Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2019,  том 16,  №3, 331-338

 

С.В. Панин1,2, Нгуен Дык Ань2, С.А. Бочкарева2, Л.А. Корниенко2, Л.Р. Иванова2

Оптимизация состава композиций на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) с заданными трибомеханическими свойствами

1Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, 634055, Томск, Россия
2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, 634050, Томск, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

В работе разрабатывается рецептура композиции на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) с заданными физико-механическими и триботехническими свойствами. Для повышения механических свойств композитов на основе ПЭЭК используется армирование короткими углеродными волокнами (КУВ). Повышение триботехнических свойств в режиме сухого трения обеспечивается добавлением тведосмазочных частиц фторопласта (ПТФЭ), что позволяет снизить коэффициент трения и объемный износ. Содержание наполнителей варьируется в количестве 5, 10 и 17 %. Экспериментально исследуются физико-механические и триботехнические свойства полученных образцов. Вследствие возможного абразивного износа контртела при добавлении углеродных волокон, объемный износ полученных образцов определяли на двух контртелах (металлическом и керамическом) в режиме сухого трения скольжения  по схеме «шар-по-диску». Экспериментальные данные представляются, в виде зависимостей эффективных характеристик (коэффициента трения, объемного износа, модуля упругости, твердости по Шору, предела прочности и относительного удлинения) от степеней наполнения композиции короткими углеродными волокнами и частицами фторопласта. Для выбора рецептуры композиции, придающей материалу заданные эффективные свойства или попадание их в заранее заданные интервалы, используется следующий подход. Экспериментальные данные дополняются опорными точками, полученными за счет применения линейной интерполяции в виде полинома Лагранжа к экспериментальным данным. Полученные зависимости эффективных характеристик от управляющих параметров строятся в виде поверхностей и соответствующих изолиний. На графиках изолиний выделяются области с необходимыми эффективными характеристиками. Совмещение (наложение) графиков позволяет определить область пересечения, которая определяет необходимое содержание наполнителей КУВ и ПТФЭ, обеспечивающих заданные значения эффективным характеристикам композиций на основе ПЭЭК.

Ключевые слова: полиэфирэфиркетон, политетрафторэтилен, углеродное волокно, износостойкость, управляющие параметры.

УДК 678.073

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.03.007


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 16, No.3 (2019) 331-338

 

S.V. Panin1,2†, Nguen Duk Anh2, S.A. Bochkareva2, L.A. Kornienko2, L.R. Ivanova2

Content optimization of polyethyretherketone based composites with prewcribed tribomechanical properties

1Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Academicheskiy Pr., 2/4, Tomsk, 634055, Russia
2National Research Tomsk Polytechnic University, Lenina Pr., 30, Tomsk, 634050, Russia

Composites based on polyetheretherketone (PEEK) matrix with specified physical-mechanical and tribological properties are developed. To improve the mechanical properties of PEEK-based composites their reinforcement with short carbon fibers (SCF) is studied. An increase of the tribological properties under dry sliding friction is achieved by adding solid lubricant particles of Teflon (PTFE) which reduces the friction coefficient and volumetric wear. The content of the fillers makes 5, 10 and 17 %. Physical-mechanical and tribological properties of the obtained composites are experimentally investigated. Due to the potential abrasive wear of a counterpart at loading short carbon fibers the volumetric wear of the obtained specimens was determined at the use of both metal and ceramic counterparts under the dry sliding friction (by the “pin-on-disk” scheme). Experimental data are presented in the form of dependences of effective properties (friction coefficient, volume wear, elastic modulus, Shore D hardness, tensile strength and elongation at break) versus the degree of filling with SCF and PTFE particles. The following approach is used to select the composition that gives the material specified effective properties or falls within their predetermined intervals. The experimental data are supplemented by reference points obtained by applying linear interpolation in the form of a Lagrange polynomial. The obtained dependences of effective properties versus the control parameters are constructed in the form of surfaces and corresponding isolines. Areas with the necessary effective properties are highlighted on contour lines. The combination (overlapping) of the graphs allows to find out the intersection area which determines the required content of the SCF and PTFE fillers which provide the specified values for the effective properties of the PEEK-based composites.

Keywords: polyetheretherketone, polytetrafluoroethylene, carbon fiber, wear resistance, control parameters.