Влияние частиц вольфрамата циркония с отрицательным коэффициентом термического расширением на трибологические свойства композита с полимерной матрицей

Сотрудниками ИФПМ СО РАН и ИНХ СО РАН проведены комплексные исследования влияния несоответствия коэффициентов термического расширения на износ и трение аморфной полиэфиримидной (ПЭИ) матрицы, армированной либо частицами политетрафторэтилена (ПТФЭ), либо частицами ПТФЭ, покрытыми вольфраматом циркония (α-ZrW2O8) с отрицательным коэффициентом термического расширения. Схема испытаний «шар на диске» использовалась с шариками из стали AISI 52100, трущимися о полимерные композитные диски при нормальной нагрузке P = 5 Н и скорости скольжения V = 0,3 м/с. Трибологические испытания проводились при температурах 23 °C, 120 °C и 180 °C. Композит ПЭИ/ПТФЭ/ZrW2O8 продемонстрировал тенденцию к снижению скорости износа при высокотемпературном (120 °C и 180 °C) скольжении по сравнению с соответствующим повышением скорости износа при трении композитов ПЭИ/ПТФЭ. Проведенные эксперименты и расчеты показали, что именно частицы α-ZrW2O8 с отрицательным коэффициентом термического расширения, добавленные в композит, эффективно снижали термическое расширение ПТФЭ в матрице ПЭИ и, таким образом, улучшали износостойкость композита.
Полученные композиты с полимерной матрицей и включениями, содержащими частицы вольфрамата циркония, обладают пониженным уровнем напряжений из-за несоответствия коэффициентов термического расширения, будут защищены от преждевременного выхода из строя уплотнительных и подшипниковых деталей из полимерных композитов, которые трутся о металлические поверхности при повышенных температурах. Это имеет особое значение для полимерно-матричных композитов, упрочненных антифрикционными включениями политетрафторэтилена (ПТФЭ), обладающего высоким коэффициентом теплового расширения.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, темы FWRW-2021-0006 и FWRW-2021-0010. Результаты исследования опубликованы в журнале Wear (Q1, Impact factor 5.3).

S. Yu. Tarasov, D.G. Buslovich, S.V. Panin, N.L. Savchenko, L.A. Kornienko, E. Yu. Filatov, E.N. Moskvichev. Structure and tribological behavior of a polyetherimide/ polytetrafluoroethylene matrix filled with negative thermal expansion zirconium tungstate particles // Wear, Volumes 558–559, 15 December 2024, 205567, https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205567