Влияние концентрации Al₂O₃ в полимерном композиционном материале на его трибологические свойства

Рассмотрено влияние добавки Al₂O₃ в разном процентном отношении в базовую матрицу эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 на ее трибологические свойства. Анализ гранулометрического состава и химической структуры исследуемого порошка оксида алюминия выявил оптимальное соотношение для выбора добавки к базовой матрице ЭД-20. Трибологические испытания проводились на машине трения по схеме «ролик – колодка», что позволило точно зафиксировать влияние нагрузки и скорости скольжения на износ образцов. Проведенные трибологические исследования показали, что введение оксида алюминия в различных массовых долях (1, 3, 5 %) позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики эпоксидного композита, снижая коэффициент трения. Эти эффекты обусловлены формированием на поверхности трения трибопленок, обеспечивающих стабильность контактного воздействия нагрузки. Проведенным спектральным анализом выявлено образование вторичных структур в результате взаимодействия алюминия с эпоксидно-диановой смолой. Полученные данные подтверждают перспективность использования эпоксидных композитов в узлах трения машиностроительных конструкций.

Новизна работы состоит в установлении влияния процентного содержания добавки оксида алюминия в матрицу композиционного полимерного материала на величину коэффициента трения по результатам проведенных экспериментальных исследований. При процентном содержании наполнителя 1 и 3 % было выявлено снижение коэффициента трения на ~9 %. Также в работе проведена оценка влияния нагрузочно-скоростного режима на трибологические характеристики полимерного композиционного материала.

1. Nano-Al2O3 obtained the best tribological properties than similar hardness nanoparticles filled into epoxy resin / J. Cui, Y. Tian, R. Li [et. al.] // Colloid and Polymer Science. – 2025. – Vol. 303. – P. 735–745. – DOI 10.1007/s00396-025-05383-x.

2. Investigation of the mechanical and tribological behavior of epoxy-based hybrid composite / T. Albahkali, A. Fouly, I. A. Alnaser [et. al.] // Polymer Analysis and Characterization, Special Issue : Mechanical Behavior of Polymeric Materials : Recent Trends and Advancements – 2023. – Vol. 15 (19). – Article no. 3880. – DOI 10.3390/polym15193880.

3. 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. – P. 257– 268. – DOI 10.1007/s11029-025-10274-x.

4. Применение маслонаполненных микрокапсул для улучшения трибологических характеристик эпоксидных композитов / П. Г. Иваночкин, О. А. Беляк, А. А. Бичеров, А. М. Ананко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 4 (92). – С. 8–15. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_4_8.

5. Preparation and Tribological Properties of Modified MoS2/SiC/Epoxy Composites / C. Liu, M. Li, Q. Shen, H. Chen // Materials (Basel). – 2021, Apr 1. – Vol. 14 (7). – Article no. 1731. – DOI 10.3390/ma14071731.

6. Tribological Characterization of an Epoxy Composite Coating for Enhanced Wear Resistance in Oil Well Casing Applications / A. Bawagnih, N. Merah, F. Al-Badour [et al.] // Polymers (Basel). – 2025, Aug 11. – Vol. 17 (16). – Article no. 2192. – DOI 10.3390/polym17162192.

7. Tribological and mechanical properties of epoxy reinforced by hybrid nanoparticles / W. H. Alhazmi, Y. Jazaa, S. Mousa [et al.] // Latin American Journal of Solids and Structures. – 2021. – Vol. 18 (03). – DOI 10.1590/1679-78256384.

8. Евдокимов, Ю. А. Программное сопровождение научно-исследовательских работ по триботехнике. Ч. 1 : Обработка экспериментальных данных методом планирования эксперимента / Ю. А. Евдокимов, В. В. Шаповалов, А. Л. Озябкин. – Ростов-на-Дону : РГУПС, 2003. – 122 c.

9. Исследование кинетики и механизма формирования вторичных структур модифицированной эпоксидной смолы / Д. С. Мантуров, П. Г. Иваночкин, А. И. Азоян, П. В. Харламов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 4 (88). – С. 41–51. – DOI 10.46973/0201-727X_2022_4_41.