Influence of Nano-Sized Metal Oxides and Mercaptobenzthiazole on the Properties and Structure of Ultra-High Molecular Polyethylene

• Published in: Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 2024-02, Vol.17 (2), p.162-174
• Main Authors: Vasilev, Andrey P, Danilova, Sakhayana N, Dyakonov, Afanasiy A, Okoneshnikova, Anastasiya V, Makarov, Igor S
• Format: Article
• Language: Russian
• Subjects: Abrasive wear; Coefficient of friction; Composite materials; Compressive properties; Copper oxides; Degree of crystallinity; Enthalpy; Fillers; Hot pressing; Mechanical properties; Metal oxides; Molecular structure; Molecular weight; Polyethylene; Polymer matrix composites; Polymers; Tensile strength; Tribology; Tungsten oxides; Ultra high molecular weight polyethylene; Wear resistance; Zinc oxide; Zirconium dioxide
• ISSN: 1999-494X; 2313-6057

В работе приведены результаты исследования влияния комбинированных наполнителей (2-меркаптобензтиазол (МВТ) и наноразмерных оксидов: ZrO2, WO3, ZnO и CuO) на служебные свойства и структуру сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Композиты на основе СВМПЭ с бинарными наполнителями получены методом горячего прессования. Исследование физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов показало повышение прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве на 43-50 % и 26-27 % соответственно по сравнению с исходным СВМПЭ. Напряжение при сжатии и твердость по Шору D композитов повысились на 41 % и 11-15 % соответственно. Микроскопические исследования композитов показали формирование сферолитных образований в надмолекулярной структуре, а плотность увеличивается во всех образцах при введении наполнителей. Термодинамические исследования показали, что энтальпия плавления и степень кристалличности композитов состава CBMn3/MBT/ZrO2 и СВМПЭ/МБТЖО3 выше по сравнению с СВМПЭ/МБТ/CuO и СВМПЭ/МБТ/ZnO. Трибологические исследования выявили улучшение износостойкости СВМПЭ/МБТ/CuO в 4 раза по сравнению с ненаполненным полимером при сохранении низкого коэффициента трения. Исследование поверхности трения композитов показало формирование вторичных структур, снижающих усталостное и абразивное изнашивание, что объясняет повышение износостойкости. Разработанные композиты на основе СВМПЭ, наполненного МБТ и оксидами металлов, могут найти применение в технике и различных оборудованиях благодаря улучшенным свойствам.