vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2023_4_8vrgup-29Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGПрименение маслонаполненных микрокапсул для улучшения трибологических характеристик эпоксидных композитовApplication of oil-filled microcapsules for improving the tribological characteristics of epoxy compositesИваночкинП. Г.IvanochkinP. G.

Иваночкин Павел Григорьевич, кафедра «Теоретическая механика», доктор технических наук, профессор

Ivanochkin Pavel Grigorievich, Chair «Theoretical Mechanics», Doctor of Engineering Sciences, Professor

ivanochkin_p_g@mail.ruБелякО. А.BelyakO. A.

Беляк Ольга Александровна, кафедра «Теоретическая механика», доктор физико-математических наук, доцент

Belyak Olga Aleksandrovna, Chair «Theoretical Mechanics», Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor

o_bels@mail.ruБичеровА. А.BicherovA. A.

Бичеров Александр Александрович, НОЦ «Нанотехнологии и новые материалы», младший научный сотрудник

Bicherov Aleksandr Aleksandrovich, Scientific and Educational Center «Nanotechnology and New Materials», Junior Researcher

aabicherov@yandex.ruАнанкоА. М.AnankoA. M.

Ананко Анатолий Михайлович, НОЦ «Нанотехнологии и новые материалы», младший научный сотрудник

Ananko Anatoliy Michaylovich, Scientific and Educational Center «Nanotechnology and New Materials», Junior Researcher

nypotilitailla@yandex.ruРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)20233012202304815Copyright © Иваночкин П.Г., Беляк О.А., Бичеров А.А., Ананко А.М., 20232023Иваночкин П.Г., Беляк О.А., Бичеров А.А., Ананко А.М.Ivanochkin P.G., Belyak O.A., Bicherov A.A., Ananko A.M.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/29

Рассмотрена возможность трибологического применения эпоксидных композитов, наполненных микрокапсулами со смазочным материалом. В матрицу из эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 добавлялись микрокапсулы в полиэфирных оболочках, содержащие индустриальное масло И-40.

Во время испытаний на скольжение капсулы повреждаются неровностями контртела, в результате чего масло попадает в зону контакта. Смазывающее действие выделившегося масла и улавливание частиц износа в полостях, оставленных разорвавшимися капсулами, приводит к значительному снижению как коэффициента трения, так и удельной скорости изнашивания.

Важную роль в обеспечении работоспособности узла трения играют трибохимические реакции, протекающие при взаимодействии композита с поверхностью металла. Кинетика формирования в процессе трения вторичных поверхностных структур исследовалась методом ИК-спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения. Морфология и элементный состав структур, образовавшихся на поверхности контртела в процессе трения, исследовались на сканирующем (растровом) электронном микроскопе (РЭМ) Zeiss EVO MA 18, оснащенном энергодисперсионным анализатором XMax 50N (ЭДС).

The paper considers the possibility of tribological application of epoxy composites filled with microcapsules with a lubricant. Microcapsules in polyester shells containing industrial oil I-40 were added to the matrix of epoxy-diane resin ED-20.

During slip tests, the capsules are damaged by counterbody irregularities, causing oil to enter the contact area. The lubricating effect of the released oil and the trapping of wear particles in the cavities left by the ruptured capsules lead to a significant reduction in both the coefficient of friction and the specific wear rate.

An important role in ensuring the performance of the friction unit is played by tribochemical reactions that occur during the interaction of the composite with the metal surface. The kinetics of the formation of secondary surface structures during friction was studied by attenuated total internal reflection IR spectroscopy. The morphology and elemental composition of the structures formed on the surface of the counterbody during friction were studied using a Zeiss EVO MA 18 scanning (raster) electron microscope (SEM) equipped with an X-Max 50N energy dispersive analyzer (EDS).

эпоксидные композитымикрокапсулысмазочный материалфизико-механические характеристикитрибологические испытаниявторичные структурыepoxy compositesmicrocapsuleslubricantphysical and mechanical characteristicstribological testssecondary structuresИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-19-00288, https://rscf.ru/project/21-19-00288/.ReferencesPaluvai, N. R. Synthesis and modifications of epoxy resins and their composites : A review / N. R. Paluvai, S. Mohanty, S. K. Nayak // PolymerPlastics Technology and Engineering. – 2014. – Vol. 53. No. 16. – P. 1723–1758. – DOI 10.1080/03602559.2014.919658.Paluvai, N. R. Synthesis and modifications of epoxy resins and their composites : A review / N. R. Paluvai, S. Mohanty, S. K. Nayak // Polymer-Plastics Technology and Engineering. – 2014. – Vol. 53. No. 16. – P. 1723–1758. – DOI 10.1080/03602559.2014.919658.Mechanical properties of epoxy nanocomposites using titanium dioxide as reinforcement / D. Pinto, L. Bernardo, A. Amaro, and S. Lopes // Construction and Building Materials. – 2015. – Vol. 95. – P. 506– 524. – DOI 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.124.Mechanical properties of epoxy nanocomposites using titanium dioxide as reinforcement / D. Pinto, L. Bernardo, A. Amaro, and S. Lopes // Construction and Building Materials. – 2015. – Vol. 95. – P. 506–524. – DOI 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.124.Mechanical properties of epoxy composites reinforced with a low volume fraction of nanosilica fillers / M. Conradi, M. Zorko, A. Kocijan, and I. Verpoest // Materials Chemistry and Physics. – 2013. – Vol. 137. – P. 910–915. – DOI 10.1016/j.matchemphys.2012.11.001.Mechanical properties of epoxy composites reinforced with a low volume fraction of nanosilica fillers / M. Conradi, M. Zorko, A. Kocijan, and I. Verpoest // Materials Chemistry and Physics. – 2013. – Vol. 137. – P. 910–915. – DOI 10.1016/j.matchemphys.2012.11.001.Bahadur, S. The action of fillers in the modification of the tribological behavior of polymers / S. Bahadur, D. Gong // Wear. – 1992. – Vol. 158. – P. 41–59.Bahadur, S. The action of fillers in the modification of the tribological behavior of polymers / S. Bahadur, D. Gong // Wear. – 1992. – Vol. 158. – P. 41–59.Zhang, Z. Z. Effects of various kinds of fillers on the tribolgoical behavior of polytetrafluoroethylene composites under dry and oil-lubricated conditions / Z. Z. Zhang, W. M. Liu, Q. J. Xue // J Appl Polym Sci. – 2001. – Vol. 80. – P. 1891–1897.Zhang, Z. Z. Effects of various kinds of fillers on the tribolgoical behavior of polytetrafluoroethylene composites under dry and oil-lubricated conditions / Z. Z. Zhang, W. M. Liu, Q. J. Xue // J Appl Polym Sci. – 2001. – Vol. 80. – P. 1891– 1897.Friction and wear behavior of three-dimensional braided carbon fiber/epoxy composites under lubricated sliding conditions / Y. Z. Wan, H. L. Luo, Y. L. Wang [et al.] // J Mater Sci. – 2005. – Vol. 40. – P. 4475–4481.Friction and wear behavior of three-dimensional braided carbon fiber/epoxy composites under lubricated sliding conditions / Y. Z. Wan, H. L. Luo, Y. L. Wang [et al.] // J Mater Sci. – 2005. – Vol. 40. – P. 4475–4481.Imparting ultra-low friction and wear rate to epoxy by the incorporation of microencapsulated lubricant / Q. B. Guo, K. T. Lau, B. F. Zheng [et al.] // Macromol Mater Eng. – 2009. – Vol. 294. – P. 20–24.Imparting ultra-low friction and wear rate to epoxy by the incorporation of microencapsulated lubricant / Q. B. Guo, K. T. Lau, B. F. Zheng [et al.] // Macromol Mater Eng. – 2009. – Vol. 294. – P. 20–24.Optimization of tribological and mechanical properties of epoxy through hybrid filling / Q. B. Guo, K. T. Lau, M. Z. Rong, M. Q. Zhang // Wear. – 2010. – Vol. 269. – P. 13–20.Optimization of tribological and mechanical properties of epoxy through hybrid filling / Q. B. Guo, K. T. Lau, M. Z. Rong, M. Q. Zhang // Wear. – 2010. – Vol. 269. – P. 13–20.Tribological performance of silicone composite coatings filled with waxcontaining microcapsules / N. W. Khun, H. Zhang, J. L Yang, E. Liu. // Wear. – 2012. – Vol. 296. – P. 575–582.Tribological performance of silicone composite coatings filled with waxcontaining microcapsules / N. W. Khun, H. Zhang, J. L Yang, E. Liu. // Wear. – 2012. – Vol. 296. – P. 575–582.Yang, Z. Tribological behavior of polymer composites functionalized with various microcapsule core materials / Z. Yang, Z. Guo, C. Yuan // Wear. – 2019. – Vol. 426–427. – P. 853–861.Yang, Z. Tribological behavior of polymer composites functionalized with various microcapsule core materials / Z. Yang, Z. Guo, C. Yuan // Wear. – 2019. – Vol. 426–427. – P. 853–861.Физико-механические и трибологические свойства полимерных композитов, наполненных микрокапсулами со смазкой / В. И. Колесников, Н. А. Мясникова, Ф. В. Мясников [и др.] // Журнал прикладной химии. – 2018. – Т. 91, № 10. – С. 1420–1430. – DOI 10.1134/S0044461818100067.Physicomechanical and tribological properties of polymer composites filled with lubricant-containing microcapsules / V. I. Kolesnikov, N. A. Myasnikova, F. V. Myasnikov [et al.] // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2018. – Vol. 91, No. 10. – P. 1420–1430. – DOI 10.1134/S0044461818100067.Ivanochkin, P. G. Antifriction composites based on phenylone C2 for work under conditions of dry friction / P. G. Ivanochkin, S. A. Danilchenko, E. S. Novikov // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 150. – P. 520–526. – DOI 10.1016/j.proeng.2016.07.033.Ivanochkin, P. G. Antifriction composites based on phenylone C2 for work under conditions of dry friction / P. G. Ivanochkin, S. A. Danilchenko, E. S. Novikov // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 150. – P. 520–526. – DOI 10.1016/j.proeng.2016.07.033.

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