Показано, что сверхвысокомолекулярный полиэтилен применяется в деталях и узлах триботехнического назначения вследствие уникального сочетания прочностных и эластичных свойств. Выявлена проблема гидрофобности такого полиэтилена, инертности, что препятствует пропитке полимерными матрицами и созданию износостойких композитов. Охарактеризованы ограничения традиционных способов химической активации полиэтилена по причине ресурсозатратности процессов. Выявлена перспективность плазменной модификации и поставлена цель создания физической модели композита с повышенным значением показателя прочности связи между тканным сверхвысокомолекулярным полиэтиленом и эпоксидно-диановой матрицей. Методы исследования: активация холодной плазмой в среде воздуха, оценка смачиваемости методом «сидячей капли», анализ прочности связи с матрицей на разрывной машине до и после активации полиэтилена плазмой, спектроскопия. В результате плазменного воздействия повышено значение показателя смачиваемости поверхности полиэтилена более чем в 3 раза, что позволяет пропитать износостойкий материал матрицей; существенно повышено значение показателя прочности связи исследуемого полиэтилена с эпоксидно-диановым связующим. Установлено, что плазменная модификация способствует формированию азот- и кислород-содержащих групп в поверхностном слое полиэтилена, что повышает его способность к химическому взаимодействию с матрицей, обеспечивает возможность получения устойчивого к нагрузкам композита трибологического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
It is shown that ultra-high molecular weight polyethylene is used in tribotechnical parts and units due to the unique combination of strength and elastic properties. The problem of hydrophobicity of such polyethylene, inertness, which prevents impregnation with polymer matrices and creation of wear-resistant composites is revealed. Limitations of traditional methods of chemical activation of polyethylene due to resource-intensive processes are characterized. The prospects of plasma modification are revealed and the goal is to create a physical model of a composite with an increased value of the bond strength indicator between woven ultra-high molecular weight polyethylene and epoxy-diane matrix. Research methods: activation with cold plasma in air, wettability assessment by the “sessile drop” method, analysis of the bond strength with the matrix on a tensile testing machine before and after polyethylene activation with plasma, spectroscopy. As a result of plasma exposure, the value of the wettability index of the polyethylene surface is increased more than threefold, which allows impregnation of the wear-resistant material with the matrix; the value of the bond strength of the studied polyethylene with the epoxy-diane binder has been significantly increased. It has been established that plasma modification promotes the formation of nitrogen- and oxygen-containing groups in the surface layer of polyethylene, which increases its ability to chemically interact with the matrix, and provides the possibility of obtaining a load-resistant tribological composite based on ultra-high molecular weight polyethylene.
1. Данилова С.Н., Охлопкова А.А., Гаврильева А.А., Охлопкова Т.А., Борисова Р.В., Дьяконов А.А. Износостойкие полимерные композиционные материалы с улучшенным межфазовым взаимодействием в системе «полимер – волокно» // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2016. №. 5 (55). С. 80–92. URL: https://www.s-vfu.ru/universitet/rukovodstvo-i-struktura/strukturnye-podrazdeleniya/dnii/vestnik-svfu/arkhiv/arkhiv-2016/Вестник %205 %20(55) %202016.pdf (дата обращения: 10.04.2025).
2. Данилова С.Н., Охлопкова А.А., Оконешникова А.В. Разработка композиционных материалов на основе СВМПЭ и углеродного и базальтового волокон // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2024. № 29 (4). С. 661–674. DOI: 10.31242/2618-9712-2024-29-4-661-674.
3. Abdul Samad M. Recent Advances in UHMWPE/UHMWPE Nanocomposite/UHMWPE Hybrid Nanocomposite Polymer Coatings for Tribological Applications: A Comprehensive Review // Polymers. 2021. № 13 (4). P. 608. DOI: 10.3390/polym13040608.
4. Сергеева Е.А., Тихонова Н.В., Даловский К.Д., Гимадеев А.Р. Быстровозводимые модульные конструкции на основе высокопрочных легких композитов // Перспективы науки. 2024. № 6 (177). С. 138–140. EDN PTLFJL. URL: http://moofrnk.com/assets/files/journals/science-prospects/177/science-prospect-6(177)-main.pdf (дата обращения: 08.04.2025).
5. Дьяконов А.А., Шадринов Н.В., Соколова М.Д., Федоров А.Л., Слепцова С.А., Охлопкова А.А. Двухслойный композиционный материал на основе эластомера и сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 10 (178). С. 438–441. URL: https://www.mashin.ru/eshop/journals/uprochnyayuwie_ tehnologii_i_pokrytiya/2025/23/ (дата обращения: 08.04.2025).
6. Dayyoub T., Kolesnikov E., Filippova O.V., Kaloshkin S.D., Telyshev D.V., Maksimkin A.V. The Influences of Chemical Modifications on the Structural, Mechanical, Tribological and Adhesive Properties of Oriented UHMWPE Films // Journal of Composites Science. 2024. № 8 (1). Р. 36. DOI: 10.3390/jcs8010036.
7. Панин С.В., Алексенко В.О., Корниенко Л.А., Буслович Д.Г., Валентюкевич Н.Н. Механические и триботехнические характеристики многокомпонентных твердосмазочных композитов на матрице сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2018. Т. 61. Вып. 11. С. 88–95. DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.11y.
8. Mohammed A.J., Mohammed A.S., Mohammed A.S. Prediction of Tribological Properties of UHMWPE/SiC Polymer Composites Using Machine Learning Techniques // Polymers. 2023. № 15 (20). P. 4057. DOI: 10.3390/polym15204057.
9. Васильев А.П., Данилова С.Н., Охлопкова А.А., Дьяконов А.А., Оконешникова А.В., Макаров И.С. Износостойкость композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с комбинированным наполнением // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 8. С. 76–82. EDN HMERXA. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-8-76-82.
10. Бурлаченко О.В., Фоменко Н.А., Ляшенко А.А., Рисунов А.Р. Исследование износостойкости и микротвердости валов в зависимости от технологических режимов обработки на основе поверхностно-пластического деформирования в переменном магнитном поле // Современные наукоемкие технологии. 2025. № 3. С. 14–19. DOI: 10.17513/snt.40318.
11. Сергеева Е.А., Абдуллин И.Ш. Влияние высокочастотного разряда пониженного давления на свойства ВВПЭ волокон // Вестник Казанского технологического университета. 2009. № 2. С. 84–89. EDN KDMYZF.
12. Saitaer X., Wang J., Gao Q., Li Y., Sun J., Cao J., Wang Y., Liu Z., Liu X. Preparation of Superhydrophobic Flame-Retardant UHMWPE Fabrics with Excellent Mechanical Stability by Simple Coating Method // Coatings. 2025. Vol. 15, Is. 4. P. 366. DOI: 10.3390/coatings15040366.
13. Сергеева Е.А., Ибатуллина А.Р., Кадыров Ф.Ф. Повышение адгезионной способности сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна с помощью плазменной обработки // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 17. С. 123–126. EDN PGQVAL.
14. Khubatkhuzin A.A., Sharifullin F.S., Shaechov M.F. Polymer Composite Materials with Dispersive Fillers Modified in a Gas Discharge // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2379, Is. 1. P. 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/2379/1/012004.
15. Букина Ю.А., Сергеева Е.А. Методы контроля качества текстильных материалов. Определение физико-механических характеристик и поверхностных свойств // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 11. С. 49–54. EDN OZOURJ.