Політетрафторетилен (PTFE) є одним із найбільш ефективних полімерних матеріалів для антифрикційних застосувань завдяки низькому коефіцієнту тертя та здатності до самозмащування [1]. Разом із тим, його використання в умовах підвищених навантажень обмежується низькою зносостійкістю та недостатньою механічною міцністю [2]. Одним із ключових напрямів підвищення експлуатаційних властивостей PTFE є введення до його складу наповнювачів із різною природою та ступенем дисперсності [3, 4].

Метою роботи є встановлення закономірностей впливу мікро- та нанодисперсних наповнювачів на коефіцієнт тертя та зносостійкість композиційних матеріалів на основі PTFE в умовах сухого ковзання.

Матеріали виготовляли із використанням суспензій порошків необхідного складу, що забезпечувало рівномірний розподіл наповнювачів у полімерній матриці та мінімізацію агломерації частинок. У якості наповнювачів використовували компоненти: тверді (SiCр), м’які мастильні (графіт, MoS₂) та нановолокнисті (CNT, SiCnf). Їх вміст змінювали в межах 1–10 мас. %.

Формування зразків здійснювали методом пресування з подальшим спіканням.

Трибологічні випробування проводили в умовах сухого ковзання за схемою «тіло–контртiло» (матеріал контртіла – сталь 45) при сталих параметрах навантаження та швидкості. Оцінювали коефіцієнт тертя, інтенсивність лінійного та масового зносу, а також температурні характеристики контактної зони.

Встановлено, що введення наповнювачів суттєво впливає на трибологічну поведінку PTFE-композитів. Чистий PTFE характеризується низьким коефіцієнтом тертя, проте демонструє максимальні значення зносу, що обмежує його використання в навантажених вузлах тертя. Додавання м’яких мастильних компонентів (MoS₂, графіт) забезпечує стабілізацію коефіцієнта тертя за рахунок формування захисної трибоплівки на поверхні контакту, що знижує інтенсивність зношування.

Тверді частинки SiCр сприяють підвищенню зносостійкості за рахунок зміцнення полімерної матриці.

Найліпші результати, зносу та коефіцієнту тертя, отримано для композицій із нанорозмірними наповнювачами. Використання SiCnf забезпечує ефективне армування матриці, зменшення інтенсивності зношування та стабілізацію трибологічних параметрів. Вуглецеві нанотрубки (CNT) сприяють зниженню коефіцієнта тертя, однак їх ефективність значною мірою залежить від ступеня диспергування та рівномірності розподілу.

Показано, що комбіноване введення наповнювачів різної природи може призводити до синергетичного ефекту, що проявляється у поєднанні високої зносостійкості та стабільного коефіцієнта тертя (3,6–4,3 мкм/км; f = 0,10–0,12). Разом із тим, надмірна концентрація або нерівномірний розподіл наповнювачів призводить до агломерації, локалізації напружень і погіршення експлуатаційних характеристик.

Отримані результати свідчать про доцільність використання комплексного підходу до модифікації PTFE, який передбачає оптимальний вибір типу, розміру та концентрації наповнювачів. Це дозволяє цілеспрямовано керувати трибологічними властивостями матеріалу та створювати композиції з підвищеною ефективністю для використання у вузлах тертя різного призначення.

Література:

1. Abdelbary A. Polymer tribology. Wear of Polymers and Composites. 2014. P. 1–36. URL: https://doi.org/10.1533/9781782421788.1.
2. The Tribological Properties of Several PTFE Based Self-Lubricating Composites in Vacuum / J. Zheng et al. Advanced Materials Research. 2012. Vol. 535-537. P. 144–148. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.535-537.144.
3. Effect of Silicon Carbide Particles on Tribological Properties of Polytetrafluoroethylene Water-Lubricated Bearing Composites / S. Dong et al. Journal of Materials Engineering and Performance. 2023. URL: https://doi.org/10.1007/s11665-023-08337-y.
4. Композитний антифрикційний матеріал та спосіб його виготовлення. – Патент № 108907 України, Заявлено 30.05.2013 р, опубліковано 25.06. 2015 р.