vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2025_3_231vrgup-266Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGВлияние старения на триботехнические характеристики двухслойного композита «морозостойкая резина – сверхвысокомолекулярный полиэтилен»The effect of aging on tribotechnical characteristics of a twolayer frost-resistant rubber – ultra-high molecular weight polyethylene compositeШкалейИ. В.ShkaleiI. V.

Шкалей Иван Владимирович, лаборатория трибологии, аспирант, младший научный сотрудник

Shkalei Ivan Vladimirovich, Laboratory of Tribology, Postgraduate Student, Junior Researcher

ioann_shiva@list.ruИнститут проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН)Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS (IPMech RAS)20253009202503231238Copyright © Шкалей И.В., 20252025Шкалей И.В.Shkalei I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/266

В суровых условиях Крайнего Севера влияние старения полимеров на их свойства актуально ввиду длительного воздействия различных факторов окружающей среды, приводящих к деструкции полимеров. В работе проведены испытания на трение и износ по схеме, имитирующей узел уплотнения двухслойного композита «резина – сверхвысокомолекулярный полиэтилен» при различных нагрузках, скоростях скольжения и температурах. Оценено влияние климатического и термического старения на фрикционные свойства и износостойкость двухслойного композита. Получено, что коэффициент трения зависит от скорости скольжения, нагрузки и внешней температуры. Старение материала приводит к снижению коэффициента трения. Износостойкость материала увеличивается на 25 % на втором месяце старения и не изменяется за последующие четыре. При ускоренных испытаниях на старение износ снижается на 15 %. Можно сделать вывод о возможности использования материала в узлах трения в течение срока, ограниченного шестью месяцами климатического старения, а в сопряжениях, защищенных от солнечного излучения, может использоваться без ограничений по времени.

In the severe conditions of the Far North, the effect of polymers aging on their properties is important due to the long-term impact of various environmental factors leading to polymer degradation. In this work, friction and wear tests were carried out using a scheme simulating a sealing unit, a two-layer composite “rubber - ultra-high molecular weight polyethylene” under various loads, sliding speeds and temperatures. The effect of climatic and thermal aging on the frictional properties and wear resistance of the two-layer composite was estimated. It was found that the friction coefficient depends on the sliding speed, load and external temperature. Aging of the material leads to a decrease in the friction coefficient. The wear resistance of the material increases by 25 % in the second month of aging and does not change over the next four. With accelerated aging tests, wear decreases by 15 %. It can be concluded that the material can be used in friction units for a period limited to six months of climatic aging, and in friction units protected from solar radiation, it can be used without time restrictions.

резинастарениебутадиен-нитрильный каучукпокрытиесверхвысокомолекулярный полиэтиленполимерный композиттрениеизносrubberagingnitrile-butadiene rubbercoatingultra-high molecular weight polyethylenepolymer compositefrictionwear.Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 23-19-00484).ReferencesOptimizing the tribological performance of DLCcoated NBR rubber: The role of hydrogen in films / C. Bai, L. Qiang, B. Zhang [et al.] // Friction. – 2022. – Vol. 10. – P. 866–877. – DOI 10.1007/s40544-021-0498-0.Optimizing the tribological performance of DLC-coated NBR rubber: The role of hydrogen in films / C. Bai, L. Qiang, B. Zhang [et al.] // Friction. – 2022. – Vol. 10. – P. 866–877. – DOI 10.1007/s40544-021-0498-0.Повышение износостойкости морозостойких резин за счет армирования многостенными углеродными нанотрубками / А. В. Морозов, П. О. Буковский, Н. Н. Петрова, E. Н. Тимофеева // Каучук и резина. – 2019. – T. 78, № 6. – С. 256–363. – ISSN 0022-9466.Increase of wear resistance of frost-resistant rubbers due to reinforcement by multi-wall carbon nanotubes / A. V. Morozov, P. O. Bukovskii, N. N. Petrova, E. N. Timofeeva // Kauchuk i Rezina. – 2019. – Vol. 78, No. 6. – P. 256–363. – ISSN 0022-9466.Wypych, G. Handbook of Polymers / G. Wypych. – Toronto : ChemTec Publishing, 2012. – 706 p. – ISBN 978-1-895198-47-8.Wypych, G. Handbook of Polymers / G. Wypych. – Toronto : ChemTec Publishing, 2012. – 706 p. – ISBN 978-1-895198-47-8.Two-Layer Rubber-Based Composite Material and UHMWPE with High Wear Resistance / A. A. Dyakonov, A. P. Vasilev, S. N. Danilova [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15, No. 13. – P. 4678. – DOI 10.3390/ma15134678.Two-Layer Rubber-Based Composite Material and UHMWPE with High Wear Resistance / A. A. Dyakonov, A. P. Vasilev, S. N. Danilova [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15, No. 13. – P. 4678. – DOI 10.3390/ma15134678.Chang, T. Tribological behavior of aged UHMWPE under water-lubricated condition / T. Chang, C. Yuan, Z. Guo // Tribology International. – 2019. – Vol. 133. – P. 1–11. – DOI 10.1016/j.triboint.2018.12.038Chang, T. Tribological behavior of aged UHMWPE under water-lubricated condition / T. Chang, C. Yuan, Z. Guo // Tribology International. – 2019. – Vol. 133. – P. 1–11. – DOI 10.1016/j.triboint.2018.12.038Колесова, Е. С. Разработка полимерных композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с высокой стабильностью свойств в условиях резко-континентального климата / Е. С. Колесова, О. В. Гоголева, П. Н. Петрова // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. – 2021. – Т. 26, № 4. – C. 122–131. – DOI 10.31242/2618-9712-2021-26-4-122-131.Kolesova, E. S. Development of polymer composite materials based on ultra-high molecular weight polyethylene with the high stability of characteristics under the conditions of sharply continental climate / E. S. Kolesova, O. V. Gogoleva, P. N. Petrova // Arctic and Subarctic Natural Resources. – 2021. – Vol. 26, No. 4. – P. 122–131. – DOI 10.31242/2618-9712-2021-26-4-122-131.Friction and wear characteristics of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) composites containing glass fibers and carbon fibers under dry and water-lubricated conditions / Y. Wang, Z. Yin, H. Li [et al.] // Wear. – 2017. – Vols. 380–381. – P. 42–51. – DOI 10.1016/j.wear.2017.03.006.Friction and wear characteristics of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) composites containing glass fibers and carbon fibers under dry and water-lubricated conditions / Y. Wang, Z. Yin, H. Li [et al.] // Wear. – 2017. – Vols. 380– 381. – P. 42–51. – DOI 10.1016/j.wear.2017.03.006.Fretting Wear Behavior of UHMWPE Under Different Temperature Conditions / Q. Wang, Y. Wang, H. Wang, Z. [et al.] // Journal of Macromolecular Science, Part B. – 2017. – Vol. 56, No. 7. – P. 493–504. – DOI 10.1080/00222348.2017.1330131.Fretting Wear Behavior of UHMWPE Under Different Temperature Conditions / Q. Wang, Y. Wang, H. Wang, Z. [et al.] // Journal of Macromolecular Science, Part B. – 2017. – Vol. 56, No. 7. – P. 493–504. – DOI 10.1080/00222348.2017.1330131.Using Thin Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene Coatings to Reduce Friction in Frost-Resistant Rubbers / E. Torskaya, I. Shkalei, F. Stepanov [et al.] // Polymers. – 2024. – Vol. 16, No. 20. – P. 2870. – DOI 10.3390/polym16202870.Using Thin Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene Coatings to Reduce Friction in Frost-Resistant Rubbers / E. Torskaya, I. Shkalei, F. Stepanov [et al.] // Polymers. – 2024. – Vol. 16, No. 20. – P. 2870. – DOI 10.3390/polym16202870.ГОСТ ISO 188-2013. Резина и термоэластопласты. Испытания на ускоренное старение и теплостойкость. – Москва : Стандартинформ, 2014. – 24 с.GOST ISO 188-2013. Vulcanized rubber and thermoplastics. Accelerated ageing and heat resistance tests. – Moscow : Standartinform, 2014. – 24 p.Крагельский, И. В. Трение и износ : изд. 2-е перераб. и доп. / И. В. Крагельский. – Москва : Машиностроение, 1968. – 480 с.Kragelskii, I. V. Friction and Wear : 2nd revised and enlarged edition / I. V. Kragel'skii. – Oxford : Mashinostroenie, 1965. – 362 p. – ISBN 978-0408200004.Хрущов, М. М. Определение износа деталей машин методом искусственных баз / М. М. Хрущов, Е. С. Беркович. – Москва : Изд-во АН СССР, 1959. – 217 с.Khrushchov, М. М. Determination of wear of machine parts by the artificial base method / M. M. Khrushchov, E. S. Berkovich. – Moscow : Publishing house of the USSR Academy of Sciences, 1959. – 217 p.ГОСТ Р ИСО 25178-2-2014. Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Ареал. Часть 2. Термины, определения и параметры структуры поверхности. – Москва : Стандартинформ, 2015. – 50 с.GOST R ISO 25178-2-2014. Geometrical Product Specifications (GPS). Surface texture. Area. Part 2. Terms, definitions and surface structure parameters. – Moscow : Standartinform, 2015. – 50 p.Черезова, Е. Н.Старение и стабилизация полимеров / Е. Н. Черезова, Н. А. Мукменева, В. П. Архиреев. – Казань : Изд-во Казанского нац. исслед. технол. ун-та, 2012. – 150 с. – ISBN 978-5-7882-1323-1.Cherezova, E. N. Aging and stabilization of polymers / E. N. Cherezova, N. A. Mukmeneva, V. P. Arkhireev. – Kazan : Publishing house of Kazan National Research Technological University, 2012. – 150 p. – ISBN 978-5-7882-1323-1.Kesari, H. Effective macroscopic adhesive contact behavior induced by small surface roughness / H. Kesari, A. J. Lew // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. – 2011. – Vol. 59, No. 12. – P. 2488– 2510. – DOI 10.1016/j.jmps.2011.07.009.Kesari, H. Effective macroscopic adhesive contact behavior induced by small surface roughness / H. Kesari, A. J. Lew // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. – 2011. – Vol. 59, No. 12. – P. 2488–2510. – DOI 10.1016/j.jmps.2011.07.009.Study on the Influence of Activated Carbon Nanotubes on the Tribological Properties of Frost-Resistant Rubber / P. O. Bukovskiy, A. V. Morozov, N. N. Petrova, E. V. Timofeeva // Mechanics of Solids. – 2019. – Vol. 54, No. 8. – P. 1250–1255. – DOI 10.3103/S0025654419080156.Study on the Influence of Activated Carbon Nanotubes on the Tribological Properties of Frost-Resistant Rubber / P. O. Bukovskiy, A. V. Morozov, N. N. Petrova, E. V. Timofeeva // Mechanics of Solids. – 2019. – Vol. 54, No. 8. – P. 1250–1255. – DOI 10.3103/S0025654419080156.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.