь-гель технология один из простых и эффективных способов получения гибридных материалов с органическими красителями. Такие материалы можно использовать в лазерной технике (как преобразователи излучения), в фотовольтаике, в качестве ph сенсоров и сенсоров на тяжелые металлы, а также использовать их как замену жидкофазных систем на твердотельные аналоги. Спектральные и морфологические свойства материалов сильно зависят от условий синтеза и пост синтетической их обработки. Один из важнейших параметров золь-гель системы, а именно ее динамическая вязкость увеличивается при переходе истинного раствора в золь и, в дальнейшем, в гель. Тем не менее, измерение вязкости подобных систем в процессе синтеза стандартными методами неэффективно, так как само по себе измерение влияет на морфологию материала. В связи с этим использование флуоресцентных молекулярных роторов является эффективным способом динамического контроля материалов в процессе синтеза. Синтезированные материалы с включением молекулярных роторов в дальнейшем могут быть использованы в качестве сенсорных систем. В работе были получены 4 полимерных матрицы на основе диоксида кремния и его органомодифицированных аналогов. В качестве прекурсоров использовали тетраэтоксисилан (ТЭОС), фенилтриэтоксисилан (ФТЭОС), аминтриэтоксисилан (АТЭОС) и октилтриэтоксисилан (ОТЭОС). В реакционную смесь добавляли один из 8-замещенных борфторидных комплексов дипиринов (bodipy), который является флуоресцентным молекулярным ротором. В процессе протекания реакции синтеза матрицы фиксировали изменения спектральных свойств (поглощение и флуоресценция) ротора, находящегося в золь-гель системе. Возможность использования данного ротора для контроля процессов полимеризации определяли по изменениям квантового выхода флуоресценции со временем. Во всех образцах в процессе синтеза матрицы спектральные свойства введенного в ее состав красителя изменяются. Изменение различаются для матриц различной природы. В случае матриц на основе ТЭОС зависимость квантового выхода флуоресценции от времени носит прямолинейный характер: со временем происходит увлечение интенсивности флуоресценции и квантового выхода флуоресценции. В системах из ФТЭОС, где зависимость носит экстремальный характер, это связано с тем, что фенильная группа ротора вступает во взаимодействие с фенильным заместителем в составе матрицы. Вероятно, происходит взаимодействие между электронными системами соответствующих фенильных заместителей. Для систем, полученных из АТЭОС и ОТЭОС чётко выраженной зависимости не наблюдается. Работа выполнена при поддержке стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики ( г.) СП и гранта РФФИ

174 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИЗНАШИВАНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ П.Н. Богданович, Д.А. Близнец, М.Ю. Коднянко Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь; Твердые материалы при распиливании абразивным инструментом подвергаются многократному импульсному механическому и тепловому воздействию, приводящему к усталостному разрушению прилегающих к зоне резания областей. При превышении критических режимов нагружения процесс разрушения может стать неуправляемым. Так, при изготовлении изделий из сапфира, стекла и алмаза могут возникать дефекты, трещины, термораскалывание, графитизация алмаза и ухудшение его цветовых характеристик [1 3]. Цель исследование влияния режимов обработки на качество поверхности распила твердых материалов. Материалы и методы исследований. Исследования проводились на высокоскоростной (до 100 м/с) машине трения по схеме контакта пластинка цилиндрическая поверхность вращающегося диска, содержащая абразив. Диск диаметром 76 мм и толщиной 0,05 0,07 мм изготавливался из бронзы БрОФ6,5-0,15, а шаржирование его рабочей поверхности осуществлялось алмазным порошком АСН20/14. В качестве приемника теплового излучения использовались тепловизор IR SnapShot и оптико-электронный преобразователь. Результаты их обсуждение. Изучено распределение поверхностной температуры сапфира вблизи зоны резания и показано, что максимального значения она достигает не в зоне контакта абразивного инструмента с сапфиром, а на некотором расстоянии (около 1 мм) впереди нее. Такой эффект смещения максимума температуры от зоны контакта сапфира с абразивными зернами может быть обусловлен тем, что генерируемая при распиливании теплота отводится от зоны резания быстро вращающимся бронзовым диском, обладающим высокой теплопроводностью. При тяжелых режимах нагружения (~5 МПа) наличие максимума температуры впереди зоны резания может привести к появлению трещины, ее неуправляемому росту и термораскалыванию, что в итоге становится причиной выбраковки изделия. С увеличением нагрузки и частоты вращения диска максимум поверхностной температуры Т пов монотонно возрастает. При распиливании силикатного стекла Т пов может превышать 100 С, а алмаза достигает 400 С. Такие значения Т пов, указывают на то, что температура на единичных пятнах контакта абразивной частицы с заготовкой будет импульсно повышаться до существенно более высоких значений. В частности, при распиливании алмаза температура вспышки может вызывать локальную графитизацию поверхностного слоя. Для алмаза характерна существенная зависимость температуры от его напряженного состояния и направления распила. В целом Т пов алмаза при близких режимах нагружения в 2 10 раз превышает Т пов стекла и сапфира. Причина в том, что алмаз приводит к более интенсивному износу и затуплению режущих кромок абразивных частиц, что сопровождается ростом тепловыделения в контакте. Отмечено, что трение абразивных частиц и диска о поверхность распила сопровождается ее разрушением. Модельные эксперименты по влиянию режимов нагружения и, как следствие, температуры, на разрушение поверхности распила были выполнены на пластинках из силикатного стекла. Установлено, что поверхности распила содержат продольные бороздки от абразивного изнашивания, адгезионные вырывы, подповерхностные трещины, области хрупкого разрушения и усталостного изнашивания. По мере повышения скорости скольжения абразивных частиц по изнашиваемому материалу (до ~10 м/с) и нормальной нагрузки увеличивается глубина бороздок, размеры и число адгезионных вырывов и областей хрупкого разрушения. При последующей обработке поверхности распила это приводит к необходимости съема более толстого слоя заготовки и к нерациональному расходу сырья. Наиболее опасным дефектом является наблюдаемое при высоких скоростях и нагрузке появление усталостных микротрещин, ориентированных перпендикулярно поверхности распила и растущих вглубь изделия. В отдельных случаях впереди зоны резания (область максимума поверхностной температуры) вследствие высоких термических напряжений па поверхности стекла образуются сколы. Выводы. При распиливании твердых материалов абразивным инструментом вспышки температуры в контакте с абразивными частицами достигают значений, способных вызывать локальную деструкцию материала. Максимум поверхностной температуры достигается не в зоне резания, а в подповерхностном слое, что способствует термораскалыванию изделия и хрупкому разрушению материала в этом слое. С повышением нагрузки и скорости скольжения абразивных частиц увеличиваются вероятность образования и глубина распространения трещин усталости на боковых поверхностях распила. 1. Petrokovets M.I., Bogdanovich P.N., and Tkachuk D.V. Thermal Instability of Friction Pairs // Problemy Eksploatacji (30), no. 3, Bogdanovich P.N. and Tkachuk D.V. The Influence of Overlapping Factor on Temperature Field in Friction Units // Tribologia. 2001, no. 2, Епифанов В. И., Кононенко В. И., Солтан А. В. Измерение температуры при распиливании кристаллов природного алмаза // Алмаз. 1973, 4,

176 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. НОВЫЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЦИКЛОПРОПАН И ЭПОКСИСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРЫ К.Г. Гулиев, А.М. Алиева, Р.В. Джафаров, Р.М. Искендерова, А.М. Гулиев Институт полимерных материалов НАН Азербайджана, Сумгайыт, Азербайджан; quliyev.kazim.pm Полимеры, содержащие в макромолекулах метакрилатные производные полимера или циклопропановые звенья с полярными заместителями в цикле представляют большой интерес, поскольку характеризуются сбалансированным комплексом свойств, в том числе и фоточувствительностью, и могут использоваться в полимерных резистных материалах в микроэлектронике. Одним из путей получения полимеров, содержащих циклопропановые звенья с реакционноспособными функциональными группами, включая циннаматные фрагменты, является сополимеризация синтезированных новых мономеров. Циклопропан содержащие полимеры с функциональными заместителями в макроцепи характеризуются такими ценными свойствами, как высокими физико-механическими, хорошими плёнкообразующими, адгезионными и высокой фоточувствительностью. Эти свойства делают весьма перспективными фотополимерные материалы в микроэлектронике [1 3]. В работе предложена новая стратегия синтеза получения функционального замещённого полициклопропилстирола с боковыми реакционноспособными циклопропановыми, циннаматными и глицидильными группами. В данной работе мы впервые осуществляли сополимеризацию (п-винилфенил)циклопропилметилциннамата (ФЦПЦ) с глицидилметакрилатом (ГМА). С целью создания фоточувствительных циклопропан и эпоксисодержащих полимеров синтезирован новый мономер ФЦПЦ (М 1 ), изучена его радикальная сополимеризация с ГМА (М 2 ) и литографические свойства. CH 3 + CH 2 =C DAK X Y CH 3 C C n C C Y X O O X= CH 2 OC CH CH C 6 H 5, Y= C OCH 2 CH CH 2 O Радикальную сополимеризацию указанных мономеров проводили в ампулах в гомогенных условиях в растворе в бензоле в присутствии динитрилазоизомасляной кислоты (ДАК) при температуре 70 С в течение 5 часов в атмосфере азота. ФЦПЦ и ГМА вводили в реакционную смесь в различном мольном соотношении. По завершении реакции m синтезированный сополимер с боковыми реакционноспособными группами осаждали из раствора бензола в диэтиловом эфире: выпавший сополимер промывали на фильтре эфиром и сушили в вакууме при температуре 30 С. Для определения состава полученного сополимера анализировали содержание двойных связей по бромному числу. Состав и структура синтезированных ФЦПЦ и его сополимера установлены методом элементного анализа, ИК- и ПМР-спектроскопией. По данным спектроскопии сополимеризация ФЦПЦ с ГМА протекает только за счёт раскрытия двойных связей винильных групп с сохранением остальных реакционноспособных функциональных групп. Для оценки полимеризационной активности ФЦПЦ были рассчитаны значения констант относительной активности мономеров по составам исходной мономерной смеси по методу Файнмана- Росса и параметры Q e по Алфрею и Прайсу. Найденны значения констант сополимеризации мономеров М 1 и М 2 (r 1 = 1,07, r 2 = 0,4) и рассчитанны параметры Q e (Q 1 = 2,5, е 1 = 0,9). Найденны значения относительной активности свидетельствуют о большей реакционной способности ФЦПЦ по сравнению с ГМА, r 1 > r 2. Выявлено, что это связано с влиянием заместителя у циклопропанового кольца на электронную плотность двойной связи винильной группы. Рассчитанные значения параметров Q e при сополимеризации с ГМА указывают на возросшее сопряжение в мономере ФЦПЦ, связанное с влиянием заместителя циннаматного фрагмента, обусловливающего высокую реакционную способность мономера и более низкую реакционную способность радикалов. Молекулярную массу сополимера оценивали по значению характеристической вязкости (η = 0,70 дл/г). Установлено, что синтезированный сополимер обладает хорошей адгезией к подложке, малой дефектностью (0,2 0,3 деф/см 2 ) плёнок, высокой фоточувствительностью (48 56 см 2 /Дж). 1. Вайнер А.Я., Дюмаев К.М. Метакрилатные производные карбоксилсодержащих полиимидов: синтез и фотохимические превращения // Физическая химия (396), 3, Гулиев К.Г., Пономарёва Г.З., Гулиев А.М. Синтез и свойства эпоксисодержащих полициклопропилстиролов // Высокомолекулярные соединения (49), 8, Гулиев К.Г., Алиева А.М., Гулиев А.М. Синтез и полимеризация (n-винилфенил)циклопропилметилциннамата // Журнал прикладной химии 2013 (86), 1,

178 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА КИНЕТИКУ ВУЛКАНИЗАЦИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ Р.М. Долинская 1, Н.Р. Прокопчук 1, Ю.В. Коровина 2 1 Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; 2 ОАО «Беларусьрезинотехника», Бобруйск, Беларусь Целью данного исследования является изучение влияния модификаторов на свойства резиновых смесей для получения изделий методом инжекционного литья. Исследование влияния различных модификаторов вязкости проводили для резиновых смесей на основе БНКС-18АМН и БНКС-28АМН сополимеров бутадиена и нитрила акриловой кислоты 18% и 28% соответственно. В качестве модифицирующих добавок в работе исследовались 4 типа модификаторов различной природы: 1) Низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ); 2) DispergatorFl; 3) INT 159; 4) MediaplastWH. НМПЭ улучшает реологические характеристики резиновой смеси и способствует улучшению ее текучести. Определение изменения массы образца после воздействия агрессивных сред проводили согласно ГОСТ Определение коэффициента морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 20 С и минус 45 С проводили в соответствии с ГОСТ С помощью вибрационного реометра получены вулканизационные характеристики и кинетические кривые. Изменение состава и содержания некоторых ингредиентов даже в небольших количествах способно ускорить или замедлить процесс образования пространственной сетки вулканизата. Результаты исследования приведены в таблице. При добавлении DispergatorFL существенно улучшается текучесть резиновой смеси припереработке ее в изделия, играет роль внутренней и внешней смазки. Добавка INT 159 способствует улучшению диспергирования наполнителей и улучшению текучести смесей. Mediaplast WH применяется как диспергирующее вспомогательное вещество, как усилитель литьевой способности смеси и гомогенезатор для резиновых смесей. Определение вязкости резиновых смесей и их склонности к преждевременной вулканизации проводили на ротационном вискозиметре Муни MV 2000 согласно ГОСТ При использовании модификатора INT 159 в составе эластомерных композиций показатели минимального и максимального крутящего момента, времени начала вулканизации выше, чем при использовании других исследуемых модификаторов. Таким образом наилучший комплекс свойств достигается при использовании в рецептурах резиновых смесей с использованием модификатора INT 159. Но ввиду того, что НМПЭ по комплексу свойств незначительно уступает модификатору INT 159, а модификатор НМПЭ производится в Беларуси, наилучший комплекс физико-механических свойств имеют модифицированные композиции, содержащие 2,00 мас.ч. НМПЭ на 100 мас.ч. каучука. Наименование добавки Таблица. Результаты испытаний резиновых смесей на безроторном реометре МDR 2000 Режим испытания, С min Минимальный крутящий момент (МL), dnm Максимальный крутящий момент (МН), dnm Время начала вулканизации (t s ), min:sec резиновая смесь на основе каучука БНКС-18АМН Время достижения оптимальной степени вулканизации (t 90 ), min:sec Скорость вулканизации, R, dnm/min без добавки ,69 28,31 0:26 1:39 41,5 НМПЭ ,07 26,01 0:28 1:38 48,1 Dispergator FL ,61 26,49 0:24 1:37 40,1 INT ,93 27,90 0:26 1:34 45,2 Mediaplast WH ,24 24,35 0:29 1:38 33,5 резиновая смесь на основе каучука БНКС-28АМН без добавки ,20 35,70 0:24 1:34 42,4 НМПЭ ,90 33,20 0:25 1:29 43,1 Dispergator FL ,57 33,72 0:22 1:32 40,7 INT ,89 34,98 0:24 1:30 44,2 MediaplastWH ,49 30,21 0:27 1:35 39,4 162

180 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. НОВАЯ МОДИФИЦИРОВАННАЯ ЭПОКСИДИАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ М.В. Журавлева, Э.Т. Крутько, Т.А. Жарская Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; Цель Целью данной работы являлась разработка и исследование новых лакокрасочных материалов на основе промышленно производимой эпоксидиановой смолы с улучшенными антикоррозионными свойствами. Материалы и методы исследования Объектом исследования являлась промышленно производимая эпоксидная смола Э-41 в растворе (Э-41р) (ТУ ), представляющая собой раствор смолы Э-41 с массовой долей (66 ± 2)% в смеси ксилола с ацетоном в соотношении 4 : 3 по массе. Раствор смолы Э-41 в смеси ксилола с ацетоном (смола Э-41р) применяется для изготовления лакокрасочных материалов различного целевого назначения. Смола Э-41р относится к среднемолекулярным (мол. масса ) эпоксидным диановым смолам. Ее плотность (1,03 1,06) г/. Продукт сополиконденсации низкомолекулярной эпоксидной смолы Э-40 с дифенилолпропаном. В качестве модифицирующего компонента применяли олигоаминобициклогептенимидофенилен (ОАИФ) формулы: пленки на различные подложки. Водостойкость определяли путем визуальных наблюдений изменения внешнего вида защитного покрытия и появления подпленочной коррозии на стальных субстратах в процессе экспозиции стальных пластин с лаковым защитным слоем в водопроводной воде при нормальных условиях и при 100 С (кипячении). Водопоглощение определяли путем оценки сорбционной способности лакового покрытия по отношению к воде. Результаты и их обсуждение В защитной плёнке формируемого покрытия структурообразование происходит более эффективно, в системе полимера формируются полисопряжённые олигофениленовые участки с повышенной адгезией к защищаемой поверхности за счет молекул олигоаминобициклогептенимидофенилена. Таблица 1. Защитные свойства исследуемых покрытий Параметр 0,1% 0,5% 1% Не модифиц. ОАИФ ОАИФ ОАИФ Водостойкость при 100 С, ч Появление подпленочной коррозии, сутки Водопоглощение, % 0,3 0,4 0,2 4 NH 2 O C C где n = 2 3 Пленкообразующие композиции получали путем введения в Э-41р 10%-ного раствора модификатора в диметилформамиде в диапазоне концентраций 0,1 1 мас.% с последующим перемешиванием до однородной массы. Использовали отвердитель марки Э-45 (ТУ с измен. 2) раствор низкомолекулярной полиамидной смолы в ксилоле в количестве 14% от массы сухого остатка смолы. Из вышеуказанных растворов отливали N C C O n Как видно из данных таблицы, лучшие результаты по водостойкости, водопоглощающей способности, а также антикоррозионной устойчивости, оцениваемой по времени отсутствия появления подпленочной коррозии, получены для композиций содержащей 1% модификатора. Так, в сравнении с не модифицированной композицией предлагаемая новая имидосодержащая эпоксидная композиция обеспечивает увеличение водостойкости формируемого покрытия в 4 раза, снижение водопоглощения с 4 до 0,2%, увеличение продолжительности отсутствия подпленочной коррозии (антикоррозионная устойчивость) вдвое (с 30 до 60 суток). Использование предлагаемого изобретения на предприятиях судо- и машиностроительной промышленности, а также в нефтеперерабатывающей отрасли позволяет увеличить долговечность получаемых защитных покрытий, а, следовательно, и продолжительность эксплуатации изделий и устройств, повышая тем самым их конкурентоспособность. 164

182 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ИНГИБИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АНТИОКСИДАНТОВ В НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИТАХ Д.Г. Лин 1, Е.В. Воробьева 1, В.М. Шаповалов 2 1 Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины, Гомель, Беларусь; 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Для замедления процессов окисления (или старения) в полимерные материалы вводят антиокислительные добавки или антиоксиданты (АО). АО являются дорогостоящим продуктом, достаточно дорог и синтез новых более эффективных антиокислительных добавок. По этим причинам максимальное использование ингибирующего потенциала существующих промышленных АО является экономически обоснованным. Цель настоящей работы разработка эффективных методов увеличения ингибирующей способности промышленных АО, вводимых в состав полимерных композитов, содержащих инертные к окислению полимеров дисперсные наполнители (НП). В качестве основного объекта исследований использовали порошкообразный нестабилизированный полиэтилен (ПЭ) низкого давления (ПЭНД, ГОСТ , марка ), в который вводили фенольный АО ирганокс 1010 (4-окси-3,5- ди-трет-бутилпропионовой кислоты пентаэритриновый эфир) и аминный АО неозон Д (2- фенилнафтиламин). Введение АО и НП в ПЭ осуществляли с использованием растворителя (ацетон). Из полученных после высушивания полимерных композиций методом термического прессования получали полимерные пленки толщиной 100 мкм. Степень окисления полимерных пленок оценивали по ИК-спектрам пропускания пленок, используя коэффициент экстинкции полосы 1720 см 1. По продолжительности индукционного периода окисления образцов судили об окислительной стойкости полимера и эффективности АО. В ходе работы был сопоставлен эффект ингибирования полиэтилена при двух вариантах введения АО. В первом варианте (вариант I) раствором АО смачивали порошок НП, который затем вводили в полимер. Во втором (вариант II) раствором АО обрабатывали порошок полимера, из которого после высушивания растворителя получали пленки для исследований. НП в данном случае вообще не использовался. Очевидно, что второй вариант получения ингибированных пленок отличался более равномерным распределением АО в объеме полимера и можно было ожидать, что в этом случае и антиокислительный эффект будет выше. Однако вариант II оказался более эффективным только для фенольного АО. Эффективность неозона Д была выше в образцах, поученных по варианту I. На наш взгляд, такой эффект связан с высокой летучестью неозона Д [1] и использование наполнителя позволяет снизить непроизводительные потери АО. На основе проведенных исследований можно предложить некоторые обобщенные технологические рекомендации по способ полимерных композитов, позволяющие увеличить ингибирующую способность промышленных АО (рис. 1). АО подверженный процессам испарения Проведение операций, обеспечивающих адсорбцию АО на поверхности частиц НП Введение модифицированного наполнителя в термопласт (АО+НП) Оценка физических свойств АО ПЭ АО не подверженный процессам испарения Равномерное распределение АО в объеме матрицы полимера (н-р, полиэтилена) Введение наполнителя в ингибированный полиэтилен (АО+ПЭ) Композиционный материал, с повышенным периодом эксплуатации Рис. 1. Последовательность операций по получению ингибированного материала на основе полиэтилена При создании полимерной композиции, вначале необходимо исследовать склонность АО к испарению (летучесть, волатильность АО) из пленки полимера при температурах эксплуатации изделий. Именно этот фактор определяет последовательность операций в технологическом процессе получения композита. Если АО летуч (например, неозон Д), то его необходимо осадить на поверхности частиц, а затем комплексную добавку ввести в полимер (рис. 1). Другую схему формирования композита следует применять при использовании летучих АО (например, ирганокс 1010). В этом случае АО вначале добавляют к полимеру, обеспечивая равномерное распределение добавки в объеме материала, а затем, если необходимо, вводят НП (рис. 1). 4. Lin D.G., Vorobyova E.V. and Shapovalov V. M. Influence of Chemically Inert Fillers on the Efficiency of Polyethylene Inhibition by Antioxidants // Russian Journal of Applied Chemistry (87), no. 7, НП 166

184 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРИСТЫХ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Н.С. Лукичева, А.Ю. Кузнецов Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, Санкт-Петербург, Россия; Разливы нефти и нефтепродуктов наносят ощутимый вред экосистемам, приводят к негативным экономическим и социальным последствиям. Эта проблема может быть успешно решена путем применения сорбентов для сбора нефтяных загрязнений. Цель данной работы заключалась в получении сорбентов-поглотителей нефтепродуктов и исследовании их свойств. Слоистые композиты получали с использованием фенолоформальдегидной смолы (ФФС). нетканого углеродного материала на основе гидратцеллюлозы (НУМ) и интеркалированного графита (ИГ) в качестве наполнителя. Слои ФФС, НУМ и ИГ чередовались в объеме композита. Термообработку осуществляли в муфеле при Т = 900 С в течение 2 минут и 2,5 минут. Были получены композиты с массой интеркалированного графита от 1 г до 6 г. В процессе термообработки интеркалированного графита за счет образования газообразных продуктов между графитовыми слоями возникает внутрислоевое давление, и газопаровая фаза выходит из графитовой матрицы как вдоль графитового слоя, так и перпендикулярно ему. Происходит разрыв и подвижка графитовых слоев вплоть до образования пеноподобной структуры, что придает дополнительную пористость композиционному материалу. Проведены исследования по изучению сорбционных свойств, полученных слоистых композиционных материалов по отношению к нефти. Выявлено, что наилучший результат по сорбционной емкости (СЕ = 28 г/г) имеет композит, полученный за время процесса термообработки 2 минуты и с массой интеркалированного графита 5 г. Таким образом, композиционные материалы на основе фенолоформальдегидной смолы (ФФС), нетканого углеродного материала на основе гидратцеллюлозы и интеркалированного графита (ИГ) являются эффективными сорбентами для сбора нефти и нефтепродуктов. Работа выполнена в соответствии с грантом «Разработка фундаментальных и прикладных основ получения наноструктур, полимерных и композиционных материалов со специальными свойствами» 2014/186 проект 2233 под руководством проф., д.т.н. А.А. Лысенко. 168

186 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ПОРИСТЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛЬНОЙ СМОЛЫ Я.О. Перминов, И.А. Кобыхно, А.А. Лысенко Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, Санкт-Петербург, Россия Многие современные технологии связаны с получением или обработкой материалов при высоких или сверхвысоких температурах (от 1000 до 3000 С). Примерами таких технологий могут служить закалка металлов и сплавов ( С) [1], термохимическое азотирование и цементация ( С), процесс получения углеродных волокон (до 3000 С) [2], синтез углеродных нанотрубок и фуллеренов (3000 С) [3] и т.д. Для осуществления высокотемпературных процессов при конечных температурах термообработок (КТТО) выше 1200 С чаще всего используются специальные высокотемпературные печи сопротивления, работающие в средах инертных газов либо в вакууме. Важнейшими элементами таких печей являются нагревательные элементы и теплоизоляция. Разработка новых видов теплоизоляции важная и актуальная задача, так как эффективность теплоизоляции влияет на многие технические характеристики вес оборудования, равномерность прогрева, энергосбережение, возможность использовать более высокотемпературные процессы. Кроме того толщина и теплопроводность теплоизоляции довольно сильно влияет на скорость нагрева и остывания печи [4]. Цель Целью работы являлось получение пористых углерод-углеродных композиционных материалов и изучение их теплозащитных свойств. Материалы и методы исследований В работе использовали следующие реактивы: смола фенолоформальдегидная СФЖ-309, паратолуолсульфокислота, гидрокарбонат натрия, технический углерод марки П-705. Измерения общей пористости и кажущейся плотности проводили согласно ГОСТ , открытую пористость определяли по водопоглощению в соответствии с ГОСТ Для косвенной оценки теплозащитных свойств производилось сравнение перепада температур между лицевыми гранями образцов при равной тепловой нагрузке (нагреву при 400 С в течении 1 часа) и толщине образцов (1,5 см), в качестве эталонов были выбраны материалы с известной теплопроводностью (сталь 45, асбест). Результаты и их обсуждение В ходе работы был получен ряд образцов с кажущейся плотностью 0,17 0,40 г/см 3, с общей пористостью до 78%, с открытой пористостью до 62%, перепад температур между лицевыми гранями образцов составил С, введение 0,5% технического углерода позволило добиться повышения выхода углеродного остатка на 15% при одновременном снижении усадки на 30% по сравнению с ненаполненными образцами. Полученные композиты показали себя перспективным материалом для низкоплотной высокотемпературной теплоизоляции. Публикация подготовлена по материалам исследований, выполняемых в рамках контракта ЮВК от г. 1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия. 1976, Конкин А. А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. М.: Химия. 1974, Morgan P. Carbon Fibers and Their Composites. Taylor & Francis Group, LLC Погребисский М.Я. Разработка способов и систем регулирования температуры электропечей сопротивления с улучшенными энергетическими показателями: Автореферат дис.... канд. тех наук. М

188 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КАПСУЛИРОВАНИЕ МИКРОЧАСТИЦ ВОЛЬФРАМА В ПОЛИСТИРОЛ А.В. Смирнов, И.В. Синёв Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия; Композиционные металл-полимерные материалы имеют перспективы широкого применения в акустике. Совершенствование композиционных материалов требует пристального внимания к методам их формирования [1,2]. При формировании металлполимерного 0-3 композита с включениями микрои наночастиц возникает ряд трудностей: неравномерность распределения тяжелых металлических микрочастиц по объему полимерной матрицы, агломерация наночастиц и налипание их на микрочастицы. Одним из способов предотвращения агломерации наночастиц и образования локальных 3-3 включений является совместный помолом материалов матрицы и наночастиц металла. Однако при этом происходит разрушение микрочастиц металла. Для решения данной проблемы предлагается проводить предварительное капсулирование микрочастиц металла в материал матрицы (рис. 1). В качестве источника частиц металла был выбран вольфрам порошкообразный (Кировградского завода твердых сплавов, РФ) марки 20,0 со средним размером частиц 20 мкм. В качестве полимера использован типичный аморфный полимер полистирол марки 500(ОАО «Нижнекамскнефтехим», РФ). Средний размер гранул 3 мм. С помощью шаровой планетарной микромельницы Pulverisette 7 (Fritch, Германия) гранулы полистирола измельчались до размера порядка 0,9 мкм. Исходный порошок вольфрама был обработан по методике описанной в [3] для уменьшения разброса частиц по размеру. Размеры частиц порошков на всех этапах контролировались с помощью оптического микроскопа МЕТ 1М (Альтами, РФ). Порошки вольфрама и полистирола навешивались с помощью аналитических весов EP214C (Ohaus, США) для получения смеси микрочастицы вольфрама молотый полистирол с соотношением компонентов по массе 1:100. Для получения однородности распределения частиц вольфрама по объему полученная смесь перемешивалась с помощью установки RD-9912 (Glas-Col, США), в пробирке объемом 30 мл. Для улучшения качества перемешивания в пробирку добавлялось 10 шаров из карбида вольфрама диаметром 5 мм. Время перемешивания составляло 50 часов. После этого смесь порошка вольфрама и полистирола обрабатывалась в камере микроволновой печи типа MW87KP (Samsung, Тайланд) в течение 160 сек при мощности 850 Ватт. Для отделения капсулированных частиц вольфрама от полистирола смесь помещалась в стакан ёмкостью 200 мл, наполненный глицерином марки ч ГОСТ (Черкасский завод химреактивов, Украина), и обрабатывалась в ультразвуковой ванне типа UD100SH-4 (EUMAX, КНР). За счёт разности плотностей капсулированные частицы вольфрама оседали на дно стакана, а частицы полистирола оставались на поверхности жидкости. Частицы капсулированного в полистирол вольфрама отфильтровывались и высушивались с помощью термостата суховоздушного типа ТС-1/80 (СПУ, РФ) при температуре 60 С в течение 2 часов. На рис. 2 слева представлена частица вольфрама до капсулирования, справа после. Рис. 1. а частица вольфрама до обработки в микроволновой печи; б после обработки. 1 оболочка из полистирола, 2 частица вольфрама, 3 порошок полистирола. Рис. 2. Фотографии частиц вольфрама: а до; б после капсулирования. Полученный таким образом порошок капсулированных микрочастиц позволит создавать широкий спектр композиционных материалов, включающих помимо микрочастиц металлические наночастицы. Варьированием процентного содержания обеих фракций можно получить материал с уникальными свойствами. Использовать подобный материал можно, например, в качестве согласующих слоёв в ультразвуковых излучателях и приёмниках или в качестве демпфирующего слоя в пьезоэлектрических резонаторах. Работа выполнена при поддержке Совета по грантам Президента РФ (Конкурс СП-2015) и гранта Российского фонда фундаментальных исследований. 1. Akdogan E.K., Allahverdi M., and Safari A. Piezoelectric Compsites for Sensor and Actuator Applications // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (52), no. 5, Paul Kah, Raimo Suoranta, Jukka Martikainen, and Carl Magnus. Techniques for Joining Dissimilar Materials: Metals and Polymers // Rev. Adv. Mater. Sci (36), Смирнов А.В., Синёв И. В., Шихабудинов А. М Акустические свойства композита 0-3 на основе вольфрама и полистирола // Журнал радиоэлектроники (12) 172

190 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА ВИНИЛЦИКЛОПРОПАНКАРБОНОВОЙ КИСЛОТОЙ В ПРОЦЕССЕ ЕЕ ПЕРЕРАБОТКИ Р.З. Шахназарли, Г.А. Рамазанов, А.М. Гулиев Институт полимерных материалов НАН Азербайджана, Сумгайыт, Азербайджан; Область применения полиолефинов можно расширить, если вводить в их структуру реакционноспособные полярные группы. Это возможно путем осуществления функционализации полиэтилена полярными мономерами. При функционализации полиэтилена по свободнорадикальному механизму возможно присоединение к полимерной цепи различных реакционноспособных групп, способных обеспечивать в дальнейшем вулканизацию полученного продукта. В частности, таким способом на основе полиэтилена получают сульфохлорированный полиэтилен, карбоксилатный каучук, являющиеся эластомерными продуктами, способными к сшивке [1 3]. Нами в условиях переработки полиэтилена осуществлена реакция функционализации с использованием в качестве полярного мономера винилциклопропанкарбоновой кислоты, полимеризующейся по изомеризационному механизму с одновременным раскрытием двойной связи и трехчленного цикла: RO OR RO + COOH H RO + ROH COOH Реакция полиэтилена высокого давления с винилциклопропанкарбоновой кислотой в течение 1 часа при 150 С в присутствии перекиси ди-третичного бутила приводит к образованию как нерастворимого в ксилоле сшитого полиэтилена, так и растворимого в ксилоле полиэтилена, содержащего присоединенные звенья винилциклопропанкарбоновой кислоты. С целью уменьшения количества сшитой фракции, процесс прививки проводили в присутствии N-фенил-2-нафтиламина, ингибирующего процесс сшивки. Содержание привитой винилциклопропанкарбоновой кислоты регулировали изменением соотношения «полиэтилен винилциклопропанкарбоновая кислота». Наличие в боковой цепи карбоксилированных непредельных групп позволяет в дальнейшем использовать их в качестве центров вулканизации. Содержание карбоксильных функциональностей, так же, как и непредельных групп (пентенамерных фрагментов) было определено неводным титрованием щелочью с использованием родаминового красителя. На основе полученного карбоксилированного полиэтилена (содержание СООН 3,8 4,0%) были изготовлены композиции и изучены их свойства. Показано, что полученные сшитые материалы имеют высокие прочностные показатели. Полученный карбоксилированный полиэтилен, содержащий непредельные группы, был использован также в качестве добавки к непредельным эластомерам при получении резин. Таким образом, разработанный способ является удобным методом введения карбоксильных групп и непредельной связи в макромолекулярную цепь полиэтилена, наличие которых позволяет проводить вулканизацию полученных модификатов. Такая модификация способствует образованию сетчатых структур и придает полиэтилену ряд ценных свойств, в частности адгезию к различным материалам, высокую разрывную прочность, упругость, высокое сопротивление разрыву и т.п. 1. Joshi R.M. A Carboxylic Rubber from Polyethylene // J. Appl. Polym. Sci (24), no. 2, H.Raval, Y.P.Singh, M.H.Mehta and S.Devi. Grafting of Low Density Poly(ethylene) with Butyl Acrylate: Synthesis and Characterisation // Polymer International (24), no. 2, Guliyev A.M., Shahnazarli R.Z., and Ramazanov G.A. Functionalization of Polystyrene by Vinylcyclopropane and Composition on the Basis of the Prepared Polymers / 2 nd Polymeric composite symposium, Izmir, Turkey. 2010,

192 СЕКЦИЯ 3. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОЛИСТИРОЛА Е.В. Опимах Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; Цель В настоящее время проблема утилизации пластмассовых отходов занимает одно из важнейших мест в мире. Вместе с тем, пластмассовые отходы являются источником вторичных энергетических и сырьевых ресурсов. Важнейшей стадией процессов переработки пластмассовых отходов является сортировка их по типам пластмасс. Для этого широко применяются флотационные ванны, но только при переработке пластмасс с разными относительными плотностями. Основным ограничением методов, основанных на плотности, является то, что многие пластмассы имеют практически равную или близкую плотность и, следовательно, эти пластмассы не могут быть разделены такими методами. Свойство избирательной смачиваемости пластмасс в таких ваннах не используется. Однако в научно-технической литературе крайне ограниченно представлена информация о том, что флотационное разделение пластмасс может производится при использовании поверхностноактивных веществ (ПАВ), которые избирательно изменяют их гидрофильные свойства [1 5]. Данные о влиянии каких-либо факторов на флотационное разделение смесей измельченных пластмасс не встречаются в литературе. Автором ранее были проведены исследования по разделению смеси измельченных АБС и ПА [6], а также исследована возможность флотации отходов ПЭТ [7]. Исследование процесса флотации измельченных пластмасс при использовании различных ПАВ позволит определить различные соотношения сил адгезии и когезии некоторых типов пластмасс. Благодаря этому будет известно при использовании каких ПАВ и условий процесса возможно извлечение заданной пластмассы из определенной смеси. Различные условия могут применяться на разных стадиях флотационного разделения смеси измельчённых пластмасс, постадийно извлекая некоторые из них. Целью данной работы являлось экспериментальное нахождение зависимостей извлечения полистирола (ПС) при его флотации от физических и режимных факторов. Материалы и методы Эксперименты были выполнены на лабораторном флотационном аппарате колонного типа с пневматической аэрацией. Концентрат отводился вместе с пеной в верхней части аппарата, а остаток через штуцер в нижней части аппарата. Затем проводилась сушка и взвешивание, рассчитывалось извлечение ПС относительно исходного количества, подаваемого в аппарат, в процентах. В качестве ПАВ использовали смесь, содержащую натрий лауретсульфат и диэтаноламид. Результаты и их обсуждение Проведенные исследования флотации ПС, представленного в виде частиц с размерами от 1 до 4 мм, в лабораторном флотационном аппарате позволили получить основные зависимости извлечения ПС от содержания ПАВ, расхода воздуха, высоты слоя аэрируемой жидкости и ее температуры. При флотации извлечение достигало 99%. Была определена достаточная высота слоя аэрируемой жидкости, равная 0,7 м, дальнейшее увеличение которой не влияет на извлечение ПС. Важной особенностью является то, что оптимальное извлечение наблюдается при малых количествах ПАВ и без подогрева жидкости. Таким образом флотационное разделение пластмасс, основанное на их избирательной смачиваемости, является перспективным направлением при переработке смешанных пластмассовых отходов. Это позволит уменьшить затраты ручного труда на этапе постадийного разделения полимерных отходов. При простом аппаратурном оформлении и малых расходах ПАВ и воздуха возможно создание высокопроизводительного и автоматизированного процесса сортировки полимерных отходов. 1. Шайерс Дж. Рециклинг пластмасс: наука, технологии, практика / Пер. с англ. СПб.: Научные основы и технологии Дуденков С.В. и др. Повышение эффективности заготовки, обработки, переработки и использования вторичных полимерных материалов // Обзорная информация «Рациональное использование вторичных полимерных материальных ресурсов». 1979, вып. 9, Патент США, МКИ В 03 В 9/06, В 03 D 1/02. Polyvinyl Chloride-Polyethylene Terephthalate Separation Process and Product / R.W. Kobler. Заявл ; опубл Патент США, МКИ В 03 D 1/02. Method for Separating Mixture of Plastics / Anon., to Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd. Заявл ; опубл Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Дуденков С.В. Обогащение твердых бытовых отходов. М.: Недра Опимах Е.В., Левданский А.Э. Разделение смеси полимеров методом флотации // Материалы, технологии, инструменты. 2013, 3, Левданский А.Э., Опимах Е.В., Сейтханов Н.Т., Киыкбаев Б.А. Исследование флотации отходов ПЭТ // Ауэзовские чтения 12: ЮКГУ им. М. Ауэзова. Шымкент (1),

194

196 wear rate [mm³/nm] ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. STRUCTURE-MORPHOLOGY-PROPERTY EFFECTS ON MECHANICAL, FRICTION AND WEAR PROPERTIES OF PTFE/EPDM COMPOSITES U. Gohs 1, M.S. Khan 2, D. Lehmann 1, G. Heinrich 1,3, R. Frank 4 1 Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.v., Dresden, Germany; 2 Federal-Mogul Corporation, Wiesbaden, Germany 3 Technische Universität Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft, Dresden, Germany 4 IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH Dresden, Dresden, Germany Aim Crosslinked elastomers (rubbers) have exceptional elastic mechanical properties, but poor friction and wear properties. Thus, friction-modifiers were used for overcoming this drawback [1, 2]. Polytetrafluoroethylene (PTFE) has low friction coefficient and can also be used as friction modifier, but its highly hydrophobic surface hinders wetting and dispersion. The modification of PTFE powder with high energy electrons generates PTFE micro-powder as well as trapped radicals and functional groups on the powder surface which can be used for increased adhesion between PTFE micro-particle and rubber [3]. During peroxide vulcanization radiation modified PTFE powder influences the crosslinking efficiency and results in poor mechanical, friction and wear properties of PTFE/rubber composites [4]. Crosslinking of rubber containing PTFE powder by high energy electrons offers an alternative [5 6]. Thus, the influence of surface activity of PTFE powder on dispersion and morphology as well as mechanical, friction and wear properties of PTFE/rubber composites can be studied. Materials and methods Buna EP G6850, an ethylidene norbornene (ENB) containing ethylene propylene diene rubber (EPDM), was obtained from Lanxess Deutschland GmbH, Leverkusen, Germany. This EPDM contains 51 wt.% of ethylene and 7.7 wt.% of ENB. It has a Mooney viscosity, ML (1+4) at 125 C, of 60. PTFE powder L100X was obtained from Solvay Solexis (Italy) and modified by high energy electrons at Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.v. In addition, two commercially irradiated PTFE powders, MP 1100 and MP 1200, were procured from DuPont (Wilmington, USA). PTFE/EPDM composites of 77/23 weight ratio were prepared in an internal mixer and afterwards placed in between non-sticking polyesters films for compression moulding. The moulded plates of PTFE/EPDM were crosslinked via high energy electrons at different values of dose in order to study the influence of network density and PTFE adhesion to the EPDM matrix on properties of PTFE/EPDM composites. Tangent delta, tensile properties, friction coefficient, and specific wear rate were measured. Finally, scanning electron microscopy was used to study dispersion, morphology, and wear mechanism of PTFE/EPDM composites. Results and discussion The friction force between rubber and a hard counter surface consists of an adhesion and hysteresis component. The hysteresis component results from internal friction in the rubber. In the case of PTFE/EPDM composites, the hysteresis controls the wear rate if tan delta at 50 C is higher than 0.35 (Fig. 1). Thus, the influence of surface activity and dispersion of PTFE powder as well as the morphology of PTFE/EPDM composite on the adhesion component can be studied for tan delta values less than In comparison to commercially irradiated PTFE powders, our modified PTFE powder L100X shows improved mechanical, friction and wear properties due to optimum embedment of modified L100X PTFE agglomerates in the EPDM matrix and chemical interaction between PTFE powder and EPDM matrix. Thus, our approach opens a new route for the use of electron modified PTFE micro-powder in rubber composites for tribological applications Fig. 1. Wear rate as function of tan delta PTFE/EPDM composite tan_delta (50 C) 1. Gatos K.G. et al. On the Friction and Sliding Wear of Rubber/Layered Silicate Nanocomposites // express Polymer Letters (1), Felhös D. et al. Tribological Testing of Peroxide Cured HNBR with Different MWCNT and Silica Content under Dry Sliding and Rolling Conditions Against Steel // Journal of Applied Polymer Science (108), Haberstroh E. et al. Verbesserte tribologische Eigenschaften von Elastomeren durch PTFE Pulver // Kautschuk Gummi Kunststoffe (59), Khan M. S. et al. Tribological Studies of Peroxide-Cured EPDM Rubber Filled with Electron Beam Irradiated PTFE Powder // Wear (266), Khan M. S. et al. Structure-Property Effects on Mechanical, friction and Wear Properties of Electron Modified PTFE Filled EPDM Composite // express Polymer Letters (3), no. 1, Khan, M. S. et al. Friction and Wear behaviour of Electron Beam Modified PTFE Filled EPDM Compounds // Wear (266),

198 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИЗМЕНЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ХРОМА ПРИ ОБРАБОТКЕ ХОЛОДНОЙ ПЛАЗМОЙ А.Г. Анисович 1, В.В. Ажаронок 2, В.Ф. Гологан 3, Д.М. Кроитору 3 1 Физико-технический институт НАН Беларуси, Минск, Беларусь; 2 Институт физики НАН Беларуси, Минск, Беларусь 3 Институт прикладной физики Республики Молдова Исследовано влияние холодной плазмы воздуха на износостойкость электролитического покрытия хрома на стали 3. а б Рис. 3. Морфология поверхности покрытия хрома в исходном состояния (а) и после плазменного воздействия (б) Рис. 1. Износ покрытий хрома: 1 исходный, 2 после обработки При обработке холодной плазмой воздуха износ снижается в 4 раза (рис. 1) как в процессе приработки, так и при установившемся износе. Наблюдается изменение вида поверхности трения образцов. В исходном состоянии поверхность трения неоднородна, содержит вырывы металла и микротрещины. После обработки плазмой вид поверхности трения существенно изменяется (рис. 2), аналогично обработке в магнитном поле [1, 2]. а Рис. 2. Поверхность трения в исходном состоянии (а) и после обработки плазмой (б) Методом прицельной металлографии получено, что после плазменного воздействия поверхность покрытия очищается от загрязнений. Возможно также снижение дефектности структуры поверхности (рис. 2), а также выравнивание поверхности, аналогично таковому для воздействия магнитного поля [2]. б а Рис. 4. Фрагменты рентгенограмм покрытия хрома в исходном состоянии (а) и после обработки плазмой (б) Одним из эффектов воздействия плазмы является изменение относительной интенсивности интерференционных линий рентгенограммы (рис. 4). Этот эффект может быть связан с изменением уровня напряжений 3-го рода, обусловленных статическими смещениями атомов из положений равновесия. Изменение уровня напряжений 3-го рода при воздействии холодной плазмы было показано в [3] для меди. Учитывая, что уровень микронапряжений не изменился существенно, следует рассмотреть возможность недислокационного механизма преобразования структуры при плазменном воздействии. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (код проекта Т13-Млд-003). 1. Анисович А. Г. и др. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на свойства хромовых покрытий // Электронная обработка материалов. 2013, 49(2), Bologa M.K., Anisovich A.G., Gologan V.F., Aharonok V.V., and Biclyuk L.V. Change of Chrome Electrolytic Coating Surface under its Exposure Pulse Magnetic Treatment / Plasma Physics and Plasma Technology. Contributed papers of VII int. conf. Minsk, Belarus, September, (1), Ажаронок В. В., Анисович А. Г. и др. Трансформация структуры меди под воздействием неравновесной низкотемпературной плазмы воздуха // Инженерно-физический журнал. 2013, 86(4), б 180

200 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. РАЗРАБОТКА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА О.В. Гоголева Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия; Введение Существующие материалы и изделия как российского, так и зарубежного производства не всегда полностью удовлетворяют эксплуатационным требованиям в зонах холодного климата, которые предполагают наличие в материалах совершенно специфического комплекса свойств. В связи с этим разработка полимерных композиционных материалов (ПКМ) триботехнического назначения, способных надежно и долговечно эксплуатироваться в этих условиях имеет важное экономическое значение. Проблема целенаправленного улучшения триботехнических свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), сочетающего превосходные термо- и химическистойкие свойства с низким коэффициентом трения остается на сегодняшний день актуальной. Эффективное управление его свойствами достигается при введение в СВМПЭ соединений микро- и нанометрового размера. Целью данной работы является разработка новых самосмазывающихся триботехнических полимерных композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Результы и их обсуждение В работе использовали СВМПЭ с молекулярной массой 2,7 млн производства Томского нефтехимического завода и композиционные материалы на его основе с терморасширенным графитом (ТРГ) производства ЗАО «Газтурбо». Образцы получали горячим прессованием при давлении 10 МПа и температуре 180 С. Механическое перемешивание порошков СВМПЭ и ТРГ проводили в лопастном смесителе. Наполнители вводили в полимерную матрицу в количестве от 1 до 10 мас.%. По результатам комплексного исследования свойств композитов на основе СВМПЭ показана перспективность использования терморасширенного графита в качестве модификаторов сверхвысокомолекулярного полиэтилена для разработки триботехнических материалов. Установлено, что при модификации СВМПЭ терморасширенным графитом физико-механические характеристики остаются на уровне ненаполненного полимера, в то время как скорость массового изнашивания снижается до 30 раз, скорость абразивного изнашивания до 10 раз. Для оценки соотношения кристаллической и аморфной фаз в сверхвысокомолекулярном полиэтилене и ПКМ методом рентгенофазового анализа получены рентгенодифрактограммы. Установлено, что рентгенограмма исходного СВМПЭ совпадает с литературными данными, все характерные пики присутствуют в исследуемых образцах. Показано, что модифицирование СВМПЭ приводит к некоторому сдвигу пиков полимерной матрицы, уменьшению гало аморфной фазы, и увеличению степени кристалличности композита, что доказывает существенную роль наполнителя в процессах структурообразования ПКМ. Модифицирование СВМПЭ терморасширенным графитом приводит к некоторому увеличению степени кристалличности исходной матрицы. Увеличение с повышением содержания наполнителя, вероятнее всего, вероятно, связано с увеличением размеров кристаллитов. Структурные исследования подтверждают результаты исследования физико-механических и триботехнических свойств композитов (рис. 1). Морфология исходного СВМПЭ характеризуется как ламеллярная. Введение терморасширенного графита обеспечивает существенное изменение кристаллизации, приведя к образованию различных надмолекулярных структурных элементов в СВМПЭ, имеющих четко выраженные границы. Рис. 1. Надмолекулярная структура СВМПЭ: а исходного СВМПЭ; б СВМПЭ, модифицированного 2 мас.% ТРГ. ( 300) Таким образом, на основании проведенных исследований разработаны новые составы композитов с высокими триботехническими характеристиками. Это обеспечивает возможность их применения в производстве опор и подшипников скольжения, подвижных уплотнений (поршневые кольца, манжеты), предназначенных для эксплуатации в условиях ограниченной смазки или сухого трения в узлах трения машин различного назначения, что значительно повысит надёжность узлов трения и увеличит срок его эксплуатации благодаря снижению интенсивности изнашивания. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Научно-образовательный фонд поддержки молодых ученых Республики Саха (Якутия)»

202 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПЛУНЖЕРОВ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫХ ДОЗИРОВОЧНЫХ АГРЕГАТОВ, ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ ПРОМЫШЛЕННЫЕ СТОКИ, ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО АЛЮМИНИЯ В.А. Левченко 1,4, И.А. Буяновский 2,4, И.А. Калугин 3, В.Н. Матвеенко 1,4 1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия; 2 Институт машиноведения РАН, Москва, Россия 3 ООО «Газпромдобыча», Ямбург, Россия 4 ООО «Монокарбон», Москва, Россия Введение ПЭДА являются одними из наиболее быстроизнашиваемых деталей электронасосных дозировочных агрегатов, перекачивающих промышленные стоки. Обычно срок службы ПЭДА заводского изготовления (материал Сталь 30Х13, закалка ТВЧ рабочих поверхностей до HRC), составляет всего 1440 часов, после чего вследствие его износа начинаются недопустимые протечки [1]. Повышение износостойкости ПЭДА обеспечит экономию времени и средств на их замену, а также сократит потребность в этих быстроизнашивающихся деталей, что соответствует существующей тенденции к ресурсо- и материалосбережению. Анализ предварительных исследований авторов показал возможность повышения износостойкости деталей, работающих в аналогичных условиях, путём нанесения на рабочие поверхности этих деталей металлокерамических покрытий на базе мелкодиспермсного алюминия. Цель работы: Разработка покрытия, повышающего износостойкость рабочих поверхностей плунжеров электронасосных дозировочных агрегатов ПЭДА, перекачивающих промышленные стоки. Материалы и методы В представленном докладе приведены результаты исследования возможности повышения долговечности ПЭДА путём нанесения на их рабочие поверхности нанокомпозиционных металлокерамических покрытий на базе мелкодисперсного алюминия и выбор оптимального состава этих покрытий. Нанокомпозиционные металлокерамические покрытия были нанесены на поверхности плунжера газофазным методом в открытой атмосфере по технологии ООО «Монокарбон» [2]. Порошки металла (алюминия и его смеси с медью или цинком) дисперсностью 0,8 1,2 мкм подаются под высоким давлением струёй нагретого воздуха со сверхзвуковой скоростью на обрабатываемую поверхность. Технология обеспечивает надёжную адгезию покрытия к подложке. По анализу спектра комбинационного рассеивания установлено, что исследуемое нанокомпозиционное покрытие, полученное по технологии ООО «Монокарбон», является металлокерамическим, а наиболее яркий выделенный пик в районе 550 см 1 соответствует оксиду алюминия и тем самым подчеркивает его основное содержание в составе полученного нанокомпозиционного металлокерамического покрытия перед другими элементами покрытия такими, как Cu, Zn, Ni и т.д. Исследование противоизносных свойств указанных покрытий проводились непосредственно в процессе перекачки промышленных стоков электронасосным дозировочным агрегатом. Износостойкость плунжеров характеризовалась временем их эксплуатации до начала протечек вследствие износа этих плунжеров. Результаты и их обсуждение Результаты проведённых исследований приведены в таблице в виде значений продолжительности наработки на отказ плунжеров заводского упрочнения (закалка ТВЧ) и плунжеров с металлокерамическими покрытиями полученные напылением алюминиего порошка и смесями алюминиевого и медного и алюминиевого и цинкового порошков. Таблица. Метод упрочнения плунжера (сталь 30Х13) Долговечность, ч Закалка ТВЧ (заводская) 1440 Покрытие Al 2180 Покрытие Аl + Cu 4320 Покрытие Al + Zn Рис. 1. Сравнение фотографий рабочих поверхностей плунжера заводского изготовления (а) и его же после наработки 1440 ч (б) Рис. 2. Сравнение фотографий рабочих поверхностей плунжера с покрытием из смеси порошков Al + Zn до начала (а) и после наработки 9628 ч (б) Таким образом, последнее из сравниваемых покрытий, полученное путём динамической металлизации обеспечивает плунжерам в условиях перекачки промышленных стоков долговечность в 6 и более раз высокую, чем упрочнение традиционной закалкой ТВЧ. 1. Калугин И.А., Буяновский И.А. // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2013, 9, Levchenko, et al. New Type of Nanocomposite Coatings. In: Proceedings of International Tribology Conference, Hiroshima, Japan. 2011,

204 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ МЕТАЛЛОВ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ АРОМАТИЧЕСКОГО ПОЛИАМИДА А.И. Буря, Е.А. Ерёмина Днепродзержинский государственный технический университет; Цель. В связи с возросшей актуальностью проблемы повышения износостойкости машин и механизмов, связанной с развитием их конструкций и увеличением долговечности, нами были разработаны металлополимеры (МП) на основе ароматического полиамида фенилон С-1. Цель работы заключалась в изучении влияния природы металлов на износостойкость металлополимеров; установлении зависимости износа металлополимеров от их теплофизических и физико-механических свойств. Материалы и методы. В качестве полимерной матрицы для изготовления композиционных материалов использовали ароматический полиамид фенилон С-1 (ТУ ), как наполнитель мелкодисперсные порошки карбонильного никеля (ПНК-2К10, ГОСТ ), меди (ПМС-1, ГОСТ ), алюминия (ПА-1, ГОСТ ), титана (ПТК-1(2), ТУ ) и бронзы (Бр О5Ц5С5, ГОСТ ) [1]. Трибологические свойства в режиме трения без смазки определяли на дисковой машине трения (диск из стали 45, термообработанной до твердости HRC, имеющий шероховатость поверхности Rа = 0,16 0,32 мкм) [2]. Путь трения в опытах составлял 1000 м. Удельная нагрузка 0,6 МПа, скорость скольжения 1 м/с. В режиме трения-скольжения со смазкой маслом «Индустриальное-50» исследования проводили на машине трения СМЦ-2 (контртело: сталь 45 (50 HRCэ), диаметр 5, Rа 1,6 мкм). Путь трения 2000 м, скорость скольжения 1,3 м/с, нагрузка 5 МПа. Результаты и их обсуждение. Согласно полученным данным, характеристики металлополимеров определяются степенью наполнения, а именно, с увеличением содержания наполнителя, интенсивность износа уменьшается и достигает своего минимума при содержании 15 мас.% (рис. 1). Из рисунка следует, что введение в ароматический полиамид фенилон мелкодисперсного порошка карбонильного никеля, улучшает износостойкость фенилона практически в 11 раз, а меди в 2 раза. Возникает вопрос, с чем же это связано? Большое влияние на фрикционное взаимодействие оказывает трансформация энергии трения. Часть этой энергии идет на деформационные процессы, а часть на прямой нагрев материала, что вызывает изменение свойств поверхностных слоев полимерной матрицы, и что, в дальнейшем, также сказывается на кинетике процесса разрушения [3]. Тепло, накапливаемое в поверхностном слое материала, должно быть своевременно отведено из опасной зоны. Что касается износа металлополимеров в режиме трения со смазкой, то результаты испытаний (см. табл. 1) показали, что износостойкость металлополимеров с увеличением температуропроводности (а) улучшается, однако свой вклад вносят и сами металлы. Рис. 1. Зависимость интенсивности износа (Ih) от процентного содержания наполнителя (C) Таблица 1. Интенсивность износа и коэффициент трения металлополимеров при смазке маслом Наполнитель Свойства Бр Al Cu Ti Ni I h, ,03 0,16 0,22 0,84 2,0 f 0,038 0,055 0,078 0,05 0,06 а 10 3 м 2 /с 0,244 0,238 0,193 0,189 0,186 Примечание. Композиции содержат 15 мас.% наполнителя Как известно, карбонильный никель содержит частицы графита, которые при трении без смазки, намазываются на МП, что улучшает условия трения. При смазке маслом, данные частички вымываются, что значительно сказывается на износостойкости. В композиции с бронзой с одной стороны, плоские частички бронзы, значительно превосходя по габаритам другие металлические наполнители, эффективнее улучшают температуропроводность МП, а с другой увеличивают его пористость на границе раздела фенилон бронза, а так же вероятность схватывания частичек бронзы с контртелом за счет хорошей адгезии к нему. При смазке маслом, картина кардинально меняется, т.к. масло, проникая в поры МП, улучшает антифрикционные свойства, сохраняя при этом хорошую температуропроводность и износостойкость. 1. Полімерна композиція: Патент на корисну модель Бюл. 2014, 15 / Буря О.І., Єрьоміна К.А., Лисенко О.Б., Попіль О.І., Чуйкова Ю.В. 2. Буря А.И. Трение и изнашивание органопластиков на основе полиамида-6 // Трение и износ (19), 5, Стукач А.В. Исследование свойств металлополимерных и фуллеренсодержащих композитов при трении // Техникотехнологические проблемы сервиса. 2010, 13,

206 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИЗНОС КОЛЬЦА ИЗ SiC КЕРАМИКИ В КОНТАКТЕ СО СТАЛЬНЫМ ШАРИКОМ С.Н. Григорьев, В.В. Кузин, М.Ю. Федоров, С.Ю. Федоров, М.Р. Портной Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия; Цель Опыт эксплуатации керамических изделий определяет необходимость использования базовых закономерностей их износа при создании инновационных инструментов и узлов трения [1, 2]. В работе поставлена цель выявить особенности износа кольца из SiSiC керамики при контакте со стальным шариком в широком диапазоне условий трения. Методика исследования Исследования проводили на трибометрической установке BAZALT 2N, реализующей схему трения «кольцо шарик». Кольца изготавливали методом реакционного спекания прессовок из SiC с последующим шлифованием и полированием. Использовали шарики из стали ШХ15 диаметром 6 мм и степенью точности 20. Измерение геометрических параметров и изучение морфологии участков износа выполняли на микроскопах Olympus BX51M и TESCAN VEGA 3LMH. Результаты и их обсуждение Установлено, что на поверхности керамических колец после испытаний присутствуют многочисленные налипы стали в виде чешуек толщиной до 5 мкм, имеющие стохастичную форму и размеры. Внешняя поверхность налипов имеет гладкую текстуру с микроскопическими рисками, волнами и трещинами, которые, наиболее часто, развиваются в направлении, перпендикулярном к вектору скорости. Также выявлены области локальных разрушений (разрывы) этих налипов-чешуек, в том числе сквозные. Толщина налипов плавно увеличивается в направлении скольжения, причем их передняя поверхность является гладкой, а боковые и задняя поверхности имеют четко выраженные следы разрушения металла. Образование налипов стали имеет адгезионную природу, причем их разрушение оказывает негативное влияние на состояние поверхностного слоя керамики. В керамике формируются структурные повреждения, накопление и слияние которых приводит к образованию трещин и последующему разрушению локальных областей на поверхности керамического диска [3]. При продолжительном времени трения размеры этих областей увеличиваются, что приводит к образованию замкнутого трека износа, морфология поверхности которого показана на рис. 1, а. Поверхность этого трека имеет развитую текстуру, характерным признаком которой является большое число выступов с острыми вершинами (рис. 1, б). Эти острые вершины механически усиливают эффект налипания стали на керамическую поверхность. Площадь налипов на поверхности керамических колец при трении увеличивается с увеличением времени трения, шероховатости поверхности керамики и нагрузки. Рис. 1. Характер формирования участка износа на кольце из реакционно-спеченной SiC керамики при контакте с шариком из стали ШХ15 Анализ поверхностной структуры керамики на периферийных участках трека позволил проследить кинетику износа колец. Установлено, что на первом этапе разрушается межзеренная фаза (рис. 1, в) с постепенным увеличением ширины и глубины «прожилок». Увеличение времени трения приводит к полной изоляции соседних зерен SiC на поверхности колец (рис. 1, г). На следующем этапе износа кольца разрушаются зерна SiC в результате транскристаллитного роста трещин, что приводит к постепенному увеличению глубины и ширины трека износа. Таким образом, в результате выполненных исследований установлены основные закономерности износа кольца из SiSiC керамики при контакте со стальным шариком и сформированы рекомендации по проектированию инструментов, подшипников, торцовых уплотнений и запорной арматуры из этого материала для «жестких» условий эксплуатации. Данные исследования проведены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках выполнения государственного задания в сфере научной деятельности (задание 2014/105, проект 1908) 1. Kuzin V.V. Effective Use of High Density Ceramic for Manufacture of Cutting and Working Tools // Refractories and Industrial Ceramics (51), no. 6, Kuzin V.V., Anikin V.N., Fedorov S.Yu., and Fedorov M.Yu. Wear and Failure of Ceramic Cutting Plates // Russian Engineering Research (30), no. 11, Kuzin V., Grigoriev S., Volosova M. and Fedorov M. Designing of Details Taking into Account Degradation of Structural Ceramics at Exploitation // Applied Mechanics and Materials ( ),

208 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИСПЫТАНИЕ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ МАШИННЫХ МАСЕЛ НА МАШИНЕ ТРЕНИЯ МТУ-01 В.В. Новиков 1, Е.В. Березина 1, К.С. Бурченков 1, С.В. Миронов 1, Р.Ю. Лисицын 2 1 Ивановский государственный университет, Иваново, Россия; 2 Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Иваново, Россия Целью наших исследований являлось изучение трения смазочных масел в условиях высоких контактных давлений на машине трения МТУ-01. Машина трения универсальная модели МТУ-01 (ТУ ) предназначена для испытаний на трение и изнашивание металлических и неметаллических материалов в условиях применения различных смазочных материалов. Метод испытаний основан на взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилием испытываемых образцов в среде смазочных материалов или без них. Скорость вращения образца без нагрузки, плавно регулируется от 200 до 2500 об/мин, усилие прижима испытываемых образцов, от 50 до 1000 Н. Схема контакта, используемого в эксперименте торец вращающегося ролика и плоскость неподвижного диска. Момент трения и осевая нагрузка регистрируется тензодатчиками, температура капельной термопарой. Регистрируемые параметры записываются и обрабатываются с использованием ПЭВМ в реальном времени. Программное обеспечение при испытании позволяет фиксировать момент трения, осевую нагрузку и температуру в реальном времени с графическим отображением их изменений. Установка дает возможность проводить длительные испытания продолжительностью несколько часов. Характеристики машины позволяют проводить исследования в условиях высоких контактных давлений от 100 МПа и выше. Для обеспечения этих условий была применена следующая схема испытаний. К пластине из закаленной стали 40Х твердостью HRC 52 с помощью нагружающего устройства прижималась насадка из трех неподвижно закрепленных шариков из стали ШХ15 диаметром 12,3 мм, которая устанавливалась в шпиндель машины. Сила прижатия N варьировалась от 0 до 400 Н. Перед проведением испытаний на шариках были сформированы стабильные пятна износа диаметром 1,0 1,1 мм. Это позволило проводить опыты в стационарных условиях по рабочему давлению в зоне контакта. При этом величина давлений составляла МПа. Частота вращения шпинделя в эксперименте была постоянной 200 об/мин, линейная скорость движения шариков по плоскости 11,3 м/мин. Трение пары исследовалось в среде индустриального масла И-20 (ГОСТ ), моторного масла М-8В (ТУ ) и трансмиссионного масла SAE 80W900 (ГОСТ 17479,2-85). После установки образцов перед проведением измерений проводилась притирка пары трения в течении 15 минут. Анализ результатов эксперимента по влиянию нагрузки на силу трения показал, что кривые зависимости силы трения f тр от нагрузки N для любых видов испытанных смазочных материалов отклоняются от линейного закона и могут быть аппроксимированы полиномом второго порядка F тр = 1 N 2 N 2, (1) где 1 и 2 эмпирические коэффициенты. Это означает, что коэффициент трения для тяжело-нагруженных пар трения снижается с повышением нагрузки на контакте пропорционально нагрузке. = F тр / N = 1 2 N (2) Коэффициент 1 отражает смазочную способность масла при малых давлениях, а 2 поправочный коэффициент, уточняющий значения при высоких давлениях Методом наименьших квадратов был произведен расчет коэффициентов модел, результаты которого представлены в табл. 1 Таблица 1. Показатели регрессионной модели Смазочная среда β 1 β н -1 Без смазки 0,192 0 И-20 0,164 1,53 М-8В 0,122 0,28 SAE 80W90 0,076 0,19 Анализируя значения коэффициентов 1 для разных смазочных сред видно, что с повышением содержания присадок в смазке значения β 1 уменьшаются, что объясняется экранирующим действием присадок в смазка. Напротив, значение 2 с введением присадок уменьшается. Для объяснения наблюдаемых закономерностей сформулирована модель трения тежелонагруженных пар с учетом адгезионной и гидродинамической составляющих силы трения. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. 190

210 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СТРУКТУРА И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИЛУМИНА АК12М2МгН, МОДИФИЦИРОВАННОГО СИНТЕЗИРОВАННЫМИ IN-SITU НАПОЛНИТЕЛЯМИ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ СОСТАВЛЯЮЩИМИ А.И. Комаров, В.И. Комарова, А.А. Шипко, Д.В. Орда Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, Минск, Беларусь Постановка задачи. Повышение износостойкости силуминов обычно достигается измельчением структурных составляющих их грубодисперсной структуры. Новые подходы в этом направлении относятся к области применения порошковых наноразмерных модификаторов. Однако их широкому использованию препятствует сложность введения в расплавы. Известные методы, основанные на предварительной совместной механоактивации наночастиц с микропорошками [1] не обладают достаточной эффективностью из-за возможного образования агрегатов. Таким традиционным методам модифицирования сплавов алюминия нанопорошками в [2] предложена альтернатива, суть которой заключается в синтезе in-citu (CVD-метод) наночастиц тугоплавких соединений на поверхности микро- (ультрадисперсных) порошков, что обеспечивает получение порошковых наноструктурированных композиционных тугоплавких наполнителей (НКТН). НКТН играют роль доноров для протекания химических реакций и носителей наносоединений в расплавы. Цель работы состоит в получении износостойких, антифрикционных композитов на основе сплава АК12М2МгН путем его модифицирования наноразмерными AlN, AlB 2, синтезируемыми на поверхности микропорошка гексагонального BN (ГНБ) и прочно связанными с ним. Материалы и методы. Для реализации синтеза НКТН (BN Al ), включающего наночастицы AlN и AlB 2, использовалась шихта, состоящая из микропорошков ГНБ (основа) и алюминия Al (ПА-1) с варьируемым соотношением. Для обеспечения химических реакций между компонентами шихты проводился ее нагрев в восстановительной атмосфере аммиака и водорода под плавким затвором в диапазоне температур С. Получение отливок КМ заключалось в расплавлении силумина до температуры С, введении в расплав прессовок НКТН и последующей заливки расплава в металлический кокиль. Исследование структурнофазового состояния BN Al и образцов отливок проводилось методами рентгеноструктурного анализа, микроскопии, СЭМ. Фрикционные испытания образцов КМ выполнялись в условиях граничного трения по схеме возвратно-поступательного перемещения индентора относительно неподвижного образца при давлении р = 20 МПа, 30, 40 МПа. Результаты и их обсуждение. Анализ рентгенографических исследований синтезированного BN Al показал, что результатом химического взаимодействия между BN и Al при термической обработке шихты является синтез наночастиц AlN гексагональной модификации в виде нанотрубок и нановолокон (рис. 1) и борида алюминия AlB 2 на поверхности частиц порошка BN. Присутствие в BN Al борида AlB 2 свидетельствует о частичной деструкции BN с образованием бора и азота в процессе термической обработки шихты, поскольку бор в исходную шихту не вводился. Рис. 1. Модифицированный порошок BN Показано, что синтезированный наполнитель BN Al, будучи введенным в расплав силумина, обеспечивает существенное (в ~ раз) диспергирующее воздействие на структурные составляющие АК12М2МгН, а также его триботехнические свойства (табл. 1). При доле BN Al (51% BN 19% AlN 14% AlB 2 3% Al), равной 0,85%, регистрируется снижение f до 8,5 раз, а I q до 60 раз (КМ АК12-4) по сравнению с базовым сплавом. Увеличение содержания BN Al в расплаве до 1,78% (КМ АК12-7) сопровождается повышением износостойкости КМ в ~ 330 раз, тогда как f этого КМ существенно не меняется. Таблица 1. Коэффициент трения f, интенсивность изнашивания I q композитов АК12М2МгН+BN Al при р = 20, 30, 40 МПа КМ Коэффициент трения f I q, р = 20 МПа р = 30 МПа р = 40 МПа 10 4 мг/м исход. 0,080 0,090 35,9 АК12-4 0,010 0,012 0,012 0,025 0,012 0,015 0,62 АК12-7 0,015 0,025 0,012 0,017 0,010 0,012 0,11 1. Манолов В., Черепанов А., Лазарева Р., Константинова С. Влияние нанопорошковых инокуляторов на структуру и свойства сплава AlSi7Mg // Литейное производство. 2011, 4, Витязь П.А., Комаров А.И., Комарова В.И., Шипко А.А., Сенють В.Т. Создание наноструктурированных композиционных модификаторов для сплавов алюминия // Докл. НАН Беларуси (55), 5,

212 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ИЗНОС КЕРАМИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ В.В. Кузин, С.Н. Григорьев, С.Ю. Федоров, М.А. Волосова, Н.Р. Портной Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия; Цель Выявление роли дефектов в износе керамических инструментов является актуальной научной задачей [1, 2]. Часто процессы появления, накопления и развития дефектов имеют катастрофические последствия для этих инструментов и приводят к их внезапным отказам [3, 4]. В работе поставлена цель изучить природу влияния дефектов, образовавшихся на лезвии керамических инструментов при заточке, на характер их износа и причины отказов. Методика исследования Реализована двухэтапная методика исследования. На первом этапе выявленные технологические дефекты на лезвии керамических инструментов с использованием СЭМ TESCAN VEGA 3LMH. На втором этапе изучили влияние этих дефектов на износ керамических режущих пластин, при точении и фрезеровании чугунов, закаленных сталей, никелевых и молибденовых сплавов. Испытания проводили в широком диапазоне режимов резания: v = м/мин, S = 0,022 0,7 мм/об, t = 0,25 3 мм. При проведении испытаний фиксировали состояние очагов износа режущих пластин с использованием микроскопа Olympus BX51M. Результаты и их обсуждение В результате исследования режущих пластин ВОК71 после заточки упрочняющей фаски выявлены многочисленные дефекты на их лезвии в виде сколов размером 5 50 мкм. Природа появления этих технологических дефектов, допускаемых ГОСТ , определяется закономерностями формирования поверхностного слоя керамических материалов при алмазном шлифовании и кинематикой процесса формирования упрочняющей фаски. Установлено, что дефекты лезвия оказывают неоднозначное влияние на износ керамических режущих пластин. Их наибольшее влияние проявляется на этапе приработке, когда интенсивность износа задней поверхности превышает 0,2 мм/мин. За очень короткое время лезвие приобретает вид сглаженной кромки. Отсутствие на этой кромке локальных сколов свидетельствует о прекращении влияния исходных дефектов лезвия на износ инструментов. Наличие сколов размером более 0,1 мм на «сглаженном» лезвии указывает на их активную роль в дальнейшем износе инструментов (до их отказа). В качестве примера этого влияния на рис. 1 показана кинетика износа задней поверхности пластины ВОК71. Видно, что через три минуты эксплуатации ширина фаски износа на задней поверхности составляет 0,09 0,11 мм, причем в ее центральной части имеется дефект размером 0,17 мм (рис. 1, а). На поверхности дефекта и в непосредственной близости от него обнаружены многочисленные трещины размером мкм. Препятствуют росту этих мелких трещин дисперсные частицы TiC в матрице из Al 2 O 3, причем высокую эффективность этого механизма подтверждает то, что через шесть минут с начала эксплуатации резца размеры дефекта практически не изменились на фоне увеличившейся в два раза ширины фаски износа (рис. 1, б). В последующий интервал времени (6 9 мин) докритические трещины начинают интенсивный рост, тормозить который дисперсные частицы не способны. Результатом этого процесса является локальный скол поверхностного слоя режущей пластины (рис. 1, в). Дальнейший рост трещин и увеличение степени дефектности поверхностного слоя приводит к разрушению керамической пластины и отказу инструмента (рис. 1, г). Рис. 1. Влияние эксплуатационного дефекта на кинетику износа режущей пластины ВОК71 при точении стали ШХ HRC с v = 170 м/мин, S = 0,075 мм/об, t = 0,25 мм Таким образом, в результате выполненных исследований вскрыта природа влияния технологических дефектов на лезвии на механизм износа и причины отказов керамических инструментов. Данные прикладные научные исследования проведены при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57414X0003). 1. Grigoriev S. N. and Kuzin V. V. Prospects for Tools with Ceramic Cutting Plates in Modern Metal Working // Glass and Ceramics (68), nos. 7 8, Kuzin V. V. Effective Use of High Density Ceramic for Manufacture of Cutting and Working Tools // Refractories and Industrial Ceramics (51), no. 6, Volosova M. A. and Kuzin V. V. Regular Features of Wear of Cutting Plates from Oxide and Nitride Ceramics // Metal Science and Heat Treatment (54), nos. 1 2, Kuzin V.V., Volosova M. A. and Fedorov M. Yu. Wear of Tools from Nitride Ceramics when Machining Nickel-Based Alloys // Journal of Friction and Wear (34), no. 3,

214 СЕКЦИЯ 4, Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИСАДОК ГЕТЕРОПОЛИФОСФАТОВ В.И. Колесников 1, М.А. Савенкова 1, Д.Н. Солодовникова 1, Ю.Ф. Мигаль 2 1 Ростовский государственный университет путей сообщения, Ростов-на-Дону, Россия 2 Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия; Изучены присадки к пластичным смазочным материалам (СМ), полученные с помощью метода физико-химического анализа. В системах LiPO 3 WO 3 и NaPO 3 WO 3 образуются фосфоровольфраматы LiPWO 6 и NaPWO 6, анионы которых имеют циклическое строение. Эти соединения являются перспективными неорганическими многофункциональными присадками, олеофильными к масляной основе, термо- и химически стойкими. Квантово-химический анализ с помощью пакета программ ADF, основанного на приближении DFT, позволил описать структуры этих соединений и механизм их действия в качестве присадок к смазкам в процессе трения [1]. Смазочное действие синтезированных присадок обусловлено, в частности, превращением циклических структур в линейные вблизи поверхности металла. Линейная полимерная цепочка легче внедряется в кристаллическую структуру поверхностных оксидных слоев, находящихся на металлических поверхностях трибосопряжения. Триботехнические испытания смазочных материалов с синтезированными присадками проводились на четырехшариковой машине трения ЧМТ-1 по стандартной методике и на торцевой машине трения при нагрузке 1,2 ГПа с введением в зону контакта СМ. Результаты испытаний приведены в табл. 1, 2. Из таблиц видно, что добавление присадок фосфоровольфраматов к смазочным композициям (СК) серии Пума (МЛ, МР. МГ) и Буксол существенно улучшает характеристики смазки. Способность присадок создавать стойкую антифрикционную плёнку на оксидированной поверхности трущихся стальных тел контролировали также с помощью ИК Фурье спектрофотометра Nicolet 380 с приставкой НПВО по интенсивности поглощения линий ИК-спектра поверхности трибосопряжения. В ИК-спектре исходного СМ Буксол, основу которого составляет смесь углеводородов различного строения, наблюдаются полосы в областях , , , см 1, соответствующие колебаниям связей С Н [2]. После смазывания поверхности металлического образца СК Буксол с присадкой NaPWO 6 в ИКспектре появляются группы характеристических полос валентных колебаний ν as ОWO, ν s ОWO, ν as РОР в областях , , , см 1, свойственные линейным формам анионов гетерополифосфатов. Эти полосы остаются в спектре и после 42 часов испытаний, что свидетельствует о длительном сохранении смазочной пленки на поверхности трения. В отсутствие присадок антифрикционная плёнка сохраняется максимум 3 часа. Можно сделать вывод, что 1%-содержание присадки фосфоровольфрамата натрия достаточно для формирования стойкого антифрикционного пленочного слоя на стальных поверхностях трения. Отработанные СК с введенной присадкой остаются влагостойкими, не обводняются и не разжижаются, не уплотняются и не твердеют, сохраняя коррозионную стойкость на металлических поверхностях. Таблица 1. Результаты триботехнических испытаний свойств СК Пума и Буксол с присадкой фосфоровольфрамата лития Содержание Диаметр пятна износа, мм присадки в СК, Пума-МР Буксол мас.% МР МГ МЛ 0 0,51 0,69 0,68 0,64 1 0,41 0,51 0,49 0,48 2 0,42 0,52 0,50 0,50 5 0,58 0,53 0,51 Таблица 2. Результаты испытаний СК Пума-МР с присадкой фосфоровольфрамата натрия на ЧМТ-1 Содержание присадки, мас.% Диаметр пятна износа, мм Критическая нагрузка, Н 0 0, , , Нагрузка сваривания, Н С помощью системы анализа поверхности фирмы SPECS методом рентгеноэлектронной спектроскопии был проведен анализ элементного состава поверхности. Он не обнаружил фосфора, химически связанного с железом, на поверхности образцов, а также в глубине поверхности до 0,8 мм. Этот факт свидетельствует о том, что атомы фосфора остаются на поверхности трибосопряжения связанными в молекулах присадок. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (код проекта ). 1. Колесников В.И., Мигаль Ю.Ф., Савенкова М.А., Солодовникова Д.Н. Взаимодействие молекул фосфорсодержащих неорганических присадок с поверхностью железа: квантовохимический анализ // Вестник РГУПС. 2013, 3, Лазарев А.Н., Миргородский А.П., Игнатьев И.К. Колебательные спектры сложных оксидов. М

216 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. MODIFICATION OF BIOLOGICAL LUBRICATING MATERIALS WITH NANO PARTICLES Johns Eyioma Izuwah Aleksandras Stulginskis University Kaunas Lithuania, Kaunas, Lithuania; Introduction As our technological civilization expands, the conservation of materials and energy is becoming increasingly important. Lubricants facilitate the effective operation of mechanical equipment. Friction in various mechanical systems is a principal cause of energy dissipation. To save the total energy in mechanical systems, it is very important to improve the physical, chemical and tribological properties of lubricant: vegetable oils and synthetic esters [1]. Biodegradable lubricants represents the technical and environmental alternative for conventional lubrication (mineral oils) the most rapidly biodegradable oils as vegetable oils, which includes Soybean oil, rapeseed oil, sunflower oil, and castor oil etc.which are the most used vegetable oils in biodegradable lubricant formulations. They have the advantage of being almost completely biodegradable but the chemical stability of vegetable oils is low, because of their polyunsaturated acids content. There are many applications forvegetable oils in the lubrication field, especially for fluid lubricants such as hydraulic fluids, compressor oils, transformer coolant, two-stroke engine oils, and metal working fluids. Each vegetable oil possessesdifferent properties.additives are widely used to improve the lubricant performance of vegetable oils. Without additives, even the best base fluids are deficient in some features [2, 5]. The performance of a lubricant depends collectively on the base oil, additives and formulation. Phosphorus, Sulphur, zinc etc. are examples of some of the widely used additives. Sulphur-containing additives are probably the earliest known additive compounds in lubricants, due to the great attraction of nanomaterials in research field because of their special physical, chemical and tribological properties. The use of additives such as nanoparticles of Cu, Nanoparticles of CaCO 3, nanoparticles of Fe, TiO 2 nanoparticles, CuO nanoparticles, Ni nanoparticles and other metallic nanoparticle additives added to vegetable oils enhances its tribological properties of vegetable oils, it alsoimprove the extreme pressure (EP), anti-wear (AW), coefficient of friction (COF), corrosion, load carrying and even retard the thermo-induced oxidation of vegetable oils [3]. Nanopowders of some metals and their compounds have different characteristics on lubricants. Nanoparticles of Cu has a low melting point, it will form a self-lubricating and self-repairing coating film in the friction surface and lower its anti-friction and anti-wear performance. Nano-Cu additive can form a low shearing strength protect film in friction. Solid additives increase the load carrying of the lubricant.the friction-reduction and anti-wear behavior is dependent on the characteristics of the nanoparticles, for instance each nanoparticles additive has its own dropping point, and the dropping point varies. The mechanisms by which oils with Nano-additives reduce friction and wear are the colloidal effect. Rolling effect, small size effect, protective film effect and third body effect [4]. The mechanism of lubrication which is influenced by these additives elements involves some chemical changes on the surface protection film. This film is called boundary lubricating film or a tribofilm. The trilbofilm plays a major role in determining the friction and wear in the tribological interaction. The morphology, integrity and mechanical properties of the tribofilms may vary depending on the properties of rubbing materials as well as the type of lubricant additives used. Keywords: Nanoparticles, lubricating materials, friction, wear, biodegradability Significance The significance is to meet the future challenge to control the manufacturing, performance, and reliability of products and production systems in a holistic way that enables optimal economical solutions and ensures sustainability development- alternative means. Acknowledgment This study was funded by the Research Council of Lithuania (TAP LB-08/2015). 1. Joze V., Mitjan K., Kuniaki D., and Said J Tribology of Mechanical Systems 2. Florea O., Luca M., and Steliean C. Ecological Lubricating Greases / Balkan Trip th Int. conf. on Tribology. June, 15 18, Manu V. Thottackkad, Rajendrakumar P.K., and Prabhakaran N.K., Tribological Analysis of Surfactant Modified Nanolubricats Containing CeO 2 Nanoparticles // Tribology (8), no https://www.academia.edu/ /tribological_analysis_of_su rfactant_modified_nanolubricants_containing_ceo_2_nanoparticles 5. Padgurskas Ju., Rukuiza R., Prosycevas I., and Kreivaitis R. Tribological Properties of Lubricant Additives of Fe, Cu and Co Nanoparticles // Tribology International (60), Ortansa Florea and Vasile Matel. Biodegradable Lubricating Greases for Special Work Conditions. 2009, no. 4 (160) 198

218 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. MECHANICAL AND TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF SELF-LUBRICATING POLYMER NANOCOMPOSITES J. Padgurskas 1, G. Reškevičius 1, A. Žunda 1, J. Zicans 2, R.M. Meri 2, I. Bochkov 2 1 Aleksandras Stulginskis University, Kaunas, Lithuania; 2 RigaTechnical University, Riga, Latvia Introduction Self-lubricating polymer composite are used more and more in tribological applications. Parts from these composite are good alternatives where conventional elements cannot be employed easily, for example in medical equipment, food industry. They have several advantages in comparison to metal ones: low weight, often no lubrication is required, low noise level, excellent mechanical damping effect, favorable friction etc. Self-lubrication is characterized by ability to transfer microscopic amounts of material to the mating surface. This transfer process creates a film that provides lubrication and reduces friction over the length [1, 2]. Keywords: nanocomposite, self-lubricating, polyamide, polyoxymethylene Materials and Methods For investigation, hasbeen made the polyoxymethylene (POM) andpolyamide (PA66) composites with different copper oxide and expanded graphite nanoparticles concentrations (0%, 0,5%, 3%, 7,5% and 15%) by volume. Inresearchprojectwe investigated the mechanical properties: tensile strength, flexural strength, impact resistance, hardness, density are performed to notice the behavior of mechanical properties with that of nanopaticles loading. Also we analyzed thermal characterization of polymers including: DSC, TGA, FT-IR and thermal conductivity. Thermal analysis methods are very important in assessing the various polymers indicators: glass transition, melting and crystallisation temperature, degree of crystallinity, moisture, volatile additives and fillers. Received results show in what conditions and for a time the polymer product can be operated [3]. Investigations of scratch, friction and wear resistance of polymers and polymers with additives, using the CSM and SMC-2 (fig. 1) devices has been carried out in the present work. Normal load and velocity were considered variable in the wear tests. Fig. 1. Contacts chematic diagram for the frictional pair of a SMC-2 friction testing machine Results and Discussion Mechanicalpropertiesofpolymer nanocomposites changed, compared to the pure matrix material. Compere POM with POM-CuO composite, particles increased values of hardness, density, flexural strength, however CuO particles decrease values of impact resistance. Received thermal analysis results showed different glass transition, melting and crystallisation temperature, degree of crystallinity, moisture, volatile additives and fillers values of composites. The addition of copper oxide and expanded graphite particles into POM and PA66 decreased the friction coefficient of composites. Some of this research results are presented in this paper. Acknowledgment Thisstudywasfunded by the Research Council oflithuania (TAP LB-08/2015). 1. Zhang Z., FriedrichK. Polymer Composites from Nano- to Macroscale. Berlin: Springer Valek R. and Hell J. Impac Properties of Polymeric Nanocomposites with Diferent Shape of Nanoparticles. Czech Republic Makuška R. Characterization of Polymers. Vilnius: VU Publisher

220 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МОРФОЛОГИЯ МДО-ПОКРЫТИЙ В.Л. Басинюк 1, М.А. Леванцевич 1, Е.И. Мардосевич 1, С.А. Ковалева 1, С.С. Папина 2 1 Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, минск Беларусь; 2 ОАО «Планар», Минск, Беларусь Цель Исследования особенностей морфологии МДОпокрытий и оценка их влияния на триботехнические свойства. Методические подходы МДО-покрытия на образцах из алюминиевого сплава типа АМц формировались анодно-катодной микродуговой обработкой на промышленном оборудовании ОАО «Планар». Толщина покрытия составляла мкм, твердость ГПа. После формирования покрытия осуществлялась механическая обработка с полировкой его поверхностного слоя, обеспечивающей максимально возможное снижение его шероховатости. Исследовались особенности структуры, включая объем и характер распределения пористости и включений, а также топография поверхности. При этом использовалось следующее оборудование: сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения «Mira» фирмы «Tescan» (Чехия) с микрорентгеноспектральным анализатором «INCA Energy 350» фирмы «Oxford Instruments Analytical» (Великобритания), детектором вторичных электронов (SE) и обратно отраженных электронов (BSE); автоматический анализатор изображения «Mini-Magiscan» фирмы «Joyce Loebl» (Англия) по программе «Автоскан»; атомно-силовой микроскоп NT-206 производства ОДО «Микротестмашины (г. Гомель). Наиболее типичные для МДО-покрытия визуализированные результаты испытаний приведены на рис. 1, 2. Результаты и их обсуждение Анализ полученных результатов показал: при наличии в сплаве включений, по данным СЭМ, они становятся основными концентраторами микронапряжений в МДО-покрытии (рис. 1), способствующим образованию продольных и поперечных микротрещин; МДО-покрытие имеет развитый рельеф поверхности (рис. 2, а), характеризующийся по данным АСМ среднеквадратичной шероховатостью ~ 700 нм, которая несущественно снижается до 400 нм после его суперфишной механической обработки (рис. 2, б); для МДО-покрытия практически по всей толщине характерна зернистая структура (рис. 2, в, г). Вследствие приведенных выше особенностей морфологии МДО-покрытий, их влияние на триботехнические свойства определяются следующим: в режиме жидкостного трения развитая топография поверхности способствует эффективному удерживанию смазки и, как следствие, высоким антифрикционным свойствам при трении скольжения; а Рис.1. СЭМ-изображения МДО-покрытия на алюминиевом сплаве типа АМц обратно рассеянных электронах в Рис. 2. АСМ 3D (а, б) и 2D (в, г) топография МДО-покрытия на сплаве типа АМц (а, в исходная поверхность, б, г после механической обработки) в режиме сухого трения скольжения при взаимодействии с аналогичным МДО-покрытием трение носит ярко выраженный фрикционный характер, что было показано в работе [1]; при граничном режиме трения скольжения фрикционные свойства будут определяться комплексным влиянием свойств смазки, материала поверхности, контактирующей с поверхностью МДОпокрытия, а также скоростными, нагрузочными и тепловыми режимами контактного взаимодействия; развитый микрорельеф поверхности МДО-покрытия способствует возникновению более высоких, по сравнению с традиционными «подшипниковыми» парами трения качения, значений коэффициентов трения. а 1. Basinyuk V.L. and Mardosevich E.I. Frictional and mechanical characteristics of oxide-keramic coatings / // Journal of Friction and Wear (24), no. 5, б б г 202

222 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПРИСАДОК РАЗЛИЧНОЙ ХИМИЧЕСКОКЙ ПРИРОДЫ Е.Н. Волнянко, Т.Г. Чмыхова Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь Возрастающие требования к надежности промышленного оборудования, механизмов на транспорте и в быту обусловливают непрекращающийся поиск новых высокоэффективных смазочных материалов и технологических средств. Достижения нанотехнологий придали новый импульс развитию различных областей науки и техники, в том числе и трибоматериаловедению. Наиболее перспективным направлением при разработке смазочных материалов нового поколения стало использование в качестве присадок наноразмерных материалов. Целью представленной работы является выявление наиболее эффективных наноприсадок различной химической природы, позволяющих улучшить антифрикционные и противоизносные характеристики смазочных материалов. Были использованы жидкокристаллические, минеральные, полимерные и медьсодержащие наноматериалы. Для того чтобы исключить побочные трибоэффекты, в качестве смазочной основы выбрали высокоочищенное вазелиновое масло. Присадки в смазочную основу вводили различными способами, определяемыми необходимостью дополнительного диспергирования или растворения, c использованием внешних энергетических воздействий (обработка ультразвуком, термическое воздействие, гомогенизация с помощью мешалок). Триботехнические испытания проводили на машине трения СМТ-1, где была реализована схема вал-частичный вкладыш. Оценивали триботехнические характеристики: коэффициент трения, износостойкость, несущую способность смазочного слоя, параметры, отвечающие за антифрикционность [1]. Установлено, что введение наноприсадок позволяет снизить коэффициент трения более, чем в 2 раза при скорости скольжения 0,5 м/c и удельной нагрузке 1 МПа. Наилучшие антифрикционные характеристики показали смазочные материалы, содержащие жидкокристаллические материалы и присадки на основе минеральных материалов. Установлено, что при невысоких удельных нагрузках значения коэффициента трения хорошо коррелируют с износостойкостью узла трения. Однако, при увеличении нагрузки характер влияния присадок на износостойкость трибосопряжений меняется. Если рассматривать трибологические явления, имеющие место в динамическом контакте, с точки зрения представлений о третьем теле, то естественно предположить, что наноприсадки различной химической природы по-разному способствуют реализации принципа положительного градиента механических свойств. При увеличении нагрузки смазочные материалы с жидкокристаллическими и медьсодержащими присадками формируют третье тело оптимальной структуры, обусловленной формированием так называемых нанокластеров [2]. Т.е. сдвиговые деформации локализуются в приповерхностном слое. Присадки способствуют его перердеформированию без нарушения сплошности поверхностного слоя трибосопряжений. В то время как минеральные присадки по-видимому не способны сформировать третье тело в виде прочных пленочных структур молекулярного уровня и исключить непосредственный контакт трущихся поверхностей. Таким образом, противоизносные характеристики узлов трения не коррелируют сантифрикционными. При наиболее низком коэффициенте трения, характерном для смазочных материалов с минеральными присадками, несущая способность смазочного слоя оказалась на 50% ниже, чем у смазочных материалов, содержащих жидкокристаллические присадки. Для оценки триботехнических характеристик, приближенных к эксплуатационным, проведены часовые испытания согласно стандартизированной методике на четырехшариковой машине трения. В качестве смазочной основы использовали индустриальное масло. Минимальный показатель износа выявлен у смазочного материала, модифицированного жидкокристаллическими и медьсодержащими присадками. Эта закономерность сохраняется и при длительных испытаниях. В работе рассматриваются области применения наноприсадок. 1. Шведков Е.Л., Ровинский Д.Я., Зозуля В.Д., Браун Э.Д. Словарь-справочнкик по трению, износу и смазке деталей машин Киев: Наукова думка Косогорова Ю.П. Нанотрибоэлектрохимические технологии при реализации эффекта безызностности в водно-спиртовых средах / Автореф. дисс. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону

224 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА И ПЧЕЛИНОГО ВОСКА А.Я. Григорьев 1, И.Н. Ковалева 1, Ю. Падгурскас 2, Р. Крейвайтис 2 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 2 Универсистет им. А. Стулгинскиса, Каунас, Литва Введение В узлах трения машин и механизмов пищевой промышленности предпочтительным является использование смазочных материалов на основе растительного сырья [1]. При малых нагрузках их характеристики могут быть соизмеримыми или даже лучшими чем у минеральных масел, но использование в составе таких смазок традиционных присадок невозможно. В этой связи поиск органолептически и биологически нейтральных модификаторов смазок на основе растительного масла является актуальной задачей. Цель работы Определение триботехнических характеристик смазочного материала на основе рапсового масла и пчелиного воска. Материалы и методы Смазочный материал готовился на основе рапсового рафинированного и дезодорированного пищевого масла (ГОСТ-Р ), представляющего собой смесь олеиновой (50 60 об.%), линолевой (15 25 об.%), линоленовой (10 15 об.%) и ряд других жирных кислот с общим содержанием 5 10 об.%. В качестве загустителя использовался экстракционный пчелиный воск (ГОСТ-Р ). Для приготовления смазки воск растворялся в бензине (НЕФРАС, ГОСТ ) в соотношении 1:5 по весу. Раствор постепенно добавлялся в нагретое до С рапсовое масло до концентрации воска 10 мас.% при постоянном перемешивании до полного испарения растворителя. Структура полученной смазки представлена на рис. 1, а. Рис. 1. Испытуемые материалы: a структура смазочного материала; б поверхность истираемой пластины из меди М1Е В ходе триботехнических испытаний сравнивались коэффициенты трения и износ пар трения сталь (ШХ15) по бронзе (М1Е), истираемых в чистом рапсовом масле и его смеси с пчелиным воском. Испытания проводились на возвратно-поступательном трибометре МТУ-2К7 [2] по схеме сфера (d = 4,7 мм)/плоскость (Ra 0,72; рис. 1, б) при скорости 2,5 мм/с и длине хода 10 мм. Результаты исследований На рис. 2 представлены полученные экспериментальные данные. Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от нагрузки: 1 трение без смазки; 2 смазка индустриальным маслом И20А; 3 смазка рапсовым маслом; 4 смазка рапсовым маслом с пчелиным воском Как можно видеть, и чистое и модифицированное воском рапсовое масло характеризуются существенное меньшими значениями коэффициентов трения по сравнению с контрольным экспериментом, проведенным при трении исследуемой пары как без смазочного материала, так и со смазкой индустриальным маслом И-20А. Смазка с пчелиным воском показала несколько худшие результаты по сравнению с трением в среде чистого рапсового масла. С увеличением нагрузки коэффициент трения смазки с пчелиным воском неуклонно возрастает. Причиной такого поведения может являться способность воска при повышении температуры реагировать с солями жесткости воды и оксидами металлов [3]. Возможно, что образующиеся в результате соли жирных кислот, являясь достаточно эффективными ПАВ, снижают смазочную способность рапсового масла. Заключение Использование консистентного смазочного материала на основе рапсового масла и пчелиного воска эффективно лишь в легко нагруженных парах трения. Работа выполнена при финансовой поддержке БРФФИ, проект Т15Лит-027 и Литовской академии наук, проект LB-08/ Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машиy. М.: Машиностроение Григорьев А.Я., Гуцев Д.М., Зозуля А.П. и др. Возвратнопоступательный миллитрибометр МТУ-2К7 // Трение и износ (35), 6, Блинов К.Ф. Воск пчелиный // Ботанико-фармакогностический словарь: Справ. пособие / Под ред. К.Ф. Блиновой, Г.П. Яковлева. М.: Высш. шк

226 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ 65Г ПРИ ТРЕНИИ С МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИМ ФРИКЦИОННЫМ МАТЕРИАЛОМ МК-5 А.Ф. Ильющенко, А.А. Дмитрович 1, А.В. Лешок 2 1 Институт порошковой металлургии, г. Минск 2 Молодечненский завод порошковой металлургии, г. Молодечно, Фрикционы гидромеханических передач работают в сложных, напряженных условиях. В процессе включения они воспринимают статические и динамические нагрузки, поверхности трения фрикционов подвержены воздействию большой удельной тепловой энергии и давления (максимальное удельное давление для некоторых режимов работы может достигать 6 МПа (60 кгс/см 2 ) [1, 2]. В момент работы гидромеханической коробки передач происходит переключение фрикционов сопровождающееся скольжением друг относительно друга фрикционных дисков. Данный процесс называется буксованием и определяется удельной работой с высвобождением энергии. Работа буксования возрастает с увеличением времени буксования, скоростей скольжения и давлений на поверхностях трения. С увеличение работы буксования возможно локальное повышение температур на отдельных участках, возникновение температурных вспышек, локальных участков схватывания и переноса фрикционного материала. Для наиболее распространенного фрикционного материала на основе меди МК-5 (олово 9%; свинец 9%; железо 4%; графит 7%; медь основа) эксплуатируемого в условиях смазки лежит в пределах С [3] при скорости скольжения 10±1 м/с и удельном давлении 4±0,2 МПа. Основой фрикционного материала является оловянистая бронза, которая обладает хорошей прирабатываемостью, высокой теплопроводностью, позволяя использовать ее при высоких скоростях скольжения [4]. Используемая в качестве материала диска стального сталь 65Г относится к классу рессорнопружинных сталей, а по структурному классу перлитная. Она отличается повышенным пределом выносливости, упругости, релаксационной стойкости при достаточной пластичности и вязкости. Стойкость к схватыванию закаленных сталей значительно выше, чем нормализованных и отожженных. Анализируя поверхности дисков стальных имеющие следы перенесенного металлокерамического материала были определены четыре области: 1 область зуба; 2 область по наружному диаметру; 3 центральная область; 4 область по внутреннему диаметру. Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили, что перенос фрикционного материала на основе бронзы МК-5 начинается в случае нарушения условий эксплуатации, при отсутствии слоя смазки, превышении удельного давления, локального разогрева участков. Разогрев локальных участков приводит к размягчению бронзы, возможному ее пластическому деформированию и переносу на сопряженную поверхность. Области 2 и 4 имеют визуальное сходство, явно выраженную шлифованную поверхность с металлическим блеском, без визуально заметных следов переноса фрикционного материала. На поверхностях присутствует явно выраженные следы трения в радиальном направлении высотой 0,8 1,2 мкм. Исследование морфологии поверхности показало наличие локальных участков с микросхватыванием и переносом металлокерамикического фрикционного материала МК-5 размером до 10 мкм. Наличие цветов побежалости в области 3 свидетельствуют о возможном температурном перегреве при отсутствии достаточного количества смазки. В данной области установлено максимальное количество мест сваривания. Область 3 характеризуется наличием следов переноса фрикционного материала, равномерно расположенного на поверхности. Размер участков переноса до 10 мкм вытянутых в направлении трения. Содержание меди доходит до 27%, а содержание олова до 2,8%. Следует отметить, что были выделены три области под местом переноса фрикционного материала с различной твердостью (64 66 МПа под пятном, МПа на периферии пятна и МПа в основном материале). 1. Сыроежко Г. С., Лешок А. В., Звонарёв Е. В. Технологии производства металлокерамических фрикционных дисков // Порошковая металлургия: Республиканский межведомственный сборник научных трудов. Минск: Тонпик. 2002, 25, Шаповалова О.А., Лешок А.В. Анализ отказов фрикционов ГМП и пути их снижения // Механика машин, механизмов и материалов. 2011, 3(16), Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач. Минск: Наука и техника Баранов Н.Г. Антифрикционные порошковые материалы для высокоскоростных узлов трения // Порошковая металлургия. 1988, 3,

228 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ТРЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГРАНИЧНОЙ СМАЗКЕ А.В. Купреев, М.С. Ануфриенко, С.М. Мартыненко Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Полимерные материалы и композиты на их основе антифрикционного назначения широко применяются в узлах трения машин и механизмов работающих в условиях смазки. В подавляющем большинстве узлов при этом реализуется граничный вид трения, а основными факторами определяющими выбор материала являются скорость, нагрузка и температура эксплуатации. Также немаловажное значение имеет используемый при трении смазочный материал (СМ). Трение при граничной смазке представляет собой такой вид контактного взаимодействия, при котором трущиеся тела разделяются граничными слоями толщиной 0,01 0,1 мкм [1], образующимися в результате физической адсорбции или химической реакции СМ с материалом трущихся тел. При таких условиях природа сил трения зависит от состояния и свойств взаимодействующих тел: шероховатости поверхностей трения; наличие пластических или упругих деформаций, а также от режима нагружения пары трения [2]. Целью данной работы являлось установление закономерностей трения и изнашивания полимерных материалов антифрикционного назначения в условиях граничного трения при воздействии эксплуатационных факторов. В качестве объекта для проведения исследований был использован полиамид-6 (ПА-6) марки 210/310 (TУ РБ ). При проведении испытаний использовались масло индустриальное И-20А (ГОСТ ) и масло моторное М-10Г2 (ГОСТ ). Триботехнические испытания проводились на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «вал частичный вкладыш» при скоростях до 3 м/с и нагрузках до 2000 Н. В качестве контртела были использованы ролики из стали 45 (ГОСТ ) твердостью HRC э и шероховатостью поверхности R a = 0,32 мкм. Коэффициент взаимного перекрытия пары трения составлял 0,125. Контроль температуры трения образца полимерного материала осуществляли хромель-копелевыми термопарами на расстоянии 1мм от поверхности трения. Условия граничного трения моделировались путем введения в зону контакта дозированного количества СМ. Для пары трения сталь 45 ПА-6 получены экспериментальные зависимости влияния нагрузки на коэффициент трения (f) в условиях граничного трения. Установлено, что при малых нагрузках значение f определяет в основном фактическая площадь контакта (ФПК) и сопротивление граничного слоя сдвигу. С увеличением нагрузки ( Н) наблюдается снижение f, что связано с уменьшением увеличения ФПК и сопротивления граничного слоя сдвигу в сравнении с ростом нагрузки. В интервале нагрузок Н значения f стабилизируются, что обусловлено увеличением сил взаимодействия поверхностей трения по мере их сближения под нагрузкой, а также ростом деформационной составляющей силы трения, компенсируя недостаточный рост ФПК и сопротивления граничного слоя сдвигу. При нагрузках более 1600 Н наблюдается рост f связанный с доминированием деформационной составляющей силы трения, разрушением граничных слоев на отдельных пятнах фактического контакта и ростом на них температуры вызывающей в дальнейшем полное разрушение граничного слоя. Проведены экспериментальные исследования влияния скорости скольжения на f для пары сталь 45 ПА-6 при условии соблюдения граничного режима трения. Определены предельные значения скоростей при нагрузках Н, при которых в присутствии СМ на контактных поверхностях стабильно обеспечивается граничное трение. Установлено, что при скоростях скольжения более 1,5 м/с определяющим фактором роста f является увеличение температуры в зоне трения, что приводит к разориентации молекул СМ на отдельных участках контакта и разрушению граничных слоев. Отмечено, что нагрузочная способность пары трения сталь 45 ПА-6 существенно зависит от функциональных свойств СМ. Показано, что изменение вязкости СМ, увеличение содержания механических примесей и воды приводят к снижению предельной нагрузки и линейной скорости скольжения, при которых сохраняется режим граничного трения. Таким образом, определены диапазоны нагрузок и скоростей, при которых соблюдаются условия граничного трения для пары сталь 45 ПА-6. Показано, что основной причиной нарушения граничного режима трения, сопровождающегося резким ростом коэффициента трения, является увеличение температуры в зоне трения вызывающее разрушение граничных слоев адсорбированных пленок СМ на поверхности трущихся тел. 1. Ахматов, А.С. Молекулярная физика граничного трения / А.С. Ахматов. М.: Физматгиз, с. 2. Богданович П.Н., Прушак В.Я., Богданович С.П. Трение, смазка и износ в машинах. Мн.: Технология

230 СЕКЦИЯ 4, Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ АРМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ ПОЛИМЕРКЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ НА ИХ ИЗНАШИВАНИЕ ПРИ ТРЕНИИ В ЖИДКОСТИ А.С. Михневич 1, С.В. Сосновский 2, В.П. Селькин 1, А.В. Макаренко 3 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; 2 ОАО «Гомельтранснефть Дружба», Гомель, Беларусь 3 Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, Мозырь, Беларусь; Цель. Оценка перспектив использования армированных непрерывными углеродными волокнами полимеркерамических композитов на основе эпоксидных смол для создания износостойких покрытий контактных поверхностей запорной арматуры магистральных нефте- и водопроводов. Материалы и методы. Объектом исследования являлся широко использующийся в мире для защиты различного оборудования трубопроводов, перекачивающих жидкости, и отличающийся высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения полимеркерамический состав Loctite 7227 Nordbak Brushable Ceramic (эпоксидная смола с заполнителем карбидом кремния) производства Henkel AG & Co. Для его дополнительного армирования использовали углеродную ткань «Урал» марки Т-Р (ОАО «СветлогорскХимволокно»), которую пропитывали составом при избыточном давлении. Коэффициент трения по стали оценивали на микротрибометре возвратнопоступательного типа MTU-2K7 (индентор из стали ШХ-15 диаметром 4,8 мм) при нагрузке 1,0 Н и скорости скольжения 10 мм/с [1]. Интенсивность изнашивания покрытий на основе дополнительно армированного и неармированного состава при нагрузках, соответствующих условиям работы узлов трения запорной арматуры магистральных трубопроводов, оценивали на машине трения 2070 СМТ-1. Схема трения вал (образец с испытываемым покрытием) частичный вкладыш (контртело сталь 40Х13)». Скорость скольжения 0,25 м/с, Давление, рассчитанное на контурную площадь касания 2,5 и 5,0 МПа. Путь трения 1800 м, что соответствует 1000 циклам «открыто закрыто» работы шиберной задвижки с диаметром прохода 800 мм. Поскольку в парах трения затворов задвижек магистральных трубопроводов не происходит существенного разогрева трущихся тел, испытания проводили в проточной воде, поддерживая ее температуру в зоне контакта в диапазоне С. Результаты и их обсуждение. Испытания на машине возвратно-поступательного типа показали, что армирование состава Loctite 7227 углеродной тканью не приводит к заметному изменению его коэффициента трения по стали (~ 0,3). В то же время отмечено уменьшение ширины дорожки трения примерно на 20% (см. рис. 1), что свидетельствует о повышении износостойкости материала. Величина изнашивания покрытий, на основе армированного и неармированного полимеркерамического состава, после 2-х часов испытаний на машине 2070 СМТ-1 представлена в таблице. а Рис. Дорожка трения на поверхности покрытий на основе состава Loctite 7227 (а) и состава Loctite 7227 армированного углеродной тканью (б) Таблица. Линейный износ покрытий на основе армированного и неармированного состава Loctite 7227 при давлении 2,5 МПа и 5,0 МПа Образец Линейный износ покрытия, мкм Линейный износ контртела, мкм 2,5 МПа 5,0 МПа 2,5 МПа 5,0 МПа Состав Loctite Состав Loctite 7227 армированный углеродной тканью 9,8 21 9,6 16 Таким образом, показано, что дополнительное армирование углеродной тканью даже такого достаточно износостойкого композиционного материала как Loctite 7227 Nordbak Brushable Ceramic может приводить к существенному снижению интенсивности его изнашивания при трении по стали в жидкости. Особенно важно отметить, что армирование приводит к уменьшению (почти на порядок) абразивного воздействия содержащегося в композите керамического наполнителя на контактирующие с покрытием на его основе поверхности. Последнее обстоятельство устраняет главный фактор ограничивающий использование подобных материалов в качестве антифрикционных покрытий на рабочих поверхностях запорной арматуры магистральных нефте- и водопроводов. 1. Григорьев А.Я., Гуцев Д.М., Зозуля А.П. и др. Возвратнопоступательный миллитрибометр МТУ-2К7 // Трение и износ (34), 6, б 212

232 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ АЭРОЗОЛЬНЫЕ ПОРОШКИ ИЗ КЕРАМИКИ НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА (ПТФЭ) Л.В. Виноградов 1, В.И. Антипов 1, Ф.Г. Колмаков 1, Э.М. Лазарев 1, Е.Е. Баранов 1, В.А. Смуругов 2, В.В. Биран 2 1 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАНБ, Гомель, Беларусь Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) достаточно широко применяются в узлах трения различного машинного оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. При изготовлении полимерных композитов используют разнообразные порошкообразные наполнители, способствующие повышению антифрикционных свойств материалов (из графита, дисульфида молибдена, нитрида бора, диселенидов металлов и др.), а также наполнители, повышающие физико-механические свойства композита (молотый кокс, стеклянные, полимерные и углеродные волокна, порошки различных металлов). Большие перспективы открываются перед композитами, где в качестве наполнителя применяют наноразмерные частицы [1]. Так использование ультрадисперсных частиц в композитах на основе полиэтеретеркетона позволяет в 2 раза снизить коэффициент трения и интенсивность изнашивания материала [2]. В настоящее время в качестве наполнителей для композиционных материалов успешно используются ультрадисперсные алмазные порошки [3 4]. Наряду с указанными типами наполнителей определённые перспективы имеются у нового вида субмикронных наноструктурированных сферических порошков, синтезированных методом ультразвукового распылительного пиролиза [5]. Указанный метод позволяет получать субмикронные порошки (аэрозольные порошки) с уникальными свойствами. Частицы в них имеют почти идеальную сферическую форму и узкий разброс по размерам (рис. 1, 2). При определённых режимах процесса пиролиза метод позволяет синтезировать аэрозольные частицы с внутренней нанофрагментарной поликристаллической структурой. Разветвлённая сеть межнанофрагментарных границ обеспечивает повышенную активность аэрозольных порошков, сопоставимую с активностью УДП, но, при этом в порошках не образуются многочастичные трудно разрушимые агломераты. В докладе дано описание конструкции лабораторной установки ультразвукового распылительного пиролиза, а также приведены результаты исследования свойств полученных этим методом субмикронных наноструктурированных аэрозольных порошков из оксидной керамики. Рис. 1. Микрофотография аэрозольных порошков тетрагонального оксида циркония Рис. 2. Распределение по размерам частиц аэрозольных порошков тетрагонального оксида циркония 1. Burya A.J. and Arlamova N.T. Friction and Wear of Fenilon Filled by Ultra-Dispersed Oxynitride Silicon-Yttrium // Applied Mechanics and Engineering (4), special issue NCBS- 99, Wang Q., Xue Q., Shen W., and Liu W. Tribochemistry of polyerketone composites filled with various kinds of SiC / Proc. of 1 st Asia Int. Conf. on Tribology. October 12-15, Beijing, China (I), Охлопкова А.А. Свойства политетрафторэтилена, модифицированного ультрадисперсными алмазами // Материалы, технологии, инструменты. 1999, 3, Маневич A.M., Овчинников Е.В., Бойко Ю.С., Струк В.А. Триботехнические характеристики политетрафторэтилена, модифицированного кластерами синтетического углерода // Трение и износ (19), 3, Галахов А.В., Виноградов Л.В., Антипов В.И., Колмаков А.Г. Наноструктурированные порошки для керамики // Российские нанотехнологии (6), 9 10,

234 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СТАЛЬНЫХ ПЛИТ ДЛЯ ДРОБИЛЬНЫХ УСТАНОВОК И.Н. Ердаков 1, В.М. Ткачёв 2, В.В. Новокрещенов 1, П.В. Феколин 1 1 Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия 2 Челябинский электрометаллургический комбинат, Челябинск, Россия; Введение В случае изготовления деталей, работающих при одновременном действии истирающей и ударной нагрузки, используется легированная марганцем сталь марки 110Г13Л. Высокая температура заливки этой стали недопустима, так как это приводит к интенсивному протеканию окислительных процессов. Образующиеся оксиды марганца при контакте с материалом стержней и формы образуют легкоплавкие силикаты, что приводит к пригару [1 2]. Кроме того, в отливках, кристаллизующихся из перегретой стали, развивается столбчатая структура, следствием чего является резкое снижение прочности и износостойкости отливок. Выбор способа изготовления литых деталей из данной стали, главным образом, зависит от их габаритных размеров, конфигурации и возможности создания направленного затвердевания отливки. Известны классические способы качественного литья плит из данной стали, но они отличаются низким технологическим выходом годного (ТВГ) (45 60%) и трудоемкостью технологического процесса. Это связано с необходимостью манипулирования литейной формой при заливке. Цель работы повышение эффективности производства плит для дробильных установок ферросплавного производства из высокомарганцовистой стали за счёт сокращения времени изготовления литых изделий и уменьшения используемых ресурсов. Материалы и методы Исследования производили в условиях действующего литейного производства ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат». В технологических картах оценивали такие показатели, как суммарное время операций изготовления плиты (мин); дефекты степень коробления плиты в виде величины наибольшего отклонения от прямолинейности тыльной стороны плит (мм); общая протяженность трещин (мм); объем утяжины в виде отношения её объёма к единице площади поверхности плиты (см 3 /дм 2 ); процент металла, ушедшего на изготовление литников и прибылей применительно к одной отливке; износ, оценивающийся потерей массы плиты до момента полного истирания рёбер. Всего было реализовано шесть экспериментальных вариантов технологии с трехкратным повторением каждого. Свойства литейной формы были постоянными, а температура заливки стали находилась в интервале С. Результаты и их обсуждение В результате оптимизации технологии увеличена износостойкость плиты на 20% при повышении в два раза её эффективности. За счёт обеспечения принципа направленного в рёбрах отливки формируется мелкозернистая структура без микропустот и микродефектов. Выводы В ходе проведённых исследований предложен новый эффективный технологический процесс изготовления дробильных плит, отличающийся ресурсосберегающими показателями. Структурная оптимизация позволила определить наилучшую конструкцию литниково-питающей системы, обеспечивающей двукратное повышение эффективности технологии за счёт сокращения времени производства плит, затрат на исправление дефектов, уменьшения массы металла на литники и прибыли. На основе метода планируемого эксперимента получены регрессионные уравнения процесса, оптимизированы его технологические параметры. В результате этого достигнуто повышение на 20% износостойкости плиты. 1. Georgeou Z., Schöttler J., Rohrberg D., Spitzer K.-H., Newirkowez A., and Nyström R. Metallurgical Methods for the Production of Steels with High Manganese Contents [Metallurgische verfahren zur herstellung von stählen mit hohen mangangehalten] // Stahl und Eisen (132), no. 8, Нехендзи Ю.А. Стальное литье. М.: Металлургиздат

236 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИОННО-АССИСТИРОВАННЫМ НАНЕСЕНИЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ А.В. Касперович 1, О.Г. Бобрович 1, В.В. Тульев 1, И.С. Ташлыков 2, А.В. Купреев 3, М.С. Ануфриенко 3 1 Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; 2 Белорусский государственный педагогический университет им. Максима Танка, Минск, Беларусь 3 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого, Гомель, Беларусь Введение Для повышения долговечности манжетных уплотнений из резин на основе полярных каучуков постоянно ведется поиск новых рецептурных и технологических приемов, способствующих повышению стойкости резин к маслам, топливам и смазкам, воздушному тепловому старению, фрикционному износу и другим эксплуатационным воздействиям. Модификация является одним из наиболее доступных способов улучшения свойств резин без существенного изменения технологии производства резинотехнических изделий (РТИ). Для модификации поверхности РТИ применяли процесс ионно-ассистированного нанесения покрытий на поверхность резины и изделий из нее в условиях саморадиации (ИАНПУС), в котором радиационное ассистирование обеспечивается ускоренными ионами металла покрытия. В отличие от классического ионного ассистирования (ИАНП) этот способ осаждения покрытий позволяет избавиться от введения нежелательных примесей инертных газов в состав покрытия и модифицировать поверхность изделий с целью улучшения эксплуатационных свойств [1]. Цель работы заключается в сравнительном анализе триботехнических характеристик поверхности резины на основе полярных каучуков (бутадиеннитрильный, фторкаучук) модифицированной при ионно-ассистированном осаждении покрытий на основе металлов в условиях саморадиации. Материалы и методы Ранее было показано, что метод ионного ассистирования в условиях саморадиации обеспечивает формирование покрытий различного функционального назначения на рабочих поверхностях резинотехнических изделий [2]. Исследовались покрытия, сформированные на резиновых подложках после нанесения на них методом ИАНПУС в вакууме покрытий на основе металлов: Mo +, Zr +. Подложки с размерами мм изготавливали из резиновых смесей на основе бутадиеннитрильного каучука и фторкаучука. Резиновые образцы протирали безворсовой тканью смоченной этиловым спиртом, после чего высушивали при комнатной температуре. Образец помещали на держатель, который располагается внутри вакуумной камеры, рис. 1. Рис. 1. Схема ИАНПУС: 1 ионный источник, 2 ионы металла, 3 нейтральная фракция, 4 подложка, 5 высоковольтный электрод, 6 покрытие, 7 амперметр, 8 напряженность электростатического поля Трибологические испытания осуществляли на возвратно-поступательном микротрибометре MTU-2K7 (ИММС НАН Беларуси, г. Гомель) в нормальных условиях (ГОСТ ) без смазочного материала. В качестве контртела использовали шарик из стали ШХ15 ( 4,7 мм). Испытания выполняли при нагрузках 100, 250, 500, 750 и 1000 мн, относительной скорости скольжения 2,5 мм/с, длине двойного хода 10 мм и пути трения 7,5 м. Результаты испытаний представлены в таблице. Таблица 1. Коэффициент трения исследуемых образцов при нагрузке 1000 мн Вид покрытия Исходная резина Mo + Zr + Каучук БНКС Фтор БНКС Фтор БНКС Фтор 0,99 0,23 0,92 0,14 0,60 0,16 Выводы Таким образом, формирование покрытий на поверхности резин приводит к изменению характеристик их фрикционного взаимодействия с контртелом. 1. Касперович А.В. Модифицирование поверхности резины ионно-ассистированным осаждением покрытий: Дис. к-та техн. наук: Минск Kasperovich A.V., Tashlykov I.S., and Wolf G.K. Elastomer Surface Modification by Means of SIAD of Metal-Based Layers // Surf. Coat. Tech ( ), no. 6,

238 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В КАЧЕСТВЕ ТРИБОАКТИВНЫХ КОМПОНЕНТ СОТС ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ А.Г. Наумов, А.А. Разумов Ивановский государственный университет, Иваново, Россия; Цель работы Целью данного исследования является оценка эффективности применения модифицированных углеродных нанотрубок (УНТ) в качестве трибоактивных присадок к СОТС в процессах лезвийной обработки металлов. Материалы и методы Используемые УНТ и методики модификаций подробно описаны в [1]. Исследуемая смазочноохлаждающая жидкость с присадками УНТ приготовлялась на основе индустриального масла И-40А (ГОСТ ) путем ультразвуковой диспергации присадок «чистых» (исходных) и модифицированных УНТ на частоте 22 кгц в течение 4 5 часов. Исследуемая смазочно-охлаждающая жидкость приготовлялась на основе индустриального масла И- 40А (ГОСТ ) путем ультразвуковой диспергации присадок «чистых» (исходных) и модифицированных УНТ на частоте 22 кгц в течение 4 5 часов. Эксперименты проводились при сравнении с индустриальным маслом И40А и при резании без СОТС на операциях сверления и продольного точения. Операция сверления проводилась на авторском стенде. В качестве интегральной характеристики смазочной способности СОЖ был принят крутящий момент. Подача СОЖ осуществлялась капельным методом с расходом 2 мл/мин. Качество обработанной поверхности оценивалось её шероховатостью, измеряемую на профилографе-профилометре «Абрис ПМ-7» по оценочному параметру R а. В другой серии экспериментов были проведены модельные исследования по определению продольной усадки стружки на различных скоростях резания для различных концентраций присадок на операции продольного точения упорно-проходным резцом. Также были проведены испытания на износостойкость резцов при аналогичных режимах резания для СОЖ с присадками УНТ на скорости резания 40 м/мин. В качестве обрабатываемого материала использовалась аустенитная нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Были проведены исследования корней стружек стали 45, полученных методом падающего резца для исследуемых СОЖ, определены углы сдвига β 1, текстуры β 2, ширины зон вторичных деформаций на обработанной поверхности a* и прирезцевой поверхности стружки a* стр, вычислен коэффициент усадки стружки K l. Структура контактирующих поверхностей изучалась с помощью электронного микроскопа просвечивающего типа ЭМВ-100 Л (ускоряющее напряжение 50 кв) в режиме получения изображения, в режиме электронографа и микродифракции. ДТА, совмещенный с масс-спектральным анализом, и ДСК материала, содержащего УНТ, проводились на приборе синхронного термического анализа STA 449 F1 Jupiter с квадрупольным массспектрометром QMS 403C Aëolos. Масс-спектры отходящих газов регистрировали с разрешением 1 а.е.м. при энергии ионизации электронным ударом 70 эв. Эксперимент проводился в интервале температур C в алундовом тигле в контролируемой атмосфере имитирующей атмосферный воздух (80% N 2, 20% O 2 ). Обсуждение результатов Эффективность СОЖ с присадками модифицированных УНТ зависит от типа функциональной группы модификатора. Установлено, что наиболее эффективными являются присадки УНТ функцинализированные 4-аминоазобензолом и этилендиамином, а наиболее близкой к оптимальной концентрации присадок является C = 0, мас.%. Использование в качестве активного компонента СОЖ модифицированных УНТ позволяет снизить крутящий момент резания на операции сверления до 22% по сравнению с резанием с использованием базовой СОЖ, повысить время работы быстрорежущего инструмента до 7,5 раз, а также снизить среднее значение R а обработанной поверхности до 20% на операции точения. Проведенные исследования реплик, полученных с поверхности стружки, при резании с присадками модифицированных УНТ и ДТА материала, содержащего УНТ позволяют выдвинуть гипотетический механизм действия, объясняющий влияние присадок модифицированных УНТ на процессы лезвийной обработки металлов 1. Осипов Н.Н., Клюев М.В., Разумов А.А., Наумов А.Г., Скворцов К.В, Хорьков К.С. Химическая модификация углеродных нанотрубок // Известия высших учебных заведений: Химия и хим. технология (56), 1,

240 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СТРУКТУРА И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВМПЭ, НАПОЛНЕННОГО КЕРАМИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ А.А. Охлопкова, Т.А. Охлопкова, Р.В. Борисова, А.Н. Голиков Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия; Цель Исследование триботехнических свойств и механизмов износа полимерных нанокомпозитов (ПнК) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного малыми добавками керамических наночастиц. Материалы и методы В качестве объектов исследований были использованы СВМПЭ марки Ticona GUR 4120 с молекулярной массой 5 млн. г/моль и наночастицы (НЧ) кристаллических Al 2 O 3, AlN и аморфных SiO 2, Si 3 N 4 (Emfutur Technologies, Испания). Введение наполнителей в СВМПЭ проводилось путем совместной механической активации в планетарной мельнице Pulverisette-5 (Fritsch, Германия) с частотой 400 об\мин в течение 2 мин. ПнК получены методом горячего прессования полимеров с подпрессовкой при 4 МПа и прессованием при давлении 10 МПа при температуре С в течение 20 мин. Содержание наполнителей варьировалось от 0,1 до 2 мас.%. Триботехнические испытания проведены на универсальной машине трения UMТ-2 (CETR, США) в режиме «палец диск» с нагрузкой 150 Н и скоростью скольжения 0,5 м/с. Поверхности трения ПнК исследованы на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) JSM-7800F (JEOL, Япония), снабженном энерго-дисперсионной рентгеновской спектроскопией (ЭДС) X-MAX 20 (Оксфорд, Великобритания) для анализа химического состава. Химический состав поверхностей трения также исследован на ИК-спектрометре Varian FTIR 7000 (Varian Medical Systems, США). Результаты и их обсуждение Показаны триботехнические свойства (табл. 1) исходного полимера и ПнК на основе СВМПЭ и НЧ. Линейный износ ПнК уменьшается с увеличением содержания НЧ до критической концентрации (0,1 0,5 мас.% для аморфных НЧ и 1 мас.% для кристаллических НЧ), после этой концентрации линейный износ резко увеличивается. Коэффициент трения для всех ПнК, за исключением СВМПЭ + AlN, находится на уровне исходного полимера. При концентрации выше 1% коэффициент трения у всех образцов несколько снижается. Наблюдаются бороздки и продукты износа на поверхностях трения исходного полимера и СВМПЭ + нитриды Al и Si, полученных методом СЭМ. Трение СВМПЭ + оксиды Al и Si имеет несколько другой механизм, отличающийся отсутствием бороздок трения. Такой вид поверхности трения наблюдается у ПнК с 0,5 1,0 мас.% Al 2 O 3 и SiO 2. Таблица 1. Триботехнические свойства СВМПЭ и ПнК Состав d, нм c, мас.% z, мм f СВМПЭ 0 0,31 0,36 СВМПЭ + α-al 2 O ,0 0,12 0,33 СВМПЭ + SiO ,1 0,16 0,34 СВМПЭ + Si 3 N ,5 0,20 0,38 СВМПЭ + AlN 35 1,0 0,24 0,29 Примечание: d средний размер НЧ, с концентрация НЧ, z линейный износ, f коэффициент трения по стали. На поверхности трения СВМПЭ+Al 2 O 3 НЧ собираются в структуры с фрактальной природой. Эти диссипативные структуры могут обеспечить уникальные свойства поверхности ПнК, такие как высокая износостойкость, низкий коэффициент трения и образование прочной «пленки переноса» [1]. ЭДС анализ поверхности трения и продуктов износа показал содержание О, также Fe, Ni, Cr, что свидетельствует о трибоокислительных и трибодеструкционных процессах. Зарегистрированы полосы поглощения карбонильной группы в C = O и карбонильной группы в эфирах в ИК-спектрах, что указывает на протекание процессов окисления во время механической активации. В ИК-спектрах поверхности трения появляются новые пики с 1262, 1170, 1365 см -1, соответствующие валентным колебаниям связи С O в С О С [2, 3]. Сильная полоса поглощения в области см 1 может указывать на ионизированную форму карбоксильной группы, например, в соли органических кислот Cr, Fe и Ni, которые находятся в составе стали контртела [4]. Работа выполнена при финансовой поддержке Государственного задания Министерства образования и науки РФ /К от German S. Fox-Rabinovich, Iosif Gershman, Mohamed A. El Hakim, Mohamed A. Shalaby, James E. Krzanowski, Stephen C. // Chip Interface during Cutting Lubricants. 2014, no. 2, Magda Rocha, Alexandra Mansur and Herman Mansur // Materials. 2009, no. 2, Nakanishi K. Infrared Absorption Spectroscopy: Practical Unknown Binding Lee Smith A. Applied Infrared Infrared Spectroscopy: Fundamentals, Techniques and Analytical Problem-Solving. New York: Wiley Interscience

242 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ВОЗНИКАЮЩЕЙ ПРИ ТОРЦОВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ С УЧЕТОМ ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА Д.Ю. Пименов Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия; Введение Торцовое фрезерование на сегодня является высокопроизводительным и распространённым методом обработки плоских поверхностей. При этом важно еще на этапе проектирования технологических процессов обработки, такого рода деталей, определять приемлемые режимы торцового фрезерования: подачу и скорость резания. Выбранные режимы обработки, сказываются на силы, возникающие в процессе фрезерования, а силы в свою очередь влияют на упругие отжатия инструмента от заготовки, что влияет на точность обработки. На сегодня существует довольно много моделей сил торцового фрезерования, например [1, 2]. В работе Гузеева Пименова [2] приводится математическая модель сил торцового фрезерования, учитывающая величину износа по задней поверхности зуба инструмента, которая применима для разнообразных условий торцового фрезерования. Однако, даже имея в своем арсенале математические модели силовых зависимостей, учитывающих нарастающую величину износа, использовать это на практике для управления режимами резания по мере роста износа на большинстве станков не представляется возможным. А вот с появлением большего числа станков с ЧПУ, позволяющих проводить мониторинг процесса резания, такого рода управление режимами резания по мере увеличения площадки износа становиться вполне реализуемой задачей. В частности такие станки снабжены возможностью отслеживать текущую величину мощности привода главного движения, а также мощности приводов отвечающих за перемещения по осям координат станка x, y, z. Но для этого необходима математическая модель мощности торцового фрезерования, учитывающая износ инструмента. Такие модели отсутствуют в современных научных источниках. Поэтому создание такой модели является актуальной задачей. Цель: исследовать влияние величины площадки износа по задней поверхности зубьев торцовых фрез и режимов торцового фрезерования на шероховатость обработанной поверхности. Математическое моделирование В работе определена математическая модель мощность главного привода движения торцового фрезерования определяется произведением главной составляющей (касательной) силы резания и скорости резания V. Описание эксперимента Для оценки адекватности математической модели мощности привода главного движения для разных величин износа по задней поверхности инструмента проведены экспериментальные исследования. Для этого осуществлена обработка на обрабатывающем центре сверлильно-фрезерно-расточной группы Mori Seiki NMV 5000 с ЧПУ, расположенном в научно-образовательном центре Машиностроения и металлургии Южно-Уральского государственного университета. Однородность выборочных дисперсий проверялась по критерию Кохрена. С использованием критерия Фишера установлена адекватность математической модели мощности привода главного движения. Результаты и выводы Получена математическая модель мощности привода главного движения при торцовом фрезеровании учитывающая величину износа по задней поверхности инструмента. Используя элементы мониторирования мощности привода главного движения современных станков с ЧПУ возможно по мере изменения величины площадки износа зубьев фрезы по задней поверхности управлять режимами торцового фрезерования. 1. Гузеев В.И., Пименов Д.Ю. Математическое моделирование силы резания при торцовом фрезеровании // Вестник машиностроения. 2011, 10, Matsumura T., Shimada M., Teramoto K., and Usui E. Predictive cutting force model and cutting force chart for milling with cutter axis inclination // International Journal of Automation Technology. 2013, 7 (1),

244 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМА ПЛАВКИ Н.Д. Тураходжаев, С.А. Расулов, Т.Х. Турсунов, Л.Э. Якубов, Х.З. Абдурахманов, Ш.Н. Тураходжаева, В.П. Брагина Ташкентский государственный технический университет, Ташкент, Узбекистан; Цель Целью исследования является определение режимов плавки композиционных алюминиевых сплавов в электрических установках с применением защитного слоя флюса. Материалы и методы Экспериментальные исследования по определению режимов плавки велись на однофазной установке с питанием от сварочного трансформатора ТС-500. В качества измерительных прибор применяли К-50, с помощью которого замерялась сила тока как на одном электроде, так на двух. Для проведения исследовательских плавок создавался температурный режим, который обеспечивался образованием дуги посредством замкнутой цепи: верхний электрод-кокс-нижний электрод. Для предотвращения потерь флюса посредством угара, дугу установки образовывали посредством кокса в контактном режиме. Для электрической установки с подвижным и неподвижным электродами приводились режимы нагрева, загрузки металла и ведения плавки алюминиевых сплавов. Для снижения потерь вследствие угара алюминиевых сплавов приводятся примеры применения защитных флюсов, способствующих защите жидкого расплава от контакта с кислородом [1]. Научными сотрудниками Ташкентского государственного технического университета был разработан способ переплава композиционного алюминиевого сплава под защитным флюсом и создана конструкция для его осуществления. При разработке способа использовали данные применения электрошлаковой печи для переплава стали с расходуемым электродом. Отличительный принцип работы данной печи заключается в том, что в ней применяются нерасходуемые графитовые электроды, с помощью которых можно перерабатывать как чёрные, так и цветные металлы и их сплавы. В работе приводятся материалы композиционных алюминиевых сплавов и температурный режим рабочего пространства становки, которая должна поддерживаться в пределах С, а температура зоны плавления должна быть в пределах С[2]. Температура рабочего пространства установки поддерживалась в пределах С, а температура зоны плавления С. Загрузка производилась через загрузочное окно выполненной в верхней части установки по принципу противотока [3]. Загрузка композиционных алюминиевых сплавов производилась после расплавления флюса и достижения ею температуры C, , и С. Результаты и их обсуждение При использовании процесса плавления композиционных алюминиевых сплавов с образованием жидкой ванны флюса при температуре С, содержание окисных включений в составе расплава составило 7 8%. Количество водорода в этом при этом составило 0,60 0,62 см 3 /100 гр. Во втором режиме плавки, которая протекает под слоем защитного флюса при температуре С, содержание окисных включений в составе полученного расплава составило 2 3%, а количество водорода 0,34 0,36 см 3 /100 гр. В режиме плавки, которая протекает под слоем защитного флюса при температуре С содержание окисных включений в расплаве составило 4 5%, а количество водорода 0,42 0,44 см 3 /100 гр. В режиме плавки, которая протекает под слоем защитного флюса при температуре С, содержание окисных включений в составе расплава составило 6 7%, а количество водорода 0,54 0,56 см 3 /100 гр. Как видно из результатов исследований, температура жидкой ванны из флюса для плавки алюминиевых сплавов влияет на количественные показатели окисных и газовых включений получаемого расплава. Это свидетельствует об эффективности применения ведения плавки под защитным покровом флюса при соблюдении необходимого температурного режима. В заключение исследовательских работ можно сделать выводы и рекомендации, по которым загрузка композиционных алюминиевых сплавов должна производиться после расплавления флюса и достижения ею температуры С. В то же время, использование конструкции плавильного агрегата с применением графитовых электродов и защитного флюса обеспечивает сокращение безвозвратных потерь металла; экономию энергетических затрат; повышение качества выплавляемого расплава за счёт снижения в его составе окисных и газовых включений. 1. Альтман М. Б., Лебедев А. А., Чухров М. В. Плавка и литье сплавов цветных металлов. М Тураходжаев Н.Д., Шазимов А.О., Камолов Ж.С. Повышение качества алюминиевых сплавов, получаемых из газовых печей // Вестник ТГТУ. 2008, 2, Тураходжаев Н.Д., Якубов Л.Э. Диффузия водорода в алюминиевых расплавах // Вестник ТГТУ. 2008, 3,

246 СЕКЦИЯ 4, Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ И ПЛАКИРОВАННЫХ МЕДНЫХ ПОКРЫТИЙ В.К. Шелег, Е.В. Пилипчук, М.А. Леванцевич Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь; Цель Определение и сопоставление критериев работоспособности медных покрытий, сформированных методами гальванического осаждения и деформационного плакирования гибким инструментом. Материалы и методы При проведении испытаний использовались образцы в виде прямоугольных пластин, размером мм, а также диски диаметром 70 мм, изготовленные из стали 08кп. На плоских поверхностях пластин и дисков были сформированы медные покрытия методами гальванического осаждения и ДПГИ толщинами соответственно 6 7 и 4 5 мкм. Пластинки подвергались циклическому поперечному знакопеременному изгибу на угол 70 с фиксацией числа циклов до момента начала отслоения покрытия и полной поломки образца. Диски подвергались сравнительным испытаниям на трение и износ на машине трения одностороннего вращения реализующей трение сферического индентора, с радиусом 8 мм, изготовленного из стали 40Х (HRC 43 45), по плоской поверхности диска. Испытания проводились в режиме сухого трения, с нагрузкой на индентор 0,39 Н при относительной скорости скольжения последнего по диску 0,25 м/с, сопоставимой со скоростью подачи проволоки в сварочных полуавтоматах. В ходе испытаний регистрировались коэффициент трения скольжения между трущимися образцами, а также износ индентора и диска, определяемый по величине убыли их массы. Продолжительность пути трения составляла 600 м. Результаты и их обсуждение Испытания пластин показали, что на плакированных образцах не происходит отслоения и вздутия покрытия даже при поломке образца, в то время как у образцов с гальваническим покрытием отслоение покрытия происходило через 0,5 цикла. Результаты триботехнических испытаний показали (рис. 1), что образцы с покрытием сформированным методом ДПГИ имеют более высокие (в среднем на 40%) значения коэффициента трения скольжения, чем образцы с гальваническим покрытием, что объясняется меньшей пластичностью плакированных покрытий. Износ испытываемых образцов дисков с покрытиями и трущихся в паре с ними сферических инденторов примерно одинаков (рис. 2). Рис. 1. Зависимость коэффициента трения скольжения от пути трения: 1 без покрытия, 2 с покрытием сформированным методом ДПГИ, 3 обработан щеткой без нанесения покрытия, 4 с гальваническим покрытием Рис. 2. Износ экспериментальных образцов в результате триботехнических испытаний: 1 диск обработан щеткой без нанесения покрытия; 2 диск с гальваническим покрытием; 3 диск с плакированным покрытием; 4 диск без покрытия Заключение Результаты проведенных исследований позволяют заключить, что метод ДПГИ можно успешно применять для формирования медного покрытия на поверхности сварочной проволоки, поскольку обеспечивается высокая прочность сцепления сформированного слоя с поверхностью основы. Сформированный слой способен выдерживать весьма значительные удельные контактные нагрузки (до 250 МПа. Возможно, что благодаря более высокому значению коэффициента трения скольжения плакированного слоя, улучшатся условия контактирования проволоки с подающими роликами сварочных полуавтоматов, способствуя устранению ее проскальзывания и более равномерной ее подаче. Стоит отметить, что пластичность плакированных покрытий можно регулировать варьированием технологических параметров процесса плакирования. 1. Леванцевич М.А., Максимченко Н.Н., Зольников В.Г. Повышение эксплуатационных свойств трибосопряжений нанесением покрытий металлическими щетками // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2005, 1,

248 СЕКЦИЯ 5. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КОМПОЗИЦИОННЫЕ ФТОРПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА МАГНИЕВЫХ СПЛАВАХ Д.В. Машталяр 1, С.В. Гнеденков 1, С.Л. Синебрюхов 1, И.М. Имшинецкий 1, К.В. Надараиа 1, Д.П. Кирюхин 2, В.М. Бузник 1,3 1 Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия; 2 Институт проблем химической физики РАН, Московская область, Черноголовка, Россия 3 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Москва, Россия Цель Сплавы магния отличаются уникальным сочетанием высокой прочности, низкой плотности, пластичности и легкости в обработке. Именно поэтому они используются в авиационной, автомобильной и электронной промышленности. Однако более широкое практическое применение магниевых сплавов ограничивают два существенных недостатка низкая стойкость к коррозии и износу. Одним из способов повышения стойкости металлов и сплавов является формирование на их поверхности защитных покрытий. В последние десятилетия активно развивается один из наиболее перспективных видов поверхностной обработки металлов и сплавов метод плазменного электролитического оксидирования (ПЭО). ПЭО позволяет формировать антикоррозионные, износо- и термостойкие керамикоподобные покрытия [1, 2]. Получаемые методом ПЭО слои служат подходящей основой для создания композиционных покрытий (КП), включающих в свой состав фторполимеры, обладающие высокой химической стойкостью и антифрикционными характеристиками. Материалы и методы исследований Базовый ПЭО-слой был сформирован при анодно-катодной поляризации в силикатно-фторидном электролите [2] на деформируемом магниевом сплаве МА8 (система Mg Mn Ce). Нанесение фторполимера на базовый ПЭО-слой с целью получения КП осуществляли двумя способами. В первом случае использовали суспензию ультрадисперсного политетрафторэтиленома (УПТФЭ) торговой марки «Форум», во втором теломерный раствор тетрафторэтилена (ТФЭ) в ацетоне торговой марки «Черфлон». Нанесение полимеров осуществлялось окунанием и электрофоретическим осаждением с последующей термообработкой. Оценку защитных свойств КП проводили электрохимическими и трибологическими методами. Результаты и их обсуждение Согласно анализу электрохимических характеристик КП, полученные с использованием теломерного раствора ТФЭ и суспензии УПТФЭ, снижают токи коррозии на 2 4 порядка по сравнению с исходным ПЭО-слоем. Трибологические исследования свидетельствуют о повышенных антифрикционных характеристиках КП с нанесенным на поверхность фторполимерным материалом. Коэффициент трения более чем в 8 раз меньше, чем у базового покрытия, сформированного в процессе ПЭО. Фторполимерный материал играет роль сухой смазки [2]. Под воздействием нагрузки полимер уплотняется и распределяется более равномерно, обеспечивая снижение коэффициента трения, а следовательно, и увеличивая (до 80 раз) ресурс до износа КП. Антикоррозионные и трибологические характеристики полимерсодержащего КП обусловлены особенностями морфологии поверхности, высокими диэлектрическими свойствами покрытия. Предложенные режимы нанесения фторполимерных материалов на ПЭО-покрытие обеспечивают гидрофобные и супергидрофобные свойства поверхности, создавая дополнительную защиту от внешней коррозионно-активной среды. Заключение Проведенные исследования показали, что обработка ПЭО-слоев в теломерном растворе и суспензиях с УПТФЭ, позволяет существенно увеличить антикоррозионные и антифрикционные свойства поверхности магниевых сплавов. Разработанные КП являются перспективными материалами для различных областей промышленности. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда ( ) и Правительства РФ (Федерального агентства научных организаций). 1. Gnedenkov S.V., Khrisanfova O.A., Zavidnaya A.G., et al. PEO- Coatings Obtained on an Mg Mn Type Alloy under Unipolar and Bipolar Modes in Silicate-Containing Electrolytes // Surf. Coat. Tech (204), Gnedenkov S.V., Sinebryukhov S.L., Mashtalyar D.V., et al. Composite Polymer-Containing Protective Coatings on Magnesium Alloy MA8 // Corr. Sci (85),

250 Выход волокнистой фракции, % Скорость выделения газа, мг/с ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 5. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. КОМБИНИРОВАННАЯ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННАЯ АБЛЯЦИЯ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА Е.М. Толстопятов Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь В работах [1, 2] сообщалось об обнаруженном влиянии электрического разряда в среде газообразных продуктов лазерной абляции политетрафторэтилена (ПТФЭ) на процесс образования волокнистых продуктов. Однако получить количественные данные и установить механизм этого эффекта не удалось из-за недостаточной воспроизводимости и стабильности пространственной локализации активной зоны плазмы. Целью настоящего исследования является получение количественных данных о влиянии разрядной плазмы на процесс лазерной абляции ПТФЭ. Для стабилизации пространственного положения активной зоны разряда был использован источник высокого напряжения с высоким внутренним сопротивлением с симметричным выходом. Кроме этого, лазерно-плазменный блок в целом собран в виде осесимметричной конструкции, минимизирующей нестабильность зоны разряда. В качестве мишени взяты образцы промышленного полимера двух партий, различающиеся выходом волокнистой фракции в безразрядном режиме абля- ции (I 10 и II 15%). Предварительно в закрытой вакуумированной камере создавалась газовая среда с давлением, равным давлению в установившемся режиме абляции при непрерывной откачке, путём разложения вспомогательной мишени. Время облучения лазерным лучом мощностью 45 Вт составляло 30 с; при этом откачка камеры начиналась синхронно с подачей лазерного излучения на основную мишень и высокого напряжения на электроды. На рисунке приведена зависимость параметров абляции образца I от тока разряда для одного из вариантов электродной системы. Из этих данных следует, что воздействие плазмы оказывает существенное влияние на выход волокнистой фракции, не изменяя интенсивности выделения газа. Интегральная скорость абляции изменяется только за счёт вариации вклада волокнистой фракции. Дополнительные эксперименты с полимером разных партий, а также с различной геометрией электродной системы, переменным и постоянным токами, показали, что характер и количественные параметры влияния плазмы могут быть различными. Положение максимума волокнообразования на токовой шкале и его величина могут изменяться, вплоть до полного его отсутствия. Необходимо отметить, что начальная часть графика с максимумом подобна ходу зависимости выхода волокнистых продуктов лазерной абляции ПТФЭ от дозы предварительного -облучения [2] Ток разряда, ма Рис. Зависимость выхода волокнистой фракции и скорости выделения газа при абляции образца I Полученные образцы волокнистого полимера и материала поверхностного слоя кратера абляции проанализированы на ИК спектрометре и электронном микроскопе. ИК спектры материала волокон, полученные при разных токах разряда, полностью совпадают между собой и со спектром исходного полимера. В то же время морфология поверхности кратера абляции зависит от тока разряда, что свидетельствует о некоторых различиях в свойствах полимера поверхностного слоя, модифицированного комбинированным воздействием лазерного излучения и плазмы различной интенсивности. Характер поверхности кратера абляции при больших токах разряда соответствует состоянию полимера с пониженной молекулярной массой. Для объяснения наблюдаемого явления предложена гипотеза термохимического модифицирования поверхностного слоя облучаемого лазером полимера совместным действием генерируемых в нём активных продуктов деструкции ПТФЭ и диффундирующих в объём слоя продуктов плазмолиза тетрафторэтилена. В результате этих процессов изменяются реологические свойства поверхностного слоя кратера абляции и, как следствие, способность его к газодинамической вытяжке в струи, отверждающиеся в виде волокон. 1. Толстопятов Е.М., Гракович П.Н., Иванов Л.Ф., Рябченко И.Л. О механизме образования волокон при лазерной абляции политетрафторэтилена // Вопросы химии и хим. технол. 2002, 2, Гракович П.Н., Иванов Л.Ф., Калинин Л.А., Рябченко И.Л., Толстопятов Е.М., Красовский А.М. Лазерная абляция политетрафторэтилена // Рос. хим. журнал. 2008, (LII), 3,

252 СЕКЦИЯ 5. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПТФЭ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ А.Г. Аргунова Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия; Введение Инновационное развитие Арктической зоны Российской Федерации подразумевает использование в технике материалов, способных выдерживать большие амплитуды температурных перепадов и высокие нагрузки при отрицательных температурах. Выпускаемые отечественной промышленностью полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе ПТФЭ, хотя и имеют более высокую износостойкость, характеризуются недостаточной эластичностью и прочностью, что снижает их эффективность и работоспособность в качестве герметизаторов при отрицательных температурах. Применение нанонаполенных композитов является актуальным решением этой проблемы. Цель Проведены исследования релаксационных свойств композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и нанооксидов алюминия с целью прогнозирования поведения свойств нанокомпозиционного материала при работе в условиях отрицательных температур. Материалы и методы исследований Объектами исследования являлись ПТФЭ (ГОСТ ) и нанокомпозиты на его основе, наполненные наноструктурными оксидами алюминия с размерами зерен 9 11 нм. Экспериментальные исследования по растяжению образцов проводили на испытательной машине «UTS-2» (Германия) в диапазоне температур от 40 до +20 С. Образцы термостатировали в температурной камере «Noske-Kaeser» в течение 60 мин. Результаты и их обсуждение При оценке характеристик полимерных материалов необходимо исследовать их релаксационные свойства, позволяющие прогнозировать работоспособность изделий из этих материалов в тех или иных условиях эксплуатации, в том числе при отрицательных температурах. Наиболее распространенными способами математического описания релаксационных свойств полимерных композитов являются два: с помощью спектров времени релаксации и изменениями в релаксирующих напряжениях, описываемых уравнением Кольрауша. Спектром времен релаксации можно отобразить любой сложный процесс, однако метод требует трудоемкого расчета. Уравнение Кольрауша довольно точно описывает релаксацию напряжения в полимерах: σ(t) = σ + σ 0 exp( at k ), где σ(t) напряжение в момент t; σ = E равновесное напряжение; σ 0 = E 0 релаксирующая часть напряжения; а, k константы, причем а = 1/τ k (τ время релаксации). Экспериментально не удалось установить какой-либо определенной зависимости параметров от температуры и условий деформирования, но в ряде случаев они зависят от длительности испытания. В эксперименте использованы различные уровни деформации от 0,82 до 1,15% при температурах от 23 до 40 С. Как видно из рис.1, наблюдается снижение значения остаточного напряжения нанокомпозита при температуре ниже 0 С по сравнению с ПТФЭ. При температуре 40 С значение остаточного напряжения у ПКМ становится в 1,5 раза ниже. 7 σост, МПа Т, о С Рис. 1. Зависимость остаточного напряжения от температуры: ПТФЭ, ПТФЭ + Al 2 O 3 Как правило, охрупчивающие факторы (в том числе понижение температуры) усиливают влияние остаточного напряжения. Однако нанокомпозиты проявляют себя как пластичный материал даже при резко отрицательных температурах, а следовательно не теряет своих герметизирующих свойств. Нетипичные для композитов данные получены при исследовании триботехнических свойств. Установлено, что при отрицательных температурах ( 40 С) скорость массового изнашивания (I) нанокомпозитов уменьшается в 8 9 раз по сравнению с I при комнатной температуре (+23 С). В то время как для композитов с цеолитами, базальтовым волокном, шпинелями магния и др. наполнителями I при отрицательных температурах увеличивается. Очевидно, это связано с трибохимическими процессами, протекающими на поверхностях трения нанокомпозитов. Это позволит повысить работоспособность и долговечность изделий из разработанного материала, в том числе при эксплуатации в узлах трения в северных регионах РФ. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Научно-образовательный фонд поддержки молодых ученых Республики Саха (Якутия)»

254 Количество привитого полимера, отн. ед. ПОЛИКОМТРИБ-2015 СЕКЦИЯ 5. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПРИВИВОЧНАЯ ФОТОПОЛИМЕРИЗАЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РТУТНЫХ ЛАМП И МОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ А.А. Горбачев, Л.В. Шкрабатовская, А.В. Данильчик, Л.К. Приходченко, Е.В. Луценко, О.Н. Третинников Институт физики НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Фотоиндуцированная прививочная полимеризация простой, экономичный и экологически чистый способ модификации поверхности материалов функциональными полимерами, получения селективных мембран, сорбентов, биомедицинских материалов, микрожидкостных устройств. Для крупнотоннажных промышленных применений этого способа актуальным является повышение скорости образования привитого полимера. Скорость фотохимических реакций может быть повышена за счет увеличения интенсивности излучения. До настоящего времени для прививочной фотополимеризации на поверхности использовали УФ излучение ртутных ламп на длине волны 365 нм. Мощность излучения на = 365 нм составляет менее 20% от полной оптической мощности лампы. Почти половина этой мощности теряется на светофильтре, выделяющем данное излучение. В результате, из-за относительно низкой плотности мощности излучения (~ 10 мвт/см 2 ) длительность прививочной фотополимеризации составляет мин, что не позволяет проводить процесс в непрерывном («рулонном») режиме. Перспективной альтернативой ртутным лампам, являются мощные УФ светодиоды, появившиеся на рынке буквально в последние годы. Цель работы исследование возможностей существенного повышения скорости прививочной фотополимеризации на поверхности за счет использования излучения мощных УФ светодиодов. УФ-индуцированную прививочную полимеризацию акриловой кислоты (АК) на поверхности пленок полипропилена (ПП) проводили по методу «тонкого слоя», описанной в [1]. Использовали светодиодный УФ излучатель собственного изготовления, дающий излучение на длине волны 365 нм с плотностью мощности до 200 мвт/см 2 при площади засветки 75 см 2. Излучение спаренных ртутных ламп ДРТ-400 на 365 нм выделяли полосовым фильтром УФС-6. При этом плотность мощности излучения составляла мвт/см 2. ИК спектры поверхности пленок получали методом ИК спектроскопии НПВО (рис. 1). Количество (G) привитой полиакриловой кислоты (ПАК) определяли из интенсивностей полос поглощения ПАК при 1710 см 1 (A 1710 ) и ПП при 1376 см -1 (A 1376 ) по формуле G = A 1710 /(A A 1376 ). Использование излучателя на мощных УФ светодиодах позволило получить 6-кратное сокращение продолжительности процесса прививки, относительно его продолжительности при использовании УФ излучателя на ртутных лампах (рис. 2). Предел повышения плотности мощности излучения, после которого скорость реакции перестает увеличиваться, не был достигнут. Можно ожидать дальнейшего увеличения скорости реакции при использовании еще более мощного излучения. A/A мин 1 мин 0,5 мин, cm -1 0 мин Рис. 1. ИК спектры НПВО исходной пленки ПП и пленок ПП, модифицированных прививочной фотополимеризацией АК при плотности мощности излучения светодиодного УФ излучателя 193 мвт/см 2. Время реакции указано на рисунках светодиоды, 64 мвт/см 2 светодиоды, 193 мвт/см 2 светодиоды, 16 мвт/см 2 лампа, мвт/см Время УФ облучения, мин Рис. 2. Зависимость количества привитого полимера от времени УФ облучения ламповым источником и светодиодным источником при разных плотностях мощности излучения. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке БРФФИ (проект Х15М-062). 1. Третинников О.Н., Приходченко Л.К., Шкрабатовская Л.В. Фотоиндуцированная прививочная полимеризация акриловой кислоты на поверхности пленок полипропилена из тонкого слоя недеаэрированного водного раствора мономера // Журн. прикл. химии (86), 10,

256 СЕКЦИЯ 5. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФТОРОПЛАСТА «ГРИФТЕКС» В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ХИРУРГИИ П.Н. Гракович 1, В.В. Кудло 2, И.Г. Жук 2, И.С. Цыдик 2 1 Институт механики металлополимерных систем им. В. А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 2 Гродненский государственный медицинский университет, Гродно, Беларусь Введение Лазерная технология волокнисто-пористого фторопласта «Грифтекс» позволяет получать уникальный по своей поровой структуре материал. Одной из областей его применения является хирургия, что, в том числе связано с ограниченным количеством методов получения пористых систем из фторопласта-4. Цель Оценить результаты применения волокнистопористого фторопласта «Грифтекс» в экспериментальной хирургии. Материалы и методы исследований Впервые свойства волокнисто-пористого фторопласта «Грифтекс» в экспериментальной хирургии были исследованы при использовании его для пластики мышечного дефекта в качестве каркасного материала (Цыдик, 2006). Исследовался материал разной пористости: высокопористый, по структуре близкий к вате, так относительно низкопористый (типа войлок, пористость около 85%). Исследование иммунной системы свидетельствовало об отсутствии реакции отторжения и деструкции трансплантата. Было доказано отсутствие токсического эффекта со стороны имплантата на обмен веществ в организме. При гистологическом исследовании препаратов на поздних сроках было обнаружено, что протезы полностью восполняли объем утраченных тканей, были не только инкапсулированы, но и изнутри полностью прорастали соединительной тканью. При этом степень выраженности прорастания и инкапсуляции зависела от пористости материала. В случаях применения высокопористого материала капсула была более тонкостенной, но и сам протез более интенсивно и в гораздо большей степени прорастал элементами соединительной ткани. Протезы из «Грифтекс» служили своеобразным матриксом и обеспечивали направленную репаративную регенерацию в области имплантации с восстановлением объема утраченной ткани. Кроме того, высокие интеграционные свойства высокопористого материала позволяли применять его в функционально активных (подвижных) областях. В последующем материал «Грифтекс» был использован для модифицирования поверхности эластического обтуратора кишечника (Смотрин И.С., 2009). Последние изготавливались из медицинского полиуретана и, в связи с этим, обладали главным недостатком: из-за открыто-ячеистой структуры при длительном контакте с раневой поверхностью может сопровождаться прорастанием в ячейки волокон соединительной ткани. Данный недостаток удалось устранить нанесением слоя «Грифтекса» толщиной 2 мм. Кроме того, была разработана система фиксации обтуратора в просвете свищевого хода. Углубленные исследования показали, что обтуратор включающий «Грифтекс», не оказывает отрицательного воздействия на общую совокупность метаболических процессов в тканях экспериментальных животных (исследовался пул свободных аминокислот тканей). Высокая гидрофобность и малая прочность сцепления волокон в материале «Грифтекс» позволили разработать сорбционно-дренажного устройства для гнойных ран и полостей (Ославский А.И., 2011). Оно позволяет организовать локальную санацию гнойника, в т.ч. методами лапороскопии. В последнее время начаты исследования по изучению влияния «Грифтекс» при его имплантации на раневую поверхность печени (Кудло В.В., 2011). Было выявлено, что волокна коллагена используют матрикс полимера как опору для полного восстановления капсулы органа. В более поздние сроки происходит обрастание материала снаружи (со стороны брюшной полости) и изнутри (со стороны раны печени). Лабораторные исследования показали, что «Грифтекс» при контакте с внутренней средой живой модели не вызывает изменений в показателях общего и биохимического анализов крови, коагулограммы. При микроскопическом исследовании гистологических препаратов обнаружено, что в ткани печени, прилегающей к полимеру, воспалительная реакция носила умеренный характер, структура материала практически не изменялась и отсутствовала его абсорбция. На отдалении от места операции структура печени не отличалась от нормы, рубцовые и цирротические изменения отсутствовали. Таким образом волокнисто-пористый фторопласт «Грифтекс» является биологически совместимым и инертным материалом, применение которого в экспериментальной хирургии в полной мере обосновано как с целью замещения наружных тканей, так и частей внутренних органов, а так же для временного закрытия полых органов. Данное направление экспериментальной хирургии является перспективным и может способствовать поиску новых способов хирургического лечения заболеваний различных органов и тканей. Результатом работы является создание новых изделий медицинского назначения на основе материала «Грифтекс». 238

258 СЕКЦИЯ 5. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИД/ОКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА СПЛАВЕ МАГНИЯ В.С. Егоркин, И.Е. Вялый, Д.П. Опра, С.Л. Синебрюхов, С.В. Гнеденков Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия; Цель Перспективность магниевых сплавов как конструкционных и функциональных материалов для автомобильной, аэрокосмической и других отраслей промышленности обусловлена их малой удельной плотностью, высокой прочностью, легкостью механической обработки. Основными недостатками, существенно ограничивающими практическое применение магниевых сплавов, являются низкие стойкость к коррозии и износу. Целью данного исследования являлось разработка способа формирования покрытий, направленных на увеличение защиты сплава магния посредством формирования на его поверхности износостойкого и антикоррозионного полимерсодержащего покрытия. Материалы и методы исследований Покрытия формировали посредством сочетания двух методов. Первый формирование керамикоподобного защитного покрытия методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) [1]. Второй формирование на ПЭО-покрытии поливинилиденфторидного (ПВДФ)-слоя методом окунания. ПВДФ-полимер характеризуется высокими антифрикционными свойствами, химической стойкостью и термической стабильностью [2]. Образцы представляли собой прямоугольные пластины размерами ,5 мм, изготовленные из магниевого сплава системы Mg Mn Се (1,5 2,5 мас.% Mn; 0,15 0,35 мас.% Ce; Mg остальное). Электролит для проведения ПЭО состоял из 15 г/л Na 2 SiO 3 и 5 г/л NaF, растворенных в воде. Оксидирование проводили в биполярном режиме. Для формирования ПВДФ/ПЭО-покрытий использовали метод окунания с выдержкой 10 секунд образцов с ПЭОслоем в раствор ПВДФ-полимера (C 2 H 2 F 2 ) n. Для получения раствора использовали N-метил-2-пирролидон (C 5 H 9 NO), в котором размешивали порошок ПВДФ. Затем образцы просушивали при 70 С. Измерение толщины покрытий проводили вихретоковым толщиномером ВТ-201. Фазовый состав поверхностных слоев определяли на рентгеновском дифрактометре D8 Advance (СuK α -излучение). Трибологические испытания проводили на автоматизированной машине трения Tribometer (CSM Instruments). Оценка площади поперечного сечения дорожки износа после трибологических испытаний проводили прецизионным контактным профилометром MetekSurtronic 25. Адгезионные свойства поверхностных слоев были исследованы методом склерометрии на приборе Revetest Scratch Tester (CSM Instruments). Исследование электрохимических параметров проводили в 3% растворе NaCl методом потенциодинамической поляризации и импедансной спектроскопии с помощью VersaSTAT MC (Princeton Applied Research). Результаты и их обсуждение Исходные ПЭО-покрытия содержат в своем составе MgO и Mg 2 SiO 4.Толщина сформированных на их основе ПВДФ/ПЭО-покрытий составляет 14±2 мкм. Однократное нанесение полимера на ПЭО-слой позволяет увеличить износостойкость покрытий почти в 2 раза, повышение кратности до 2 3 раз приводит к увеличению количества циклов истирания до металла (более чем в 25 раз). Наилучшими адгезионными характеристиками обладают полимерсодержащие ПЭО-покрытия, сформированные трехкратным нанесением полимера. Анализ электрохимических параметров показал, что трехкратное нанесение ПВДФ на ПЭОпокрытия более чем на 4 порядка уменьшает токи свободной коррозии (до 6, А см 2 ) по сравнению со сплавом без покрытия (3, А см 2 ). Установлено, что ПВДФ/ПЭО-покрытие обладает антифрикционными свойствами, снижая коэффициент трения до значений 0,30±0,06, что существенно ниже по сравнению с базовым ПЭО-слоем (0,65±0,03). В результате проведенных исследований разработан метод формирования антикоррозионного композиционного полимерсодержащего покрытия на поверхности сплава магния, предварительно обработанного методом ПЭО. Показано, что при трехкратном нанесении ПВДФ на поверхность ПЭОпокрытия значительно улучшаются антикоррозионные и антифрикционные свойства. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда ( ) и Правительства РФ (Федерального агентства научных организаций). 1. Gnedenkov S.V, et al. PEO Coatings Obtained on an Mg-Mn Type Alloy under Unipolar and Bipolar Modes in Silicate- Containing Electrolytes // Surf. Coat. Technol (204), Liu F., et al. //J. Membrane Sci (375),

260 СЕКЦИЯ 5. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. АДГЕЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ ХОЛОДНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФТОРКАУЧУКОВ Е.В. Савина, В.И. Пурцеладзе, Г.А. Емельянов Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский институт синтетического каучука им. акад. С.В. Лебедева, Санкт-Петербург, Россия; Введение Потребность в термоагрессивостойких материалах с высокой адгезией для ответственных областей техники стимулирует исследование и создание новых улучшенных материалов, а также выявляет необходимость более подробного изучения научных аспектов материаловедения. Весьма перспективным является использование покрытий на основе фторорганических каучуков, поскольку они обладают рядом ценных свойств, в частности, высокими химической и механической прочностью, термостойкостью, низкой паропроницаемостью, повышенной стойкостью к атмосферным воздействиям, кислороду, озону и солнечному свету; огнестойкостью [1]. Однако возможности применения подобных покрытий ограничивают недостаточно высокая адгезия и необходимость высокотемпературной вулканизации. Цель В связи с вышеизложенным, была предпринята попытка устранить недостатки рецептур покрытий на основе фторированных каучуков (ФК) без потери основных свойств путем создания композиций, способных отверждаться при комнатной температуре, при этом имеющих высокую адгезию к субстрату. Материалы и методы исследований В качестве основы при создании материала использовался фторкаучук СКФ-26 cополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, который широко известен как основа для создания термоагрессивостойких покрытий и герметиков [2, 3]. Для улучшения адгезии композита были исследованы галогенированные каучуки (ГК) различной природы. ГК отличаются высокой адгезией к тканям и металлам и в настоящее время широко применяются для производства клеев и лаков. Кроме того, галогенированные каучуки обладают превосходной устойчивостью к биокоррозии, что позволяет использовать их как компоненты систем для защиты от «обрастания» в водных средах. Исследовались композиции с различным процентным соотношением ГК и СКФ-26. В качестве отвердителя использовался γ-аминопропилтриэтоксисилан (АГМ-9). Были проведены исследования, подтверждающие предполагаемую структуру получаемых покрытий, а также характеризующие физико-механические и физико-химические свойства композиций. Результаты и их обсуждения В ходе разработки рецептуры особое внимание уделялось механизму взаимодействия аминных отвердителей с галогенированным каучуком. Для достижения поставленных целей необходимо было создать материал, компоненты которого образуют единую пространственно-сшитую систему (структура «сетка в сетке») [4]. На основании результатов ИК-спектроскопии, а также косвенных признаков (изменение окраски раствора и пленки), были получены данные, подтверждающие гипотезу о дегидрогалогенировании исходного ГК. Результаты испытаний конечных композиций ФК-ГК на стойкость в галогенированных растворителях также показали, что при добавлении менее 20 мас.% АГМ-9 в композицию набухание образца составляет не более 2%. Это может свидетельствовать об образовании пространственно-сшитой системы. Испытания термостойкости показали, что присутствие в структуре «сшитого» СКФ-26 сетки ГК не оказывает влияние на термостойкость фторкаучука и полученные композиции имеют аналогичные температурные показатели разложения с исходным фторкаучуком. Физико-механические испытания образцов изучаемых композиций позволили определить предел содержания ГК в композиции. Так при содержании мас.% галогенированного каучука прочность и эластичность пленки соотносится с аналогичными показателями для покрытий на основе фторкаучука; дальнейшее увеличение содержания ГК по отношению к СКФ-26 негативно сказывается как на прочностных показателях покрытия, так и на адгезии сдвига. Показано, что при содержании ГК не более 25 мас.% по отношению к ФК, происходит увеличение адгезии покрытия к металлу более чем на 150%; при содержании ГК выше 40 мас.% возрастание адгезионной прочности не столь значительно и составляет не более 45%. 1. Кондрашов Э.К., Владимирский В.Н., Бейдер Э.Я. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия. М.: Химия Патент РФ Патент РФ Гинзбург Л.В., Польсман Г.С. и др. Исследование механизма взаимодействия хлорсодержащих полимеров с полидиенами в присутствии аминов // Высокомолекулярные соединения. Сер. А (XIV), 8,

262 СЕКЦИЯ 5. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ ТКАНЕЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФТОРОПЛАСТОВЫХ КОМПОЗИТОВ В.А. Шелестова 1, М.Ю. Целуев 1, И.В. Коваль 1, М.В. Полховский 2 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, 2 ОАО СветлогорскХимволокно, Светлогорск, Беларусь В области разработки композиционных материалов на основе фторопласта-4 (Ф-4) и углеродных волокон (УВ) важной задачей является изучение влияния на комплекс свойств данных композитов особенностей исходных компонентов. Для наполнения Ф-4 применяются дискретные УВ, полученные измельчением углеродных тканых материалов разных типов и марок, которые существенно отличаются по свойствам. При производстве углеродных материалов на ОАО «СветлогорскХимволоконо» их свойства могут варьироваться различными технологическими приемами: составом и режимами пропитки и сушки, температурой термообработки, степенью крутки нитей, видом плетения тканей и др. В свою очередь, характеристики тканей могут оказывать влияние на процессы их плазмохимичекой обработки (ПХО) и измельчения и, соответственно, на свойства наполняемых ими композитов. Целью работы являлось изучение влияния некоторых свойств углеродных материалов на характеристики фторопластовых композитов. Работа выполнялась в рамках контракта ЮВК Образцы углеродных материалов получены на ОАО «СветлогорскХимволоконо», модифицированы методом ПХО в среде октафторциклобутана. Далее углеродные материалы измельчены на промышленном оборудовании ОАО «Гродненский механический завод». УВ различного фракционного состава получены рассеиванием их на ситах и использованы для получения образцов композитов на ОАО «Гродненский механический завод» из порошка Ф-4 марки ПН 90. Характеристики углеродных материалов определены по методикам производственной лаборатории ОАО «СветлогорскХимволоконо», упругопрочностные свойства композитов на универсальной испытательной машине Instron 5567, коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) композитов на дилатометре DIL801L в интервале температур С. Установлено влияние на фракционный состав и насыпную плотность измельченных УВ свойств исходных углеродных тканей, полученных при варьировании параметров технологического процесса, а также влияние ПХО. Зависимость насыпной плотности измельченных УВ от величины удельной поверхности волокон имеет минимум. После ПХО УВ характер влияния этого параметра на насыпную плотность меняется на противоположный. ПХО приводит к повышению способности углеродных волокон к измельчению, вероятно, за счет травления поверхности УВ фтором. Изучены зависимости физико-механических свойств фторопластовых композитов от насыпной плотности и фракционного состава УВ и определены интервалы оптимальных значений насыпной плотности для модифицированных и исходных УВ, которые составили и кг/м 3 соответственно. Показано, что ПХО приводит к стабилизации значений насыпной плотности УВ, уменьшению влияния на фракционный состав УВ свойств исходных углеродных материалов. Изучено влияние фракционного состава измельченных модифицированных УВ на физико-механические свойства наполненного ими Ф-4. Показано, что несколько выше физико-механические характеристики для образцов с размером УВ мкм в сравнении с образцами на основе УВ размером 2 40 мкм или мкм. Значения КТЛР повышаются при увеличении длины УВ, наполняющих Ф-4. Эффективность ПХО углеродной ткани определяется также ее текстильной структурой. С точки зрения формирования нанопокрытия из фторполимера на поверхности всех моноволокон комплексной нити предпочтительно использовать углеленты марки ЛО-1 или углеткани типа Т-1 и Т-0,5. Проведены исследования по оптимизации конечной температуры термообработки (Т обр) углеткани. Углеродные волокна разного класса (с разной Т обр ) существенно отличаются по свойствам. Карбонизированные волокна класса 12 (Т обр = 1200 С) содержат 75% углерода, имеют высокие влажность (до 15%), и электрическое сопротивление. С увеличением Т обр более 1500 С повышаются прочность элементарного волокна на 20 30%, содержание углерода выше 98%, снижаются влажность и электрическое сопротивление. Упруго-прочностные свойства и плотность композитов из УВ разного класса проявляют нелинейную зависимость от Т обр, а КТЛР отличается для них незначительно. 244

264 СЕКЦИЯ 5. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ФТОРПОЛИМЕРОВ ПОСЛЕ ВЗРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ Н.А. Адаменко, Г.В. Агафонова, А.Э. Герасимук, Н.О. Сизоненко Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия; Эффективным способом модификации структуры фторполимеров является взрывная обработка (ВО). Интенсивность структурных преобразований зависит от схемы нагружения, параметров ВО, конфигурации ударного фронта (УФ), а также пористости исходной порошковой системы. В данной работе ВО порошков политетрафторэтилена (ПТФЭ), его сополимера Ф-4МБ и поливинилиденфторида (Ф-2М) производилась по схемам нагружения плоской, скользящей УВ и в цилиндрической ампуле, что позволяло варьировать уровень теплового фактора и напряженного состояния полимерных прессовок. Изучены изменения морфологии, кристаллического строения, плотности, термических и прочностных свойств, образцов после ВО и последующего спекания. Проведенные исследования позволили установить, что перестройка кристаллической структуры, дефектообразование и протекание химических реакций в полимерах усиливаются с повышением интенсивности ударного воздействия. Согласно РСА при давлении в скользящем УФ от 0,2 до 3,0 ГПа степень кристалличности и размеры кристаллитов ПТФЭ не изменяются, но незначительно возрастают при термическом воздействии. С увеличением давления более 3 ГПа повышается дефектность структуры, а после спекания она снижается больше, чем у исходного материала и обработанного при более низком давлении, что связано с отжигом дефектов, уровень которых выше при более интенсивном сжатии. Плоское ударное нагружение позволяет реализовать самые жесткие условия ударного воздействия, что по данным ТМА привело к снижению температуры плавления (Т пл ) ПТФЭ с минимумом при 280 С после нагружения Р=2,1 ГПа. Наблюдаемое резкое отличие термомеханических кривых по сравнению со статически спрессованным (СП) материалом, а также снижение температур течения с 400 С до С у обработанного взрывом ПТФЭ указывает на структурные изменения в полимере, приводящие к уменьшению его вязкости. После ВО у Ф-4МБ и Ф-2М снижаются температуры размягчения на 6 10 С по сравнению со СП. Спекание повышает температуру размягчения полимеров на С сохраняя разницу между полученными ВО и СП. ВО скользящим УФ привела к увеличению прочности и жесткости Ф-2М и после спекания при t = 190 С происходит повышение прочности Ф-2М в 1,5 раза (до 200 МПа) за счет ориентации макромолекул вдоль направления УФ, которая сохраняется после спекания, что может быть связано с одновременным образованием между ними сшивок, свойственных этому полимеру. Прошедшая при ВО структурная модификация привела к изменению поведения полимеров при спекании, что обусловлено понижением термической устойчивости кристаллических образований и их большей дефектностью в результате ударного воздействия, способствующих активации процесса последующего спекания прессовок. ПТФЭ после спекания при t = 330 С имеет такие же плотность и твердость, как после 370 С в результате плавления кристаллитов после ВО при более низкой температуре. Усиление при ВО межмолекулярного взаимодействия реализуется в более высокой прочности образцов, по сравнению со СП, различие которой увеличивается с ростом степени деформации, и при 20% деформации после ВО прочность составляет 40 МПа. При обработке порошка полимера в цилиндрической ампуле за счет эффекта схождения УВ происходит скачкообразное увеличение давления в центре ампулы выше 1,5 ГПа, что вызывает формирование при 50 60% пористости центральных зон, существенно отличающихся по свойствам и структуре от периферийных. Интенсивная деформация порошка в центре ампулы привела к 5 6 кратному уменьшению размеров кристаллитов, четырехкратному увеличению их дефектности, формированию новой фазы в результате частичной карбонизации ПТФЭ и повышению термостойкости до 510 С, по сравнению с другими зонами прессовки. В центральной зоне прессовок ПТФЭ и Ф-2М образуются волокнистые структуры, ориентированные по направлению распространения УФ. На изображениях СЭМ видны длинные фибриллы толщиной десятки нм, то есть порошок трансформировался в волокнистую структуру, аналогичную полученной лазерной обработкой ПТФЭ. Полученные КМ ПТФЭ с термостойкими полиимидами, полиэфирами и фенилоном не зависимо от схемы ВО имеют более высокие температуры размягчения, чем выше в них содержание ПТФЭ. При содержании 50% ПТФЭ температура размягчения его КМ с фенилоном после ВО в ампуле достигает максимального значения (365 С). Композиции с одинаковым содержанием ПТФЭ, полученные в цилиндрической ампуле обладают более высокой температурой размягчения на С и меньшей деформируемостью на 15 40% по сравнению со спрессованными плоским УФ. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда

266 СЕКЦИЯ 5. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКА НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА П.Н. Петрова 1, Т.А. Исакова 1 1 Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия; 2 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия Известно, что совершенствование технологии получения полимерного композиционного материала (ПКМ) в направлении повышения уровня внешнего энергетического воздействия и активации компонентов позволяет достичь значительного повышения механических и триботехнических свойств ПКМ. В данной работе приведены результаты по разработке новых технологий на основе высокоэнергетических воздействий на стадии совмещения компонентов композита, основанные на использовании методов совместной механохимической активации компонентов и ультразвукового воздействия, приводящие к улучшению деформационно-прочностных и трибологических свойств композитов на основе политетрафторэтилена. Объектами исследования являются политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4, марка ПН) и композиты на его основе, содержащие в качестве наполнителя ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ) и активированные природные цеолиты Кемпендяйского месторождения Республики Саха (Якутия). С целью закрепления частиц УПТФЭ на поверхности цеолитов и для повышения их совместимости с гидрофобным ПТФЭ разработана технология совместной механоактивации цеолитов с УПТФЭ в планетарной мельнице «Pulverizette 5» фирмы FRITCH, затем таким образом полученные механокомпозиты использованы в качестве комплексного наполнителя ПТФЭ. Совместной механообработке подвергали порошковые композиции с массовым соотношением цеолит:уптфэ 1:1 и 2:1, их концентрация в ПКМ соответствовала 1 5 мас.%. Для получения гомогенной структуры ПКМ и устранения процессов агломерации компонентов перед процессом прессования подвергали порошковую композицию к электрофизическому воздействию в ультразвуковой ванне с частотой 35 кгц. Технологии механохимической активации и ультразвуковой обработки являются перспективными методами изменения структурно-чувствительных свойств наполнителей. При использовании этих методов получаются частицы с различной степенью дефективностью структуры и энергетическими уровнями поверхности, что в свою очередь способствует повышению структурной активности наполнителей по отношению к полимерной матрице. По критерию повышения деформационнопрочностных и триботехнических характеристик ПКМ выявлена оптимальная концентрация механокомпозитов на основе цеолита и УПТФЭ, соответствующая 2 5 мас.%. При этом показано, что оптимальными свойствами обладают ПКМ с содержанием комбинированного наполнителя, полученного совместной активацией компонентов при массовом соотношении цеолит : УПТФЭ = 2:1. Технология получения механокомпозитов на основе минерального и полимерного наполнителей с последующим введением такого комбинированного модификатора в полимерную матрицу позволяет снизить скорость массового изнашивания в 900 раз при улучшении деформационно-прочностных характеристик ПКМ на 10 20%. При дополнительном воздействии ультразвука на композит с содержанием комплексного наполнителя наблюдается повышение деформационнопрочностных характеристик на 20 50% и износостойкости в 2 3 раза по сравнению с композитами, полученные без воздействия УЗ. Показано, что воздействие ультразвука на композиты приводит к повышению степени кристалличности и снижению размеров кристаллитов ПКМ. Это связано тем, что ультразвуковое воздействие является своебразным катализатором изменения структуры аморфно-кристаллического полимера в результате повышения подвижности структуры и связанные с этими процессами увеличение степени кристалличности, залечивание дефектных областей полимера, что положительно отражается на деформационно-прочностные и триботехнические характеристики ПКМ. Таким образом, показано, что дополнительное воздействие УЗ позволяет реализовать синергетический эффект повышения показателей служебных характеристик ПКМ (прочности, эластичности и износостойкости). 248

268 СЕКЦИЯ 6. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ САМОАРМИРОВАННЫХ ПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ ФЕНИЛОНА А.И. Буря, О.А. Набережная Днепродзержинский государственный технический университет, Днепродзержинск, Украина Цель Активное внедрение в различные области техники волокнистых композиционных материалов (ВКМ) на основе высокопрочных волокон и полимерной матрицы требует расширения температурной области их эксплуатации [1]. Полимерные ВКМ, способные длительно и стабильно работать не только в обычных условиях, но и при температурах более 423 К, представляют особый интерес при разработке отдельных узлов и частей различных механизмов [2]. Целью данной работы была разработка и исследование теплового расширения термостойких самоармированных органопластиков (ОП). Материалы и методы исследований В качестве объекта исследования использовали ОП на основе фенилона С-1 (ТУ ), хаотически армированного дискретным волокном фенилон С-1. Композиции из указанных компонентов готовили во вращающемся электромагнитном поле, что обеспечивало идеальное распределение волокна в полимерной матрице. Полученные т.о. смеси, таблетировали и перерабатывали в блочные изделия методом компрессионного прессования при температуре К. Для определения термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) полученные образцы испытывали согласно ГОСТ на дилатометре ДКВ-5АМ в интервале температур К. Количество образцов для испытания каждой партии материала составляла не меньше десяти. Средний ТКЛР α (К 1 ) исследуемого образца рассчитывали по формуле: за счет чего более низким ТКЛР и как следствие у ОП он более низкий, чем у фенилона. Что же касается влияния длины волокна на ТКЛР ОП, то последний по мере увеличения длины волокна (от 1 до 7 мм) снижается, проходя через минимум при длине волокна 3 5 мм, после чего начинает монотонно повышаться (рис. 1). По-видимому, с увеличением длины волокна увеличивается длина теплопроводящих мостиков, с другой стороны увеличение длины волокна приводит к ухудшению равномерности их распределения в полимерной матрице, появлению пор, что в свою очередь сопровождается повышением ТКЛР [3]. Очевидно, что при длине волокна более 5 мм последнее превалирует и ТКЛР растет (табл. 1). Рис. 1. Влияние температуры и содержания волокна на ТКЛР самоармированных ОП где l n разница отклонения стрелки потенциометра по оси Y в интервале температур, мм; l H отклонение от нуля прибора в интервале температур, мм; l 0 длина образца при начальной температуре Т = 293 К, мм; k ТКЛР кварцевого стекла в интервале температур, К 1. Результаты и их обсуждение Анализ результатов показал, что введение органического волокна в полимерную матрицу приводит к снижению изучаемого показателя, наиболее интенсивное снижение ТКЛР наблюдается при армировании 15% волокна. Объясняется это тем, что надмолекулярная структура исходного фенилона глобулярная, а волокон фибрилярная, вследствие чего они обладают лучшими теплофизическими свойствами,, Таблица 1. Влияние длины и содержания волокна на ТКЛР (К 1 ) ОП на основе фенилона Длина волокна, мм содержание 5 12,14 8,49 8,11 10,90 волокна, 10 10,32 8,03 7,91 9,07 мас.% 15 8,53 7,58 7,74 8,32 *ТКЛР исходного фенилона 16,4, усредненный для температурного интервала К. Таким образом, авторами были получены и исследованы новые полимерные самоармированные материалы на основе фенилона способные работать при повышенных температурах. 1. Буря А.И. Полимерные композиты: получение, свойства, применение. Днепропетровск: из-во «Федорченко А.А.» Годовский Ю.К. Теплофизика полимеров. М.: Химия Пивень А.Н., Гречаная Н.А., Чернобыльский И.И. Теплофизические свойства полимерных материалов: Справочник. К.: Вища школа. 1976,

270 СЕКЦИЯ 6. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. РОЛЬ ТРЕНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ОБРАЗЦОВ КОМПОЗИТОВ НА РЕЛАКСАЦИЮ А.Л. Башлакова Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; В последние годы в машиностроении, авиа- и судостроении, строительстве и других отраслях расширяется использование полимерных композитов для изготовления несущих конструкций. К примеру, для упрочнения бетона начинают применять стеклопластиковую арматуру (рис. 1), обладающую рядом преимуществ перед ее стальным аналогом (низкий вес, коррозионная стойкость). Рис. 1. Стеклопластиковая арматура для упрочнения бетона Однако вязкоупругие свойства полимерного связующего являются причиной деформаций ползучести и релаксации напряжений при эксплуатации подобных конструктивных элементов [1]. В связи с тем, что упрочнение бетона арматурными стержнями, а также их механические испытания основаны на контактном способе приложения нагрузки, актуальна оценка значимости фактора трения (проскальзывания) при анализе вязкоупругого поведения указанных материалов [2]. Целью работы было изучение роли трения при определении релаксационных характеристик полимерных композитов на примере стеклопластиковой арматуры. Экспериментальные исследования проводились на машине для механических испытаний INSTRON 5567, оснащенной термокамерой, с возможностью изменения условий контактирования образцов арматуры с опорными плитами и захватами испытательной машины. Рассматривались различные виды нагружения, включая растяжение, изгиб и осевое сжатие в интервале температур, типичных для нормальной эксплуатации строительных конструкций и экстремальных режимов (случай пожара). В указанных режимах были получены кинетические зависимости, позволяющие разделить компоненты перемещений, обусловленные вязкоупругими свойствами и проскальзыванием в контакте с опорной поверхностью. Так, на рис. 2 приведены результаты испытаний на растяжение образцов арматуры диаметром 8 мм и рабочей длиной 73 мм при комнатной температуре. Н Рис. 2. Зависимость «усилие перемещение при растяжении стеклопластиковой арматуры Результаты испытаний арматуры на трехточечный изгиб в условиях статического нагружения и кратковременной релаксации представлены на рис. 3 и 4 соответственно. Рис. 3. Зависимость «усилие перемещение» при статическом испытании на трехточечный изгиб, мм Н t, час а σ, MPa Рис. 4. Временные зависимости «перемещение время» (а); напряжение время (б) при трехточечном изгибе Проведенные исследования позволяют дать рекомендации по повышению точности определения механических характеристик армирующих элементов. 1. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. М.: Высшая школа Шилько С.В. О роли трения в механических испытаниях материалов // Трение и износ (23), 3, мм мм t, час б 252

272 СЕКЦИЯ 6. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ОТКЛОНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ И ГРАДИЕНТА УПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ТРИБОЭЛЕМЕНТОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ УПРУГОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СМАЗКИ С.В. Шилько 1, Т.В. Рябченко 1, М.В. Зернин 2, А.В. Мишин 2, Н.Н. Рыбкин 2 1 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого, Гомель, Беларусь, 2 Брянский государственный технический университет, Брянск, Россия, Контактные сопряжения, в которых реализуется упругогидродинамический режим смазывания, характеризуются высокой износостойкостью и несущей способностью при весьма низких фрикционных потерях [1]. Помимо подшипников скольжения, широко используемых в приводах машин и механизмов, к таким сопряжениям относятся суставы, выдающиеся антифрикционные характеристики которых во многом обусловлены синергизмом процессов деформирования упругого хрящевого матрикса и течения смазывающей синовиальной жидкости [2, 3]. В этой связи предпринимаются попытки воспроизвести условия контактирования в суставе с целью создания адекватных протезов и повышения эксплуатационных характеристик опор трения. Постановка задачи и метод решения Хотя формирование микрорельефа для снижения коэффициента трения, а правило положительного градиента для повышения износостойкости широко используются в триботехнике, роль отклонений поверхности и пространственных вариаций упругих свойств материала контактирующих тел при описании упругогидродинамической смазки остается малоизученной и является предметом настоящего сообщения. Так как возможности аналитических решений соответствующих контактных задач ограничены, авторы применяли метод конечных элементов в виде программного продукта ANSYS и оригинальной программы BBFEM, разработанной в БГТУ. На основе экспериментальных данных [3] и в развитие исследования [4], исследовали влияние на НДС контакта конструктивных и материаловедческих решений, обеспечивающих формирование в подшипнике многозонного гидродинамического контакта, характерного для его биопрототипа (сустава) (рис. 1). Для конкретизации градиентных зависимостей упругих свойств по глубине были взяты зависимости модуля Юнга хряща E(z) при смазке натуральной синовией и сывороткой крови [2] (рис. 2). Применительно к анализу работоспособности подшипников скольжения анализировалось влияние контактной податливости на НДС трибоэлементов в упругогидродинамическом контакте с учетом отклонений поверхности и градиента упругих свойств, а также несоосности вала и втулки цилиндрического подшипника. Результаты и их обсуждение Установлена значимость отклонений поверхности и градиента упругих свойств материалов трибоэлементов в образовании многозонного гидродинамического контакта и снижению уровня вибрации от динамической составляющей радиальной нагрузки, действующей на подшипник. На примере суставного хряща показано, что роль градиента модуля Юнга материала приповерхностных слоев по глубине выражается в двухкратном изменении максимального контактного давления в зависимости от вида смазки (натуральная синовия или ее заменитель (сыворотка крови)). а Рис. 1. Расчетная схема (а) и конечноэлементная модель (б) биосопряжения: 1 хрящ, 2 сустав E, МПа ,5 1 1,5 2 2,5 Рис. 2. Распределение модуля упругости хряща по глубине в среде синовии (1) и сыворотки крови 2 1. Seireg A. and Ezzat H. Optimum Design of Hydrodynamic Journal Bearings // ASME J. Lubr. Technol (91), Jin Zh. and Dowson D. Bio-Friction // Friction. 2013, no. 1, Суслов А.А., Ермаков С.Ф., Белецкий А.В., Шилько С.В., Николаев В.И. Роль жидкой фазы и пористой структуры хряща в формировании биомеханических свойств суставов. // Росс. журн. биомех (12), 4, Зернин М.В., Мишин А.В., Рыбкин Н.Н., Шилько С.В. Гидродинамический анализ подшипников скольжения. Часть 1. Учет нецилиндричности рабочих поверхностей // Трение и износ (35), 5, б z, мм 254

274 СЕКЦИЯ 6. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. БИОМЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОККЛЮЗИИ АРТЕРИИ В ПРОЦЕССЕ ОСЦИЛЛОМЕТРИИ М.В. Борисенко 1, Ю.Г. Кузьминский 2 1 Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь; 2 Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь; Распространенным способом контроля диагностики состояния сердца и сосудов является осциллометрия, основанная на внешнем компрессирующем воздействии эластичной манжеты на бранхиальную артерию через кожный покров и прилегающие мышечные ткани в области плеча. Деформация артерии и условия окклюзии (сплющивания) артерии определяется геометрическими и механическими характеристиками названных биотканей [1]. Подход, основанный на совместном использовании биомеханической модели и приборной базы тонометрии, модифицированной для работы в режиме расширенной осциллометрии, дает возможность уточнения важнейших показателей гемодинамики сердечно-сосудистой системы [3]. Постановка задачи и методика исследования С использованием миометра MYOTON 3 измерялись биомеханические характеристики скелетных мышц плеча [2]. Были построены конечноэлементные модели (разной степени геометрической адекватности) зоны осциллометрии (программные программы ANSYS 11.0 и SolidWorks) в предположении плоского деформированного состояния мягких биотканей. Относительно простая аппроксимация показана на рис. 1, где введены обозначения: А1 кость, А2 мышцы и А3 стенки артерии. А1 Рис. 1. Геометрия задачи А3 Под давлением компрессионной манжеты существенно изменяется поперечное сечение артерии, поэтому представляет интерес анализ перемещений ее стенок. Ключевыми параметрами модели являются внешнее давление манжеты p ext и внутреннее давление крови в артерии p int. В частности, на рис. 2 приведены результаты моделирования при следующих исходных данных: E k = 12 ГПа, v k = 0,2, r k = 0,02 м, E m = 0,09 МПа, v m = 0,4, r m = 0,04 м, E a = 0,05 МПа, v a = 0,49, r a = 0,002 м, h a = 0,5 мм, где E k, E m, E a модуль Юнга, v k, v m, v a коэффициент А2 Пуассона и r k, r m, r a радиус для кости, мышц и артерии плеча соответственно; h a толщина стенки артерии. Рис. 2. Упругая деформация по Мизесу в артерии при давлениях p int = 70 мм рт. ст. и p ext = 250 мм рт.ст. Результаты и их обсуждение Установлено, что предложенная модель описывает процесс окклюзии бранхиальной артерии в условиях осциллометрической тонометрии. В частности, уменьшение площади сечения артерии на 70% достигается при следующих параметрах: 1) p int = 70 мм рт. ст., p ext 300 мм рт.ст., E k = 10 ГПа, v k = 0,2, r k = 0,02 м, E m = 0,03 МПа, v m = 0,4, r m = 0,04 м, E a = 0,2 МПа, v a = 0,49, r a = 0,002 м, h a = 0,5 мм. 2) p int = 70 мм рт. ст., p ext = 250 мм рт.ст., E k = 12 ГПа, v k = 0,2, r k = 0,02 м, E m = 0,09 МПа, v m = 0,4, r m = 0,04 м, E a = 0,05 МПа, v a = 0,49, r a = 0,002 м, h a = 0,5 мм. В плане совершенствования модели целесообразно учитывать особенности геометрии канала, в котором размещается бранхиальная артерия, и нелинейность деформирования стенок артерии и мышечных тканей. 1. Li J.K.-J. Dynamics of the Vascular System. Vol. 1 of Bioengineering and Biomedical Engineering. World Scientific Шилько С.В., Кузьминский Ю.Г., Борисенко М.В. Программная реализация биомеханической модели гемодинамики // Технологии информатизации и управления: сб. науч. ст., Вып. 2, / Институт технологий информатизации и управления БГУ; редкол.: А. М. Кадан (отв. ред.) и др. Минск : БГУ. 2011, Vain A. and Kums T. Criteria for Preventing Overtraining of the Musculoskeletal System of Gymnasts // Biologi of sport. 2002, no. 4(19), Gray H. Anatomy of the Human Body [Электронный ресурс] /. Philadelphia: Lea & Febiger Режим доступа: Дата доступа:

276 СЕКЦИЯ 6. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПОВТОРНОЕ НАГРУЖЕНИЕ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИХ ТРЕХСЛОЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ В ТЕПЛОВОМ ПОТОКЕ Э.И. Старовойтов, Д.М. Савицкий Белорусский государственный университет транспорта, Гомель, Беларусь; В рамках теории простых (по Ильюшину) переменных нагружений, рассмотрено циклическое нагружение в температурном поле несимметричного по толщине трехслойного стержня с упругопластическими несущими слоями и физически нелинейноупругим жестким заполнителем. Система координат связывается со срединной плоскостью заполнителя. Для пакета стержня принимается гипотеза «ломаной» линии. Температурное поле T считаем известным. На внешний слой стержня действует поверхностная силовая нагрузка p( x), q( x ), через w( x), ( x), u( x ) обозначены прогиб, сдвиг и продольное перемещение срединной плоскости заполнителя. На торцах предполагается наличие жестких диафрагм, на границах слоев склейки. С помощью введенных гипотез, продольные перемещения, деформации и напряжения в слоях выражаются через три искомые функции u(x), (x) и w(x). В слоях используются физические уравнения состояния теории малых упругопластических деформаций Ильюшина [1]: s 2 G ( T ) f (, T ) э, ( k ) ( k ) ( k ) ( k ) ij k k u k ij K T T ( k 1, 2; i, j x, y, z ), ( k) ( k) у 3 k ( k )(е k k ) ( k ) где f функция пластичности Ильюшина при нагружении из естественного состояния. Система дифференциальных уравнений равновесия получена вариационными методами [1]. Она существенно нелинейна, поэтому для ее решения применяется метод «упругих» решений Ильюшина. Решение задачи термоупругопластичности для сдвига и прогиба можно записать в следующем рекуррентном виде [2]: ( n) ( n) ( n) ( x) C sh( x) C ch( x ) sh( ) ( n) ch( ) ch( ) ( n) sh( ) x g x dx x g x dx, 1 w ( x) dx a L p p ( n) ( n) 1 ( n 1) ( n 1) 1 ( n) 3 1 ( n) 2 ( n) ( n) a1l 4 q q a1c 1 x C 2 4 x C5 x C 6. 6 Пусть, начиная с момента t = t 1, осуществляется мгновенная разгрузка и повторное нагружение усилиями обратного знака p, q, изменяющимися по тому же закону, что и при нагружении из естественного состояния. Эти усилия создадут в k-м слое стержня перемещения u,, w, деформации э, ( k ) бв ( k ) и напряжения ( k ) бв, ( k ). При этом будем предполагать, что за время разгрузки и последующего переменного нагружения температура во всех точках тела остается неизменной, совпадающей с полем температуры к моменту начала разгрузки, и модули упругости приняли фиксированные в этот момент значения. Рассмотрим один класс переменных нагружений, который позволяет построить решение при повторном нагружении по известному решению задачи о нагружении из естественного состояния [3]. Ведем для всех величин напряженно-деформированного состояния и нагрузки разности, в которых величины с одним штрихом напряжения, деформации и перемещения в стержне перед разгрузкой, двумя штрихами помечены аналогичные параметры в процессе второго полуцикла: ( k )* ( k) ( k ) бв бв бв, * u u u, ( k )* ( k) ( k ) бв бв бв, * *, w w w, * * q q q, p p p. Для величин, отмеченных звездочкой, принимаются физические уравнения состояния ( k)* ( k) ( k)* ( k)* s 2G f э, бв 1 бв 3 K, k 1, 2, 3. ( k )* ( k ) ( k )* 1 В этом случае, краевая задача для величин со звездочками с точностью до обозначений совпадает с краевой задачей о нагружении стержня из естественного состояния и отличается только отсутствием температурных слагаемых. Поэтому ее аналитическое решение будет иметь подобный рекуррентный вид. После этого, зная, например перемещения на первом полуцикле u,, w и величины со звез- * * * дочками u,, w, перемещения в процессе второго полуцикла получим из соотношений * u ( x) u ( x) u ( x ), * * ( x) ( x) ( x), w ( x) w ( x) w ( x ). Работа выполнена в рамках программы госпрограммы «Конвергенция». 1. Журавков М.А., Старовойтов Э.И. Математические модели сплошных сред. Теория упругости и пластичности. Минск: БГУ Плескачевский Ю.М., Старовойтов Э.И., Леоненко Д.В. Механика трехслойных стержней и пластин, связанных с упругим основанием. М.: ФИЗМАТЛИТ Starovoitov E.I. and Nagiyev F.B. Foundations of the Theory of Elasticity, Plasticity and Viscoelasticity. Toronto, New Jersey, Canada, USA: Apple Academic Press

278 СЕКЦИЯ 6. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. АППЛИКАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ СВМПЭ А.Ф. Майер, П.Н. Петрова, О.В. Гоголева 1 Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия; 2 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Россия В данной работе представлено исследование влияния ультразвуковых колебаний на дисперсный порошок СВМПЭ перед процессом горячего прессования на его структуру и физико-механические характеристики. Материалы и методы исследований Воздействие ультразвуком происходило в ультразвуковой ванне Laborette 17 с мощностью ультразвука 35 кгц и рабочей емкостью 4 литра, в качестве проводника ультразвуковых колебаний используется вода. Объектом исследования является, СВМПЭ марки GUR 4120 производства Ticona Gmbh представляет собой порошок с молекулярной массой 5 млн. со средним размером частиц 100 мкм. Дисперсный СВМПЭ марки GUR 4120 производства Ticona Gmbh сушили в течение 2 ч при C в термошкафу СНОЛ Образцы для испытания готовили методом горячего прессование СВМПЭ при 180 С в течении 20 минут и давлении 10 МПа, время охлаждения пресс-формы около 3 часов. Исследование физико-механических свойств предел прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве и модуль упругости определяли на разрывной машине UTS-2 при скорости движения подвижных захватов 50 мм/мин (ГОСТ ). Скорость изнашивания определяли на универсальном трибометре UMT-2 фирмы CETR (ГОСТ ) по схеме «палец диск». Структурные исследования проведены на растровом электронном микроскопе JSM-6480LV фирмы JEOL. Результаты и их обсуждение В табл. 1 показаны данные по исследованию физико-механических и триботехнических свойств СВМПЭ подвергнутого воздействию ультразвуковых колебаний (УЗ). Показано повышение всех физико-механических показателей: предела прочности при разрыве до 18%, относительного удлинения до 14% и модуля упругости до 28%, при этом скорость износа уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с необработанным ультразвуком СВМПЭ. Установлено, что оптимальное время воздействия УЗ СВМПЭ соответствует 40 мин. На рис. 1 показано, что структура СВМПЭ изменяется с ламеллярной на сферолитную с видимыми центрами кристаллизации. Таблица 1. Физико-механические и триботехнические показатели СВМПЭ подвергнутому УЗ t УЗ, мин δ р, МПа Ε р, % Е, МПа I, мг\ч , , , , , , ,09 δ р прочность при разрыве; Ε р относительное удлинение при разрыве; Е модуль упругости; I скорость массового износа. Рис. 1. Надмолекулярная структура исходного СВМПЭ(а) и СВМПЭ подвергнутого УЗ(б), увеличение х300 Образование центров кристаллизации связано тем, что при воздействии УЗ на порошок СВМПЭ происходит переориентация цепей СВМПЭ в направлении вектора движения ультразвуковых колебаний, что приводит к объединению цепей с разных частиц полимерного порошка в небольшие агрегаты, что при спекании приводит к образованию сферолитных структур. Полученные результаты позволяют заключить, что использование УЗ в качестве внешнего энергетического воздействия и активации дисперсного порошка СВМПЭ позволяет достичь значительного повышения его механических и триботехнических свойств. При этом исключается процесс подготовки наполнителя, включающий в себя сушку, просеивание, диспергирование, а также процесс смешения наполнителя с полимером. Таким образом, процесс получения полимерного материала из СВМПЭ наоборот упрощается при улучшении его физикомеханических свойств. 260

280 СЕКЦИЯ 6. Заочные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ПОЛИМЕРНЫХ ТЕРМОУСАЖИВАЕМЫХ МУФТ М.М. Ревяко, О.М. Касперович, Е.З. Хрол, А.Ф. Петрушеня Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь; Цель В настоящее время в промышленности выпускается широкий ассортимент муфт на основе термопластичных полимеров, которые применяются для гидроизоляции стыков трубопроводов. В большинстве случаев указанные изделия изготавливаются из полиэтилена, который после процесса формования дополнительно подвергается сшивке и ориентационной вытяжке. При изготовлении муфт производители могут использовать различные марки полиэтилена, сшивать полимер различными методами (под действием химических реагентов, коронного разряда, радиационного излучения и т.д.) и подвергать муфты ориентационной вытяжке в различной степени. Именно по этой причине показатели эксплуатационных свойств подобных изделий, изготовленных разными производителями, могут в значительной степени различаться. В работе описываются разработанные авторами методы, с помощью которых можно контролировать эксплуатационные характеристики полимерных термоусаживаемых муфт (усилие обжатия труб). Материалы и методы исследований Термоусаживаемые полимерные муфты используются для формирования неразъемных соединений трубопроводов, а поэтому усилие, с которым эти изделия обжимают помещенные внутрь них трубы, является очень важной характеристикой указанной продукции. Величина подобного усилия в значительной степени определяется характеристиками полимерного материала, степенью его сшивки и степени ориентационной вытяжки муфты. В работе авторами были предложены методы, с помощью которых можно проводить оценку величины указанного параметра [1 3]. Предложенный метод реализуется на разрывной машине (в частности на машине Instron 2020) (рис. 1). Образец муфты 1 определенной ширины надевается на полукольца 2, которые, в свою очередь, зажимаются в захватах 5 установки. Вся конструкция помещается в термошкаф 6, в котором поддерживается определенная температура. Под действием тепла полимерный материал начинает постепенно усаживаться. С помощью тензометрического датчика измеряется усилие, с которым муфты обжимают кольца. Результаты и их обсуждение Таким образом, в предложенном авторами методе имитируются условия эксплуатации полимерных термоусаживаемых муфт, а поэтому результаты, получаемые этим методом, могут использоваться для сравнения эксплуатационных характеристик муфт различных производителей. Рис. 1. Схема установки для определения усилия и давления обжатия термоусаживаемой муфтой труб-оболочек: 1 испытуемый образец; 2 полукольца; 3 резиновая прокладка; 4 крепление полуколец; 5 захваты; 6 термошкаф; 7 верхняя поперечина; 8 направляющая колонна; 9 измерительная шкала; 10 станина установки; 11 рейки для перемещения термошкафа; 12 указательная стрелка С помощью предложенного метода авторы оценили усилие, с которым трубы обжимаются муфтами, изготовленными различными производителями из различных марок полиэтилена (ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100). В результате испытаний авторы выявили оптимальный диапазон характеристик, которыми должны обладать полимерные термоусаживаемые муфты, а также предложили оптимальные режимы их предварительной подготовки. 1. Способ определения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы и устройство для его осуществления: пат Респ. Беларусь, МПК7 G 01 L 1/06, G 01 N 3/02. а // Афіцыйны бюл. 2013, 1 2. Способ определения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы и устройство для его осуществления: пат Респ. Беларусь, МПК7 G 01 L 1/06, G 01 N 3/02. а // Афіцыйны бюл. 2013, 1 3. Способ определения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы и устройство для его осуществления: пат Респ. Беларусь, МПК7 G 01 L 1/06, G 01 N 3/02. а // Афіцыйны бюл. 2013, 1 262

282 СЕКЦИЯ 7. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАЦИИ ХИТОЗАНА ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕМ НА АДСОРБЦИЮ БЕЛКОВ СЫВОРОТКИ КРОВИ НА МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ПЛЕНКАХ ХИТОЗАН / ДЕКСТРАН СУЛЬФАТ А.А. Шеремет, Т.Г. Шутова Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Биополимерные покрытия, обладающие высокой резистентностью к адсорбции белков и микроорганизмов, востребованы при создании бионезагрязняемых материалов и оболочек для наночастиц терапевтического и диагностического назначения. Для уменьшения адсорбции белковых молекул поверхность пленок модифицируют слоем ковалентно связанного полиэтиленгликоля (ПЭГ) или электростатически адсорбированного сополимера полиаминокислоты и ПЭГ. Мультислойные пленки, сформированные методом послойной сборки на основе привитых сополимеров хитозана и полиэтиленгликоля (Хит-g- ПЭГ) и декстран сульфата (ДекС) проявляют высокую резистентность к адсорбции белков эмбриональной телячьей сыворотки (ЭТС) без дополнительной модификации их поверхности. С увеличением числа слоев в пленке адсорбция белков ЭТС на ее поверхности уменьшается. Длина глюкозаминовой цепи сополимера практически не влияет на адсорбцию белковых соединений на поверхности пленок (Xит-g-ПЭГ/ДекС) n [1, 2]. Цель работы изучить влияние длины и степени прививки g боковых цепей сополимера Хит-g-ПЭГ на закономерности формирования мультислойных пленок Xит-g-ПЭГ/ДекС и адсорбцию белков ЭТС на их поверхности. Привитые сополимеры хитозана (450 кда) и полиэтиленгликоля с Mв 0,9 кда (П1) и 5,0 кда (П2) получали в фосфатном солевом буфере (рн 7,4), используя 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбо-диимид и N-гидроксисульфосукцинимид в качестве сшивающих агентов [2]. Cтепень прививки (g), характеризующая отношение числа глюкозаминовых звеньев хитозана и боковых цепей ПЭГ, определяли используя краситель метиленовый синий и к-каррагинан [2]. Тонкие пленки (Хит-g-ПЭГ/ДекС) 5,5 формировали чередуя адсорбцию положительно и отрицательно заряженных полиэлектролитов из их водных растворов (1 мг/мл, ph 6,0) на поверхности кварцевого резонатора (5 МГц, QСM200, SRS) в проточной жидкостной ячейке. На полученных пленках адсорбировали ЭТС в течение 1 ч. Толщина бислоев Хит-g-ПЭГ/ДекС сравнима с толщиной бислоев на основе немодифицированного хитозана (табл. 1). Для сополимера с длиной боковых цепей 0,9 кда с увеличением значения g уменьшается толщина бислоя Хит-g-ПЭГ/ДекС (табл. 1) и тангенс угла наклона зависимости F- R (рис. 1), что может быть связано с формированием слоя из гибких и гидрофильных цепей ПЭГ на поверхности пленки. Таблица 1. Свойства мультислоев (Хит/ДекС) 5.5 Полимер g Толщина бислоя, Масса адсорбированного нм белка, мкг/см 2 Хит 2,9±0,4 3,21±0,71 3 3,4±0,3 0,01±0,17 Хит-g-П1 6 2,6±0,5 0,52±0, ,6±0,5 0,99±0,15 5 1,8±0,4 0,65±0,13 Хит-g-П2 15 1,3±0,2 1,33±0, ,8±0,5 0,98±0,13 Примечание. Приведены средние значения, рассчитанные из пяти независимых измерений. Толщина бислоев и масса адсорбированного белка рассчитана по уравнению Сауэрбрея [1]. Плотность пленок принималась равной 1,3 г/см 2 [1]. Рис. 1. F R для (Хит-g-П1/ДекС) 5,5 c различной величиной g: 1 3; 2 6; 3 13 Адсорбция белков ЭТС на поверхности пленок (Хит-g-ПЭГ/ДекС) 5,5, уменьшается по сравнению с пленками немодифицированного хитозана. Мультислои на основе Хит-g-П1 с высокой концентрацией ПЭГ в макромолекуле сополимера (g=3) практически полностью ингибируют адсорбцию белков. Таким образом, мультислойные пленки (Хит-g-ПЭГ/ДекС) n, проявляют высокую резистентностью к адсорбции белков ЭТС, причем степень ингибирования адсорбции белковых соединений зависит от степени прививки боковых цепей полиэтиленгликоля. 1. Мастич А.А. Свойства мультислойных пленок привитых сополимеров хитозана и полиэтиленгликоля // Молодежь в науке-2014: прил. к журн. Весцi НАН Беларусi. В 5 ч. Ч. 1. Сер. хим.наук. / Под ред. С.А.Усанова М. : Бел. навука. 2015, Шутова Т.Г., Мастич А.А., Ливонович К.С. Мультислойные пленки модифицированных полиэтиленгликолем полисахаридов // Труды БГУ (9), 1, в печати 264

284 СЕКЦИЯ 7. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ВЛИЯНИЕ ХОНДРОИТИН СУЛЬФАТА НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУСТАВНОГО ХРЯЩА В.И. Николаев 1, С.Ф. Ермаков 2, Д.А. Зиновкин 3 1 Гомельский государственный медицинский университет, Гомель. Беларусь; 2 Институт механики металлополимерных систем им. А.А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 3 Республиканский научно-практический центр радиационной медицины и экологии человека, Гомель, Беларусь Цель Изучить влияние жидкой лекарственной формы хондроитин сульфата (ХС) на смазочную способность сыворотки крови (СК) и суставной хрящ. Материалы и методы исследования В экспериментальных исследованиях в качестве смазочного материала использовали сывоторку крови человека, жидкую лекарственную форму ХС, лабораторные животные (крысы). Проведены измерения коэффициента трения естественной пары хрящ хрящ, в зависимости от числа колебаний маятникового трибометра. Внутрисуставное введение ХС лабораторным животным проводилось 3-ы с интервалом в 7 дней. Морфометрические параметры гистологических препаратов проведены по общепринятой методике. Результаты и их обсуждение Из экспериментальных данных следует, что смазочный биокомпозит СК + ХС, по трибологическим параметрам приближается к натуральной синовиальной жидкости (рис. 1). 0,06 f 0,05 0,04 0,03 0,02 0, Рис. 1. Зависимости значений коэффициента трения f от числа колебаний маятникового трибометра n, полученные при трении естественной пары хрящ-хрящ в присутствии: 1 дистиллированной воды; 2 физиологического раствора; 3 сыворотки крови; 4 сыворотки крови + 50 % ЛП 1 ; 5, 6 ЛП, содержащих ГУК, соответственно; 5 ЛП 1 «Стекловидное тело»; 6 ЛП 2 «Остенил»; 7 ЛП 3, содержащего хондроитин сульфат; 8 сыворотки крови + 50% ЛП 3 ; 9 синовиальной жидкости n Данные морфометрии гистологических препаратов показали, что средняя толщина суставного хряща в экспериментальной группе была 225,4 ± 14,4 мкм, в контрольной группе данный показатель составлял 194,2 ± 18 мкм. При анализе данного показателя в обеих группах выявлялась статистическая разница (р = 0,0019). Увеличение толщины суставного хряща происходило преимущественно за счет пролиферации глубоких слоев хондроцитов [1, 2]. Исследованная средняя толщина губчатого вещества кости у животных экспериментальной группы составляла 825,2 ± 127,2 мкм, в контрольной группе 827,8 ± 42,5 мкм. При сравнения данного показателя в экспериментальной и контрольной группе животных не было выявлено статистической значимости (р = 0,909). Микроскопически губчатое вещество кости было представлено костными балками с располагающимся между ними нормоклеточным костным мозгом, при этом в экспериментальной группе отмечалась его очаговая гиперплазия. В экспериментальной группе, при морфометрии, средняя толщина зоны хряща роста эпифиза составляла 186,5 ± 6,7 мкм, в контрольной 166,3 ± 6,6 мкм. При анализе толщины зоны роста метафизов костей была установлена статистически значимая разница (p = 0,002). Следует отметить, что утолщение зоны роста метафиза происходило за счет хрящевой метаплазии костных балок губчатого вещества кости. Хрящевая метаплазия является проявлением регенераторного процесса суставных хрящей. Данные изменения были выраженными в экспериментальной группе в 50% случаев, в контрольной в 20%. При анализе данного показателя в экспериментальной и контрольной группе была выявлена статистическая разница (р = 0,0001) Таким образом, внутрисуставное введение препарата на основе хондроитин сульфата приводит к статистически значимому (р < 0,05) увеличению как суставного хряща, так и хряща зоны роста метафиза, что является морфологическим проявлением активации регенаторных процессов в них. Данные трибологических исследований являются основой для разработки новых более эффективных методов и средств коррекции синовиальной среды суставов при их дегениротивных поражениях. 1. Павлова В.Н., Копьева Т.Н., Слуцкий Л.И., Павлов Г.Г. Хрящ. М.: Медицина Verbruggen G. Chondroprotective Drugs in Degenerative Joint Diseases // Rheumatology (45),

286 СЕКЦИЯ 7. Устные доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОПЫТА ЖИВОЙ ПРИРОДЫ Н.А. Татусь, А.Н. Полилов Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Москва, Россия; Однонаправленные волокнистые композиты (стекло-, угле-, органо-пластики) обладают наилучшими продольными упруго-прочностными свойствами, но проблемы их крепления или изменения формы сечения не могут быть эффективно реализованы с применением традиционных «металлических» подходов, и именно места крепления зачастую сводят на нет все преимущества полимерных композитов. Опыт живой Природы например, конструкция дерева, структура около сучка и т.п. подсказывает пути создания рациональных форм деталей из квазиоднонаправленных композитов и мест их крепления, исключающие отрицательные «эффекты перерезанных нитей». В качестве иллюстраций приведены решения нескольких задач. Рессора из композита наиболее полно удовлетворяет эксплуатационным требованиям, если в ней реализована однонаправленная укладка волокон, при которой волокна располагаются вдоль линий наибольших напряжений. Профилирование (рис. 1) рессоры позволяет снизить вес и уменьшить число листов, если при этом удовлетворить условию постоянства площади поперечного сечения, то получится рессора без перерезанных волокон, что очень важно для сохранения прочности. свойства, но и направление оси упругой симметрии. Далее удалось сравнить новое распределение напряжений для модельного материала с локальной прочностью, которая также меняется от точки к точке. В качестве критерия разрушения на первом этапе рассматривалось просто достижение растягивающими напряжениями вдоль волокон их предела прочности на растяжение. С ростом локального объемного содержания волокон растет локальный модуль упругости и значит возрастают напряжения. Но и локальная прочность, естественно, растет с ростом объемной доли волокон в данной точке. Важно было выяснить: дает перераспределение волокон положительный эффект на несущую способность. Сравнение напряжений вдоль волокон с их прочностью показывает, что в оптимально уложенной структуре прочность соединения снижается всего на 20%, а не в 3 5 раз как в однородной анизотропной пластине с отверстием, то есть в принципе можно создать практически «равнопрочное» соединение за счет криволинейной укладки волокон. Рис. 1. Профилированная балка-рессора Интересный результат получается, если сравнивать массы профилированной и прямоугольной балок при одновременном выполнении условий по жесткости и по прочности: любая равнопрочная балка в три раза легче прямоугольной. Учет влияния разориентации проведён в балочном приближении, он сводится к усреднению модуля упругости по каждому сечению с последующим численным решением задачи о прогибе балки с переменным модулем. Решена задача о распределении напряжений около отверстия с огибающими его волокнами (рис. 2). В предположении о расположении волокон вдоль траекторий главных растягивающих напряжений получено распределение свойств в «новом» модельном материале. В каждом конечном элементе приходится моделировать не только свои упругие Рис. 2. Линии наибольших главных напряжений, совпадающие с траекториями древесных волокон около сучка Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант «Технологическая структурная биомеханика композитных материалов с криволинейными траекториями волокон». 1. Полилов А.Н. Механизмы уменьшения концентрации напряжений в волокнистых композитах // Прикладная механика и техническая физика (55), 1, Полилов А.Н., Малахов А.В. Построение траекторий волокон, огибающих отверстие, и их сравнение со структурой древесины в зоне сучка // Проблемы машиностроения и надежности машин. М. 2013, 4, Полилов А.Н., Татусь Н.А., Плитов И.С. Оценка влияния разориентации волокон на жесткость и прочность профилированных композитных элементов // Проблемы машиностроения и надежности машин. М. 2013, 5, Polilov A.N., Tatus N.A., and Plitov I.S. Estimating the Effect of Misorientation of Fibers on Stiffness and Strength of Profiled Composite Elements // Journal of Machinery Manufacture and Reliability (42), no. 5,

288 СЕКЦИЯ 7. Стендовые доклады Гомель, Беларусь, июня 2015 г. ГИДРОГЕЛЕВЫЕ ЧАСТИЦЫ ПЕКТИН-СЕРЕБРО КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НОСИТЕЛИ ИМАТИНИБА МЕТАНСУЛЬФОНАТА К.С. Гилевская, А.Н. Красковский, Ж.В. Игнатович, K.A. Al-Muhanna Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск, Беларусь; Разработка универсальных биополимерных микро- и наноконтейнеров это актуальная задача при создании новых лекарственных форм целевой доставки и/или пролонгированного действия. Цель данной работы получение гидрогелевых гибридных частиц пектин-ag, в том числе содержащих иматиниба метансульфонат, методом ионотропного гелеобразования. Гидрозоль пектин-ag получали методом химического восстановления нитрата серебра пектином в щелочной среде. Исходные гидрогелевые частицы на основе синтезированного композита пектин-ag получали методом ионотропного желирования [1]. Частицы имеют отрицательный заряд (~ 10 мв), а после включения иматиниба приобретают положительный заряд (~ 10 мв). Эффективность включения иматиниба в частицы составляет 90%, а его массовая доля 0,5%. Потери иматиниба при двукратной промывке осадков дистиллированной водой не более 5%. В кислой среде (рн 1,0) 50% от включенного вещества (V 50 ) высвобождается в течение первых двух часов (рис. 1 кривая 1). Затем скорость релиза замедляется и кривая запределивается через 15 часов. Высвобождение иматиниба достигает 80%. В среде с рн 5,5 (0,9% NaCl) значение V 50 достигается через пять часов. Кинетическая кривая (рис. 1 кривая 2) имеет линейный участок при t = 7 27 часов и затем запределивается. Высвобождение иматиниба достигает более 85%. В щелочной среде (PBS рн 7,4) половина от включенного иматиниба высвобождается в 8,5 раз медленнее, чем в кислой, в течение первых семнадцати часов. Затем кинетическая кривая практически сразу достигает предельных значений (рис. 1 кривая 3). В течение 45 часов в щелочной среде общее количество высвобожденного иматиниба в среде не превышает 55% от включенного. В физиологическом растворе (рис. 2 кривая 2) релиз иматиниба из частиц пектин-ag на раннем этапе (t = 0 7 ч) обусловлен диффузией, а в дальнейшем (t = 7 27 ч) еще и деструкцией геля [2]. В средах с рн 1,5 и 7,4 высвобождение иматиниба из частиц происходит за счет диффузии. Практически полное высвобождение вещества при рн 1,0 и 5,5 связано с низкой степенью ионизации карбоксильных групп пектина в кислых средах и, кроме того, с экранированием зарядов ионами низкомолекулярного электролита (NaCl). Это приводит к ослаблению кулоновских взаимодействий между молекулами полисахарида и иматиниба. Высвобождение вещества при рн 1 кроме диффузионных процессов обусловлено гидролитической деструкцией пектинатных частиц. В тоже время при рн 7,4 полностью ионизированные карбоксигруппы пектина прочнее удерживают положительно заряженный иматиниб, что обусловливает неполное (менее 60%) и пролонгированное высвобождение этого вещества из частиц в растворе PBS. Деструкции частиц пектин-ag в растворе PBS не наблюдается в течение 30 часов. Согласно данным ПЭМ (рис. 2), размер частиц пектин-ag, содержащих иматиниб, после выдерживания в щелочной среде увеличивается в 1,5 3,0 раза по сравнению с исходными и составляет нм. Рис. 1. Кинетическая кривая высвобождения иматиниба из частиц пектин Аg в средах с различным рн и ионной силой при 37 С: 1) НCl+ NaCl, 2) 0,9% NaCl, 3) PBS 7.4 Рис. 2. ПЭМ-изображение гидрогелевых частиц пектин-ag, содержащих иматиниб, после выдерживания в дистиллированной воде (а) и растворе PBS (б) Таким образом, показано эффективное использование пектинатных частиц для включения противоопухолевого препарата иматиниба метансульфоната и изучены кинетические закономерности его высвобождения в средах с различной ионной силой и рн. Работа выполнена в рамках международного договора KACST-IChNM/ Красковский А.Н., Гилевская К.С., Куликовская В.И., Агабеков В.Е. Получение и свойства наночастиц пектината кальция // Известия НАН Беларуси. Сер. хим. наук. 2014, 1, Григорьева М.В. Полимерные системы с контролируемым контролируемым высвобождением биологически активных соединений // Биотехнология. 2011, 4,