Влияние наноструктурного поверхностного модифицирования на ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ свойства резин

 

Effect of surface nanostructural  modification on operational properties of rubber

 

Целых Е.П. (ФГУП «НПП «Прогресс», г. Омск, РФ)

Полонянкин Д.А., Суриков Вал., Суриков Вад.И. (ОмГТУ, г. Омск, РФ)

 

Tcelykh E.P. («Scientific-production enterprise «Progress»)

Polonyankin D.A., Surikov Val.I., Surikov Vad.I. (The Omsk State Technical University)

 

Рассмотрены результаты исследования триботехнических и упруго- прочностных свойств резины, подвергнутой поверхностному модифицированию путем магнетронного распыления молибдена.

 

The results of research of tribotechnical and elastic-strength properties of rubber, were subjected to surface modification by magnetron sputtering of molybdenum.

 

Ключевые слова: резинотехнические изделия, эксплуатационные свойства, наноструктурированные покрытия,  молибден,  истираемость, коэффициент трения, упруго-прочностные свойства.

Key words: rubber products, performance, nanostructured coatings, molybdenum, abrasion, friction, elastic-strength properties.

 

Повышение ресурса резино-технических изделий (РТИ) остается востребованной и актуальной проблемой современного материаловедения, благодаря их широкому использованию в качестве деталей промышленного и лабораторного оборудования, машин и механизмов. Ее возможное разрешение заключается в улучшении основных характеристик, определяющих ресурс РТИ: триботехнических (коэффициент трения, износостойкость), механических (прочность, относительные удлинение, деформация и др.), химических (маслобензостойкость, сопротивление воздействию агрессивных сред).

Возможны два подхода к повышению триботехнических и прочностных свойств резин: объемное и поверхностное модифицирование. Объемное модифицирование достигается за счет всевозможных добавок в «сырую» резину перед вулканизацией [1-2]. Однако эти добавки приводят к незначительным эффектам, при этом может наблюдаться снижение эластичности, прочности и других свойств.

Большинство новых решений в материаловедении тем или иным образом связаны с нанотехнологиями, позволяющие получить требуемые свойства материалов и новые резинотехнические изделия с уникальными свойствами. Перспективными решениями отмеченных проблем являются наноструктурированные покрытия. По литературным источникам нанесение наноструктурированных покрытий на металлические и композиционные материалы широко  изучены и положительно зарекомендовали себя, однако при этом недостаточно данных по нанесению наноструктурированных покрытий на эластомеры, в частности на резино­технические изделия [3].

Объектом исследования являлась резина шифра И-72-37. Образцы изготовляли в виде ирисок (ГОСТ 426-75).

Ионно-плазменное модифицирование образцов проводили на установке ADVAVAC VSM-200 при температурах от 80 до 130 °С с шагом в 10 °С.  Режим напыления пленки на поверхность резины включал ВЧ чистку в течение 10 мин (мощность -100 ВТ), сам процесс напыления. В качестве модификатора использовали молибденовый катод, напыление материала которого на поверхность эластомера проводили в аргоновой среде при давлении 3,3 ÷ 3,4 · 10-3 Па. Для проведения испытаний резины в работе применялось технологическое, испытательное и лабораторное оборудование ФГУП «НПП «Прогресс».

Исследование исходной и напыленной резины по показателям истираемость и коэффициент трения осуществляли в соответствии с ГОСТ 426-77, сущность метода которого заключается в истирании образцов прижатой к металлической и полимерной поверхности вращающегося с постоянной скоростью диска, при постоянной нормальной силе.

Результаты испытаний резиновых образцов по металлической и полимерной поверхности по показателям истираемость и коэффициент трения представлены в таблицах 1 и 2, соответственно, и на  рисунках 1 и 2.

На графиках пунктирные линии указывают границы результатов испытаний исходной резины при нормальных условиях. Из графиков видно, что показатели по истираемости и коэффициенту трения находятся ниже уровня результатов исходной резины без напыления и наилучшие результаты были получены при температуре напыления от 80 до 100 °C.

 

Таблица 1– Результаты испытаний по металлической  поверхности   

п/п

Температура, ºС

Результаты испытаний резины шифра И-72-37

α- истираемость резины, см3/кВ·ч

μ- коэффициент трения

1

Исходные

0,54

0,92

2

80

0,20

0,62

3

90

0,16

0,50

4

100

0,38

0,52

5

120

0,44

0,68

6

130

0,39

0,68

7

140

0,29

0,62

 

Рисунок 1 – Истираемость и коэффициент трения по металлической поверхности

 

Таблица 2 – Результаты испытаний по полимерной пленке (фторопласт)

п/п

Температура, ºС

Результаты испытаний резины шифра И-72-37

α- истираемость резины, см3/кВ·ч

μ- коэффициент трения

1

Исходные

0,01

0,73

2

80

0,26

0,67

3

90

0,03

0,63

4

100

0,21

0,67

5

120

0,20

0,76

6

130

0,08

0,64

7

140

0,12

0,81

 

Таким образом, полученные результаты испытаний резиновых образцов, модифицированных пленкой молибдена при различной температуре подложки, показывают, что модификация тонких поверхностных слоев приводит к заметным изменениям условий трибоконтакта с улучшением показателей данной резины по истираемости, коэффициенту трения, как в случае металлической поверхности, так и полимерной пленки. Наилучший эффект наблюдается для истираемости.

Результаты испытаний физико-механических свойств (таблица 3), показывают, что нанесение металлического покрытия приводит к повышению условного напряжения при одновременном снижении относительного удлинения и повышении условной прочности при растяжении,  что указывает на улучшение прочностных свойств данной резины.

Рисунок 2 – Истираемость и коэффициент трения по полимерной пленке

 

Таблица 3 – Физико-механические показатели резины шифра И-72-37

Наименование показателей

Результаты испытаний резины шифра И-72-37

Исходные          

напыленные при 80 °С

Условное напряжение при 100% удлинении, МПа

3,58

4,70

Условное напряжение при 300% удлинении, MПa

11,83

12,89

Условная прочность при растяжении, MПa

13,83

14,59

Относительное удлинение при разрыве, %

403

388

Получены результаты испытаний резиновых образцов, модифицированных пленкой молибдена при различной температуре напыления. Установлено, что модификация тонких поверхностных слоев приводит к заметным изменениям условий трибоконтакта с улучшением показателей данной резины по истираемости, коэффициенту трения  и упруго-прочностным свойствам.

 

Список использованных источников

1.      Ривин Э.М. Синтетические каучюки общего назначения [Текст] / Э.М. Ривин, Л.О. Дымент, Б.А. Кузнецова. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982. – 61 с.

2.      Шайдаков В.В. Свойства и испытания резин /  В. В. Шайдаков. .: Химия, 2002. – 227 с. 

3.      Гринберг П.Б., Полещенко К.Н., Суриков В.И., Тарасов Е.Е. Технология нанесения наноструктурированных металлопокрытий на резинотехнические изделия //Вестник Омского университета. – 2012. - №2 (64). - С.249-252.