ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АКТИВАЦІЇ ПТФЕ ТА КОМПОЗИЦІЙ НА ЙОГО ОСНОВІ

Будник О.А., к.т.н., доц., БДТУ ім. В.Г. Шухова, м. Белгород
Берладір Х.В., НТУУ «КПІ», м. Київ
Руденко П.В., СумДУ, м. Суми


ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АКТИВАЦІЇ ПТФЕ ТА КОМПОЗИЦІЙ НА ЙОГО ОСНОВІ

Виробництво і споживання фторвмісних полімерів та виробів на їх основі постійно розширюються у зв'язку зі зростанням потреби в цих матеріалах різними галузями промисловості [1].
Застосування політетрафторетилену (ПТФЕ) в машинобудуванні обумовлено, перш за все, двома унікальними властивостями: низьким коефіцієнтом тертя і відсутністю налипання інших матеріалів, включаючи і адгезиви, до поверхні виробів з ПТФЕ. Особливе значення мають такі властивості ПТФЕ, як висока теплостійкість, можливість застосування при кріогенних температурах, хімічна стійкість у більшості агресивних середовищ при температурах від -269 до 260 ºС та довговічність [2] . Разом з тим, є істотні недоліки, що стосуються застосування даного фторполімера. Перший пов'язаний з його високою повзучістю (холодотекучістю). Другий недолік пов'язаний з низькою зносостійкістю - незважаючи на дуже малий коефіцієнт тертя, інтенсивність зносу виявляється неприпустимо високою. Обидва зазначених чинника призводять до необхідності частого ремонту ущільнювальних та направляючо-опорних елементів вузлів тертя [3].
Підвищення зносостійкості і терміну служби вузлів тертя залежить, в першу чергу, від триботехнічних та фізико-механічних властивостей композиційних матеріалів на основі ПТФЕ.
Найбільш перспективним способом зміни властивостей ПКМ є модифікування полімерів, які випускаються в промисловості, із залученням різних технологічних прийомів [4] - фізичних впливів шляхом механічної активації, введення активованих інгредієнтів [5] та ін. При реалізації цього підходу можливе не тільки значне поліпшення трибологічних властивостей, а й здійснення його технологічно простіше і вимагає набагато менших витрат.
Фізичні методи впливу на матеріали є ефективними технологічними прийомами, що дозволяють значно підвищити експлуатаційні властивості матеріалів [6].
Останнім часом намітилася тенденція використання механохімічних методів диспергування матеріалів для переведення їх в нерівноважний метастабільний стан. До таких методів відноситься механічне дроблення і активація матеріалів за допомогою різного роду подрібнювального обладнання [7].
Механоактивація застосовується для зміни реакційної здатності твердих тіл, під якою розуміють прискорення або підвищення ефективності хімічних або фізико-хімічних процесів, при цьому, на відміну від механодеструкції та механосинтезу, механічні сили не ініціюють хімічні реакції, а тільки знижують енергію активації реакцій відповідно до витрат механічної енергії [8].
Відповідно до сучасних уявлень, при механічних впливах за рахунок енергії пружного деформування в поверхневих шарах матеріалу виникають активні нерівноважні збуджені стани, зумовлені коливальним збудженням атомів, електронним збудженням та іонізацією, деформуванням зв'язків і валентних кутів, а також процесами міграції структурних елементів і масопереносу. У порівнянні з термічною активацією при механоактивації виникають більш високозбуджені стани.
Механічна енергія, що передається матеріалу при ударній дії, лише частково витрачається на збільшення питомої поверхні диспергуючого матеріалу і більшою мірою призводить до підвищення внутрішньої енергії речовини та зміни енергії електронних збуджень, що призводить до виникнення збуджених станів в атомній структурі і переміщення атомів на поверхню кристалічної решітки диспергуючого матеріалу. Це призводить до спотворення валентних кутів в кристалічній решітці та супроводжується підвищенням реакційної здатності речовини.
Збільшення ступеня диспергування матеріалів за короткий час механічної обробки в умовах, коли реалізується ефект Ребіндера, зумовлює підвищення виходу вільних радикалів.
В результаті механічної активації ПТФЕ в дробарці
МРП-1 (n=7000 об/хв.) досягнуто підвищення міцнісних властивостей більш ніж в 2,5 рази, а зносостійкості на 47 %.
Підвищення зносостійкості ПТФЕ в ході механоактивації пов'язано із зменшенням ступеня кристалічності і збільшенням середньої міжшарової відстані в процесі фрикційної взаємодії та структурної пристосованості модифікованого ПТФЕ в умовах тертя і прояви синергетичних ефектів самоорганізації трибоструктур, що володіють підвищеною зносостійкістю.
Таким чином, показана перспективність використання механічної активації ПКМ як ефективного технологічного прийому, що забезпечує створення композитів не тільки з поліпшеними, а й прогнозованими характеристиками.

Список використаних джерел: 1. Паншин, Ю.А. Фторопласты [Текст] / Ю.А. Паншин, С.Г. Малкевич, Ц.С. Дунаевская. – Л. : Химия, 1978. – 232 с. 2. Пугачев, А.К. Переработка фторопластов в изделия [Текст] / А.К. Пугачев, О.А. Росляков. - Л. : Химия, 1987. – 182 с. 3. Адаменко, Н.А. Конструкционные полимерные композиты [Текст] / Н.А. Адаменко, А.В. Фетисов, Г.В. Агафонова. – Волгоград : Волг, 2010. – 103 с. 4. Основные тенденции создания полимерных композиционных антифрикционных материалов [Текст] / И.А. Грибова, А.П. Краснов, А.Н. Чумаевская, Н.М. Тимофеева // Обзор аналитической информации. – М. : ИНЭОС, 1996. – 46 с. 5. Берладир, К.В. Структурная модификация фторопласта-4 с целью повышения эксплуатационно-технологических свойств композитов на его основе [Текст] / К.В. Берладир, В.А. Свидерский, А.А. Томас, П.В. Руденко, А.Ф. Будник // Матеріали VII Міжнародної науково-технічної WEB - конференції «Композиційні матеріали», березень-травень, 2013 р. – Київ, 2013. – С. 90-91. 6. Аввакумов, Е.Г. Механические методы активации химических процессов [Текст] / Е.Г. Аввакумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Новосибирск : Наука, 1986. – 297 с. 7. Будник, О.А. Вуглепластики триботехнічного призначення на основі фторопласту-4 та модифікованого вуглецевоволокнистого наповнювача [Текст] : дис. … канд. техн. наук / О.А. Будник. – Д., 2011. – 160 с. 8. Будник, О.А. Разработка уплотнительного углефторопластового композитного материала с требуемыми свойствами технологий его получения [Текст] / О.А. Будник, П.В. Руденко, А.Ф. Будник [и др.] // XII Междунар. НТК «Гервикон-2008», г. Перемышль-Кельце. – 2008. – с. 299-306.