Повышение износостойкости эпоксидных композитов введением микрокапсулированных смазочных материалов и частиц оксида магния
https://doi.org/10.46973/0201-727X_2026_1_151
Аннотация
Износ полимерных материалов в узлах трения транспортной техники определяет ресурс и надёжность подвижного состава. Цель работы – повышение износостойкости эпоксидных композитов на основе смолы ЭД-20 путём введения частиц оксида магния (MgO) и полиэфирных микрокапсул со смазочным наполнителем. Микрокапсулы размером 5–30 мкм синтезированы методом межфазной поликонденсации себацилхлорида с многоатомными спиртами. Физико-механические свойства определены индентированием (NanoTest 600), трибологические характеристики – на машине трения ИИ-5018 по схеме «вал – палец» при нагрузке 55 Н и пути трения 2200 м. Установлен оптимальный состав – ЭД-20 + 1 мас.% MgO + 1 мас.% микрокапсул А237 (масло И-40), обеспечивающий снижение интенсивности износа на 82 % (с 55,2 до 10,2 мг/м) и коэффициента трения с 0,40 до 0,23. Параметр пластичности H3/Er2 возрос на 15,9 %. Методами ИК-НПВО и СЭМ-ЭДС выявлен циклический механизм формирования композитного трибослоя из частиц MgO, фрагментов эпоксидной матрицы и смазочного масла. Результаты применимы для разработки самосмазывающихся полимерных материалов узлов трения рельсового транспорта.
Об авторе
А. М. Ананко
Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)
Россия
Россия
Ананко Анатолий Михайлович, лаборатория функциональных покрытий, научно-испытательный центр «Нанотехнологии и трибосистемы» НИЧ, младший научный сотрудник
Список литературы
1. Friedrich, K. Polymer composites for tribological applications / K. Friedrich // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. – 2018. – Vol. 1, No. 1. – P. 3–39.
2. Myshkin, N. K. Tribology of polymers : Adhesion, friction, wear, and mass-transfer / N. K. Myshkin, M. I. Petrokovets, A. V. Kovalev // Tribology International. – 2005. – Vol. 38, No. 11–12. – P. 910–921. – DOI 10.1016/j.triboint.2005.07.016.
3. Holmberg, K. Influence of tribology on global energy consumption, costs and emissions / K. Holmberg, A. Erdemir // Friction. – 2017. – Vol. 5, No. 3. – P. 263–284. – DOI 10.1007/s40544-017-0183-5.
4. May, C. A. Epoxy Resins: Chemistry and Technology / C. A. May. – 2nd ed. – New York : Marcel Dekker, 1988. – 1288 p. – DOI 10.1201/9780203756713.
5. Ellis, B. Chemistry and Technology of Epoxy Resins / B. Ellis. – London : Blackie Academic & Professional, 1993. – 337 p.
6. Mohan, P. A critical review: The modification, properties, and applications of epoxy resins / P. Mohan // Polymer-Plastics Technology and Engineering. – 2013. – Vol. 52, № 2. – P. 107–125. – DOI 10.1080/03602559.2012.727057.
7. Epoxy nanocomposites – fracture and toughening mechanisms / B. Wetzel, P. Rosso, F. Haupert, K. Friedrich // Engineering Fracture Mechanics. – 2006. – Vol. 73, No. 16. – P. 2375–2398. – DOI 10.1016/j.engfracmech.2006.05.018.
8. Three-body abrasive wear behaviour of carbon and glass fiber reinforced epoxy composites / B. Suresha, G. Chandramohan, M. Siddaramaiah [et al.] // Materials Science and Engineering : A. – 2007. – Vol. 443 (1–2). – P. 285–291. – DOI 10.1016/j.msea.2006.09.016.
9. Tribological properties of short carbon fibers reinforced epoxy composites / N. W. Khun, H. Zhang, L. H. Lim [et al.] // Friction. – 2014. – Vol. 2. – P. 226–239. – DOI 10.1007/s40544-014-0043-5.
10. Wear and friction performance of PTFE filled epoxy composites with a high concentration of SiO2 particles / J. T. Shen, M. Top, Y. T. Pei [et al.] // Wear. – 2015. – Vol. 322–323. – P. 171–180. – DOI 10.1016/j.wear.2014.11.015.
11. Autonomic healing of polymer composites / S. R. White, N. R. Sottos, P. H. Geubelle [et al.] // Nature. – 2001. – Vol. 409. – P. 794–797. – DOI 10.1038/35057232.
12. Preparation and tribological properties of surfacemodified calcium borate nanoparticles as additive in lubricating oil / G. Huang, W. Yu, Q. Cai [et al.] // Colloids and Surfaces A. – 2007. – Vol. 296, No. 1–3. – P. 60–63. – DOI 10.1108/ILT-10-2011-0074.
13. Microencapsulation of isocyanates for self-healing polymers / J. Yang, M. W. Keller, J. S. Moore [et al.] // Macromolecules. – 2008. – Vol. 41, No. 24. – P. 9650–9655. – DOI 10.1021/ma801718v.
14. Microcapsule-based self-healing and self-lubricating fiber-reinforced polymer composites / Q. Li, A. K. Mishra, N. H. Kim [et al.] // Composites Part B : Engineering. – 2014. – Vol. 57. – P. 51–59. – DOI 10.1016/B978-1-78242-280-8.00004-2.
15. Горячева, И. Г. Механика фрикционного взаимодействия / И. Г. Горячева – Москва : Наука, 2001. – 478 с. – ISBN 5-02-002567-4.
16. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (износ и безызносность) / Д. Н. Гаркунов. – 4-е изд., перераб. и доп. – Москва : МСХА, 2001. – 616 с. – ISBN 5-94327-004-3.
17. Blaiszik, B. J. Microcapsules filled with reactive solutions for self-healing materials / B. J. Blaiszik, N. R. Sottos, S. R. White // Polymer. – 2008. – Vol. 49, No. 18. – P. 3942–3949. – DOI 10.1016/j.polymer.2008.12.040.
18. Oliver, W. C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W. C. Oliver, G. M. Pharr // Journal of Materials Research. – 1992. – Vol. 7, No. 6. – P. 1564–1583. DOI 10.1557/JMR.1992.1564.
19. Belyak, O. A. Identification of viscoelastic properties of epoxy composites with magnesium oxide and boron carbide additives / O. A. Belyak, T. V. Suvorova, D. S. Manturov, A. M. Ananko // Mechanics of Composite Materials. – 2025. – Vol. 61, No. 2. – P. 257–268. – DOI 10.1007/s11029-025-10274-x.
20. Pharr, G. M. Critical issues in making smalldepth mechanical property measurements by nanoindentation with continuous stiffness measurement / G. M. Pharr, J. H. Strader, W. C. Oliver // Journal of Materials Research. – 2009. – Vol. 24, No. 3. – P. 653–666. – DOI 10.1557/jmr.2009.0096.
21. Smith, B. C. Fundamentals of Fourier Transform Infrared Spectroscopy / B. C. Smith. – 2nd ed. – Boca Raton : CRC Press, 2011. – 207 p. – DOI 10.1201/b10777.
22. Stuart, B. Infrared Spectroscopy : Fundamentals and Applications / B. Stuart. – Chichester : John Wiley & Sons, 2004. – 248 p. – ISBNs 0-470-85427-8 (HB); 0-470-85428-6 (PB).
23. Archard, J. F. The temperature of rubbing surfaces / J. F. Archard // Wear. – 1958–1959. – Vol. 2, No. 6. – P. 438–455.
24. Bowden, F. P. The Friction and Lubrication of Solids / F. P. Bowden, D. Tabor. – Oxford : Clarendon Press, 1950. – 337 p.
25. Chang, L. Tribological properties of epoxy nanocomposites : Part I. Enhancement of the wear resistance by nano-TiO₂ particles / L. Chang, Z. Zhang // Wear. – 2006. – Vol. 260, No. 7–8. – P. 869–878. – DOI 10.1016/j.wear.2005.04.021.
26. Samyn, P. Friction and wear mechanisms of sintered and thermoplastic polyimides under adhesive sliding / P. Samyn, G. Schoukens, F. Verpoort, J. Craenenbroeck, P. de baets // Macromolecular Materials and Engineering. – 2007. – Vol. 292, No. 5. – P. 523–556. – DOI 10.1002/mame.200600400.
Рецензия
Для цитирования:
Ананко А.М. Повышение износостойкости эпоксидных композитов введением микрокапсулированных смазочных материалов и частиц оксида магния. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2026;(1):151-160. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2026_1_151
For citation:
Ananko A.M. Enhancement of wear resistance of epoxy composites by introduction of microencapsulated lubricants and magnesium oxide particles. Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. 2026;(1):151-160. (In Russ.) https://doi.org/10.46973/0201-727X_2026_1_151
Просмотров:
34
JATS XML
Послать статью по эл. почте 