CC BY
3
FTAMP 55.39.33
https://doi.org/10.48081/EJQC8553
Е. Т. Абильмажинов1, *К. Д. Орманбеков2
1,2Семей каласыныц Шэкэрiм атындаFы университетi, Казахстан Республикасы, Семей к.
ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНД1МОДИФИКАЦИЯЛАУ ЭД1СТЕР1 ЖеНЕ МАТЕРИАЛДЫЦ ЦАСИЕТТЕР1Н АРТТЫРУ YШIН ЭЛЕКТРОНДЫ СеУЛЕЛЕНУД1 ЦОЛДАНУ ТИ1МД1Л1Г1
Мацалада машина жасаудагы цолданылатын полимер арасындагы цазiргi уацыттагы трибология нусцаулыгы бойынша оцтайлы деп саналатын политетрафторэтилен жайлы цамтылган. Машина тораптарында цолданылатын ПТФЭ мацыздылыгы кврсетшген. Политетрафторэтиленнщ химиялыц цурылымына цатысты сипаттамасы жазылган. Оныц алу жолдарына цатысты сурацтарга бiрнеше жауаптар бар.
Сондай-ац иондыц, гамма,электронды сэулемемен вцдеуге сараптама жург1зшген.Тозуга mвзiмдiлiкmi арттыру жолдарын царастырылган. Модификациялау байланысты полимердщ квлемдж жэне беттж цасиеттертщ взгеркте мысалдар келmiрiлген. Эр эджтщ взтдж ерекшелш, кемшiлiкmерi жэне артыцшылыгы аныцталды. Айтылган материалдыц трибологиялыц жэне механикалыц цасиеттертщ ерекшелiкmерi жэне осы цасиеттердщ деформацияга эсерте салыстырма талдау бар. ПТФЭ myрлендiрудiц электронды сэулелендiру эдiсi бастапцы материалмен салыстырганда сапалы материалды алуга мумктдш туралы жазылган. Политетрафторэтилен кристалдыц фазаныц балцу температурасынан жогары температурада сэулеленуi полимердщ бiрегей взгерiсi жайлы айтылады. Сондай ац ролиmеmрафmорэmилендi мехникалыц жэне трибологиялыц цасиеттерт взгертуге алгашцы сэт^здттерге жэне де цазiргi кездегi бар зерттеулер мен нэтижелерге талдау бар. Таза ПТФЭ жэне вцделген полимердщ цасиеmmерi арасындагы айырмашылыцтары царастырылды. Материалдыц уйкелк мацсатында сапасын арттырудыц оцтайлы жолы, цойылатын талаптар сай политетрафторэтиленнщ вндiрiсmiк сапасын жогарлатын эдiсmi тацдауга негiздеме бар.
Kwmmi свздер: политетрафторэтилен (ПТФЭ), электронды сэулемен вцдеу, механикалыц цасиет,трибология, деформация, тозуга mвзiмдiлiк.
Kipicne
^аз1рп уакытта машина жасау элемдеп жетекшi салалардыц 6ipi болып саналады. Осыпан байланысты машина жасау саласы кептеген материалдарды, соныц шшде полимерлердi де тутынушы болып табылады.Шын мэншде, полимерлер-бул барлык касиеттер1 бар эмбебап синтетикалык материалдар. Олардыц кейбiреулерi болат сиякты берж, ал баскалары икемдшжке ие.
Полимерлер пайда болFаннан кешн ю жYзiнде алмастырылмайтын болды. Ендi eмiрдi пластмассасыз елестету мYмкiн емес [1].
Бiрегей физика-механикалык, химиялык жэне триботехникалык касиеттерше байланысты ПТФЭ негiзiндегi полимерлi композициялык материалдар машиналардыц Yйкелiс тYЙiндерiн жасау Yшiн кещнен колданылады. Алайда, оныц тозуFа тeзiмдiлiгi темен жэне жоFары сырFымаFа ие, сондыктан оны курылымдык материал ретшде пайдалану аясы шектеулi.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) жоFары химиялык жэне биологиялык касиеттерi бойынша колайлы материал. Тeзiмдiлiк, термиялык турактылык, сонымен катар онын тамаша диэлектрлiк, антифрикциялык жэне адгезияFа карсы касиеттерi политетрафторэтилендi (ПТФЭ) кептеген енеркэсштер жэне машина жасауда эр тYрлi буйымдарды жасау Yшiн колайлы материал карастыруFа болады [2].
Материалдар жене зерттеу эдктер1
Осы макаланын теориялык-эдiстемелiк негiзiн шетелдiк авторлардын жумыстары курайды Политетрафторэтилен зерттеу барысында онын алу жолдарын жэне материалдык касиеттерш езгертуге байланысты эдiстердi баFалау Yшiн кешендi тэсiл колданылды, онын шшде талдау жэне синтез, салыстыру жэне жалпылау, дедукция мен индукция, Fылыми абстракциялау жэне жалпылау.
Нетижелер мен тал^ылаулар
Трибологиялык максатта колдану Yшiн ПТФЭ орынды жэне кен таралFан полимер материал болып табылады. ПТФЭ молекулаларынын курылымы Yйкелiс кезiнде жука материалдын тасымалдануын тудырады жэне бетке пленка Yйкелiс коэффициентiнiн мэнiн жаксартады. Ол белгiлi бiр трибологиялык полимерлi пластиналар мен тYЙiндердiн езара эрекеттесу кезшде (миллиметрдiн оннан бiрнеше белт) eндiрiстiк процестiн нэтижесiнде пайда болатын технологиялык акаулары жок таза ПТФЭ ете жоFары тозу дэрежесiмен сипатталады [3]. ТозуFа тeзiмдiлiгiн жаксартудын бiрнеше жолы бар, мысалы материалFа эр тYрлi толтырFыштарды косу, сондай-ак электронды-сэуле немесе гамма-сэулелiк колдану аркылы сэулелендiру [4].
Политетрафторэтилен, ПТФЭ-(CF2-CF2)n - еркш радикалды механизм бойынша су ортасында кысыммен газ тэрiздi тетрафторэтилендi (TFE) полимерлеу аркылы унтак тYрiнде алынады. Полимерлеу кезiнде тармактарсыз немесе кeлемдi бYЙiрлiк топтарсыз сызыкты тiзбектер пайда болады. Полимерлеудщ бастамашысы-суда еритiн пероксид, аммоний персульфаты немесе диянтар кышкылынын пероксидь Темен температуралы полимеризация Yшiн тотыFу катализаторы колданылады.
Бастапкыда беттiк-белсендi заттарды (беттiк-белсендi заттарды) пайдаланбай ПТФЭ суспензиялык полимерлеу эдiсi жасалынды. Бул эдiс тYЙiршiктi унтакты алады. Бiраз жылдар еткен сон перфтороктан кышкылынын аммоний тузы сиякты перфторланFан беттiк-белсендi затты колдана отырып, эмульсиялык полимерлеу эдiсi колданыска ене бастады.
Эмульсияльщ полимерлеу эдiсi ПТФЭ-дi алуда су дисперсиясын жэне пастадан экструзия эдiсiмен эндеуге жарамды жука дисперстi унтактарды алады. Полимерлеудщ температурасы мен кысымы 0-ден 100 °С-ка дейiн жэне 0.7-ден 3.5 МПа-Fа дейiн.
Политетрафторэтилендi мехникалык жэне трибологиялык касиеттерш эзгерту Yшiн иондаушы сэулелердi колданудын алFашкы эрекеттерi XX Fасырдын 60 жылдарынын эзшде жасалды [5]. Бастапкыда бул эрекеттер тиiмсiз болды, эйткенi олар эте тэмен дозаларда болды. Нэтижесiнде ПТФЭ физикалык жэне механикалык касиеттерiнiн нашарлауына экелдi.Сондыктан ПТФЭ сэулеленуге сезiмталдыFы жоFары полимерлердiн бiрi деп саналады [6]. Кешнп зерттеулер сэулелендiрудiн бiркатар механикалык эсерлердi жаксартатынын кэрсеттi. Мысалы: тозуFа тэзiмдiлiк, ыеталдыкка тэзiмдiлiк, жабыскак бержтж, жэне т.б радиацияFа тэзiмдiлiкке, эндеуге, эзгерту мYмкiндiгiне он эсер етл жэне алынFан материалдын касиеттерiн бакылау мYмкiндiгi пайда болды [7]. Абразивт тозуFа тэзiмдiлiктiн жоFарылауы коршаFан орта температурасында сэулеленген ПТФЭ байкалды [8]. Электрондык сэулемен сэулелендiру полимер нысанасынын беткi кабаттарына металл атомдарынын жаксы енуiне ыкпал етедi. Жэне де электронды сэулелiк эндеу ПТФЭ кристалды^ын арттыратыны кэрсетiлдi [10].
АлFашкы сэт^зджтер себебi бэлме температурасында ПТФЭ-де басым болатын кубылыс онын сынуы болып табылатын негiзгi полимер тiзбегi, ал айкаспалы байланыс кубылысы тек ПТФЭ балку температурасына жакын температурада жYретiнi аныкталFан[8]. Политетрафторэтилен Хатиповтыц [9] ецбегiнде егжей-тегжейлi сипатталFан. Хатиповтыц Fылыми тобы сонымен катар 350 кГр дешн дозамен сэулеленген ПТФЭ мен таза ПТФЭ-нщ Yйкелiсiн жэне абразивт касиеттерiн зерттедi.Температурада сэулеленген Yлгiлердiц Yйкелiс коэффицентi аныкталды. ЖоFары температура материалдын бастапкы кYЙiндегi мэнiне жакын болды, бiрак онын тозуы Yш-тэрт рет тэмендедi.. Одан бэлек, YЙкелiс процесiнде ешкандай тозу энiмдерi байкалFан жок, бул ПТФЭ-дi таза деп аталатын технологияларда колдану Yшiн эте манызды болуы мYмкiн, мысалы, жартылай эткiзгiштер эндiрiсi [9].
Kазiргi зерттеулер таза политетрафторэтилендi гамма сэулелерiмен сэулелендiруге баFытталFан.Осы тYPДегi кэздердiц жэне жеткткт энергиясы бар кэздердiц болуынан материалFа электрондарды бiрнеше сантиметр теренджте енуi азырак кездеседi [8]. Осы зерттеулердщ максаты графиттiц улFаюыныц нэтижесiн зерттеуге непзделген. ^ыскаша мазмуны механикалык жэне 10 МэВ электрон сэулесшщ энергиясы бар сэулеленумен модификациялаетан ПТФЭ трибологиялык касиеттерш жаксарту. KоршаFан орта температурасындаFы полимер политетрафторэтилендi эзгертуге байланысты шы^ындарды азайту.
Политетрафторэтилен кристалдык фазанын балку температурасынан (327 °С) жоFары температурада сэулеленуi полимердiц бiрегей модификациясына экелед^ ол казiргi кездегi ен жаксы бiрнеше реттiк касиеттерге ие композициялармен салыстырFанда. Л. Я. Карпов атындаFы физика-химиялык Fылыми-зерттеу институтында жYргiзiлген сынак бойынша ПТФЭ тYрлендiрудiц электронды
сэулелендiру эдiсi бастапкы материалмен салыстырFанда жаксы материалды алуFа мYмкiндiк бередi. АлынFан кэрсетюштер:
- 104 есе жоFары дешнп тозуFа тэзiмдiлiк;
- созылу кезшде 10 есе тэмен сырFу;
- сы^ылу кезiндегi кайтымсыз деформация коэффициенимен 10 есеге дейiн;
- 10 есе жоFары радиациялык тэзiмдiлiк;
- бастапкы материал денгешнде химиялык жэне биологиялык инерттiлiгiмен, ыстыкка тэзiмдiлiгiмен, диэлектрлж, антифрикциялык жэне антиадгезиялык сипаттамаларымен;
- курFак YЙкелiс коэффициентi 30 % - дан тэмен.
- тэмен температурадаFы жумыс кабiлеттiлiгi (-80 °С дешн);
- химо-, термо-, трибо- жэне механикалык касиеттерi бойынша рекордтык кэрсетюштер [11]
^орытынды
Полимерлерсiз машина жасау саласын елестету жаhандану заманында мYмкiн емес. ОсыFан орай бiрнеше тYЙiндеме бар
Бiрiншiден, модификациялаудын эзектi баFыты полимердi физика-механикалык касиеттерiн жаксартуды камтамасыз ететiн электронды сэулеленудiц эсерш толырак зерттеу керек.
Екiншiден, материалдарды сэулелендiру кезiнде олардын акаулы курылымдары жэне сонын салдарынан физика-химиялык касиеттерi эзгеретiнi мэлiм болды. Демек оны дамытуFа себеп бар
Yшiншiден, ПТФЭ бетю кабаттарындаFы курылымдык эзгерiстер туралы колда бар деректердi талдау аркылы жэне бiр мезгiлде жYретiн термодинамикалык диссипация процестерiндегi механикалык энергия кез келген тYPДегi YЙкелiс тYЙiндерiндегi катты заттардын YЙкелiсi жэне тозуы, бул процестердщ механизмде шешушi болатындыFын кэрсетедь Бул процестер полимерлерiнiц тозу сипаты мен зандылыктарын аныктайды. Сондай-ак тозуFа тэзiмдiлiгiн жайлы зерттеу жYргiзуге болады.
ПАЙДАЛАШАН ДЕРЕКТЕР Т1З1М1
1 Рогов, В. А., Соловьев, В. В., Копылов, В. В. Новые материалы в машиностроении. - М. РУДН, 2008. - 324 с.
2 Singh, S., Tyagi, M., Seshadri, G., Tyagi, A. K. Varshney, L. Effect of gamma radiation on graphite-PTFE dry lubrication system. // Radiat. Phys. Chem. - 2017. -141. - Р. 213-219.
3 Tanaka, K., Uchiyama, Y., Toyooka, S. The mechanism of wear of polytetrafluoroethylene. // Wear. - 1973. - 23. - Р. 153-172.
4 Blanchet, T. A., Peng, Y. L., Nablo, S. V. Tribology of selectively irradiated PTFE surfaces. // Tribol. Lett. - 1998. - 4. - Р 87-94.
5 Charlesby, A. (Ed.) Atomic Radiation and Polymers. - Pergamon : Oxford, UK, 1960. - ISBN 9781483222790.
6 Dole, M. The Radiation Chemistry of Macromolecules // Academic Press : New York, NY, USA, 1972. - ISBN 9780323152839.
7 Tabata, Y., Suzuki, H., Ikeda, S. Radiation modification of PTFE and its application. // Radiat. Phys. Chem. - 2013. - 84. - Р. 14-19.
8 Tang, Z., Wang, M., Zhao, Y., Wu, G. Radiation resistance evaluation of cross-linked polytetrafluoroethylene by the investigation of friction and wear behavior. // Radiat. Phys. Chem. - 2011. - 80. - Р. 496-500.
9 Хатипов С. А., Коиова Е. М., Артамонов Н. А. Радиационно-модифицированный политетрафторэтилен: структура и свойства // Российский химический журнал. 2008. № 5.
10 Васенина, И. В., Савкин, К. П., Лапут, О. А., Лыткина Д. Н., Ботвин, В. В., Медовник, А. В. Курзина, И. А. Влияние ионно- и электронно-лучевой обработки на физико-химические свойства поверхности политетрафторэтилена // Технология поверхностей и покрытий. - том 334 . - 2018. - Ст. 134-141. - ISSN 0257-8972,
11 http://www.karpovipc.ru/index.php/2016-01-20-06-31-54/ftoroplast
REFERENCES
1.Rogov, V. A., Solov'ev, V. V., Kopylov, V. V. Novye materialy v mashinostroenii. [New materials in mechanical engineering]. - Moscow : RUDN, 2008. - 324 p.
2. Singh, S., Tyagi, M., Seshadri, G., Tyagi, A. K., Varshney, L. Effect of gamma radiation on graphite. - PTFE dry lubrication system. // Radiat. Phys. Chem. - 2017. 141. - 213-219.
3 Tanaka, K., Uchiyama, Y., Toyooka, S. The mechanism of wear of polytetrafluoroethylene. // Wear. - 1973. - 23. - 153-172.
4 Blanchet, T. A., Peng, Y. L., Nablo, S. V. Tribology of selectively irradiated PTFE surfaces. // Tribol. Lett. - 1998. - 4. - 87-94.
5 Charlesby, A. (Ed.) Atomic Radiation and Polymers. - Pergamon : Oxford, UK, 1960. - ISBN 9781483222790.
6 Dole, M. The Radiation Chemistry of Macromolecules. - Academic Press: New York, NY, USA, 1972. - ISBN 9780323152839.
7 Tabata, Y., Suzuki, H., Ikeda, S. Radiation modification of PTFE and its application. // Radiat. Phys. Chem. 2013. - 84. - 14-19.
8 Tang, Z., Wang, M., Zhao, Y., Wu, G. Radiation resistance evaluation of cross-linked polytetrafluoroethylene by the investigation of friction and wear behavior. // Radiat. Phys. Chem. 2011. - 80. - 496-500.
9 Hatipov, S. A., Koiova, E. M., Artamonov, N. A. Radiacionno-modificirovannyj politetraftoretilen : struktura i svojstva[Radiation-modified polytetrafluoroethylene: structure and properties] // Rossijskij himicheskij zhurnal. - 2008. - № 5.
10 Vasenina, I. V., Savkin, K. P., Laput O. A., Lytkina D. N., Botvin V. V., Medovnik A. V., Kurzina I. A. Vliyanie ionno- i elektronno-luchevoj obrabotki na fiziko-himicheskie svojstva poverhnosti politetraftoretilena [The effect of ion and
electron beam treatment on the physicochemical properties of the polytetrafluoroethylene surface], Tekhnologiya poverhnostej i pokrytij. -Vol. 334. - 2018. - P. 134-141. - ISSN 0257-8972.
11 http://www.karpovipc.ru/index.php/2016-01-20-06-31-54/ftoroplast[electronic resource]
Материал поступил в редакцию 16.09.22. Е. Т. Абильмажинов1, *К. Д. Орманбеков2
^Государственный университет имени Шакарима города Семей, Республика Казахстан, г. Семей
МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА
В статье рассматривается о политетрафторэтилене, который в настоящее время считается оптимальным по трибологии среди полимеров, используемых в машиностроении. Показано значение ПТФЭ, применяемых в узлах машин. Описана характеристика политетрафторэтилена, относящаяся к его химической структуре. Есть несколько ответов на вопросы, касающиеся способов его получения.
Также проведена экспертиза обработки ионным, гамма, электронным излучением.Рассмотрены способы повышения износостойкости. Приведены примеры изменений объемных и поверхностных свойств полимера, связанных с модификацией. У каждого метода выявлена своя специфика, недостатки и преимущества. Имеются особенности трибологических и механических свойств упомянутого материала и сравнительный анализ влияния этих свойств на деформацию. Написано о возможности получения качественного материала по сравнению с исходным методом электронно-лучевого преобразования ПТФЭ. Политетрафторэтилен излучение кристаллической фазы при температуре выше температуры плавления говорит об уникальном изменении полимера. Есть также анализ первых неудач в изменении механических и трибологических свойств ролитетрафторэтилена, а также существующих в настоящее время исследований и результатов. Рассмотрены различия между свойствами чистого ПТФЭ и обработанного полимера. Оптимальный способ повышения качества материала с целью трения, обоснование выбора способа повышения производственных качеств политетрафторэтилена в соответствии с предъявляемыми требованиями.
Ключевые слова: политетрафторэтилен (ПТФЭ), электроннолучевая обработка, механические свойства,трибология, деформация, износостойкость.
Y. T. Abilmazhinov1, *K. D. Ormanbekov2
1,2Semey University named Shakarim, Republic of Kazakhstan, Semey
METHODS OF MODIFICATION OF POLYTETRAFLUOROETHYLENE AND THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF ELECTRONIC RADIATION TO INCREASE MATERIAL PROPERTIES
The article covers polytetrafluoroethylene, which is considered optimal according to the current tribology guidelines among polymers used in Mechanical Engineering. The importance of PTFE used in machine assemblies is shown. A description of the chemical structure of polytetrafluoroethylene is written. There are several answers to questions about the ways to get it.
An examination of ion, gamma,and electron beam treatment was also carried out.Ways to increase wear resistance are considered. Examples of changes in the volumetric and surface properties of the polymer associated with modification are given. The peculiarity, disadvantages and advantages of each method were identified. There are features of the tribological and mechanical properties of the said material and a comparative analysis of the effect of these properties on deformation. The electronic irradiation method of PTFE conversion is written about the possibility of obtaining a quality material in comparison with the source material. Polytetrafluoroethylene crystal phase radiation at temperatures above the melting point speaks of a unique change in the polymer. There is also an analysis of the first failures and current research and results to change the mechanical and tribological properties of rolitetrafluoroethylene. The differences between the properties of pure PTFE and processed polymer were considered. There is a justification for choosing a method that increases the production quality of polytetrafluoroethylene in accordance with the requirements for the optimal way to improve the quality of materials for friction purposes.
Keywords: polytetrafluoroethylene (PTFE), electron beam treatment, mechanical properties, tribology, deformation, wear resistance.
