fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2025-46-5-494-501fwj-97Research ArticleСтатьиВлияние концентрации фуллеренов на триботехнические характеристики пленок из полиметилметакрилата при испытании по схеме «палец—диск»Effect of Fullerene Concentration on Tribological Characteristics of Polymethylmethacrylate Films during Finger-Disc TestingИвановаГ. В.IvanovaG. V.

вн. тер. г. муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29 литера Б, г. Санкт-Петербург 195251

Polytechnicheskaya, 29, St. Petersburg 195251

СкотниковаМ. А.SkotnikovaM. A.

вн. тер. г. муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29 литера Б, г. Санкт-Петербург 195251

Polytechnicheskaya, 29, St. Petersburg 195251

skotnikova@mail.ruЕвсинМ. Г.EvsinM. G.

вн. тер. г. муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29 литера Б, г. Санкт-Петербург 195251

Polytechnicheskaya, 29, St. Petersburg 195251

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202529092026465494501Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/97

Проведены сравнительные физико-механические и триботехнические исследования влияния на трение скольжения различного содержания фуллеренов C60 в полимерных плёнках из полиметилметакрилата (ПММА) при испытании по схеме «палец—диск». Показано, что увеличение концентрации фуллеренового модификатора до 1 % приводит к снижению шероховатости поверхности на нано-уровне и коэффициента трения ПММА в паре со сплавом алюминия Д16. С увеличением концентрации фуллеренов С60 в полимерных плёнках до 3 % происходит их коагуляция, формирование неоднородно распределённых наноконцентраторов диаметром порядка 150 нм. При этом, триботехнические характеристики полимерных плёнок ухудшаются. Коэффициент трения ПММА в паре со сплавом алюминия Д16 возрастает, по сравнению с исходным состоянием. С увеличением содержания фуллерена С60 в полимерных плёнках, увеличиваются их плотность и микротвердость, появляется и однозначно усиливается бордовый цвет. При трении ПММА в исходном состоянии (без добавления С60) в паре со сплавом алюминия Д16, были обнаружены, протекающие адгезионные процессы, и как следствие — перенос алюминия на полимерную плёнку с повышением коэффициента трения. Исследованные плёнки оказались неоднородными по составу и свойствам, подвергнутыми короблению, с недостаточным диспергированием материала на наноуровне.

Comparative physical and mechanical and tribotechnical studies of the effect of various C60 fullerene contents in polymethylmethacrylate (PMMA) polymer films on sliding friction have been carried out during Finger-Disc testing. It is shown that an increase in the concentration of the fullerene modifier to 1 % leads to a decrease in surface roughness at the nanoscale and the coefficient of friction of PMMA paired with aluminum alloy D16. As the concentration of C60 fullerenes in polymer films increases to 3 %, they coagulate and form inhomogeneously distributed nano-concentrators with a diameter of about 150 nm. At the same time, the tribological properties of polymer films deteriorate. The coefficient of friction of PMMA paired with aluminum alloy D16 increases compared to the initial state. With an increase in the content of fullerene C60 in polymer films, their density and microhardness increase, and the burgundy color appears and unambiguously increases. When PMMA was rubbed in its initial state (without the addition of C 60) in combination with aluminum alloy D16, adhesive processes were detected, and as a result, aluminum was transferred to the polymer film with an increase in the coefficient of friction. The studied films turned out to be heterogeneous in composition and properties, subjected to warping, with insufficient dispersion of the material at the nanoscale.

трибологические испытанияполимерные плёнкифуллерен C60плотностьмикротвердостьtribological testspolymer filmsfullerene C60densitymicrohardnessReferencesAyesha Kausar. Poly (methyl methacrylate)/Fullerene Nanocomposite—Factors and Applications // Polymer-Plastics Technology and Materials. — 2022 (61), no. 6, 593—608Ayesha Kausar. Poly (methyl methacrylate)/Fullerene Nanocomposite—Factors and Applications // Polymer-Plastics Technology and Materials. — 2022 (61), no. 6, 593—608Geim A.K. and Novoselov K.S. The Rise of Graphene // Nature Materials. — 2007 (6), 183—191Geim A.K. and Novoselov K.S. The Rise of Graphene // Nature Materials. — 2007 (6), 183—191Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. — М.: Физматкнига. — 2006Rakov E.G. Nanotrubki i fullereny. — M.: Fizmatkniga. — 2006 (in Russian)Hirsch A. Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes // Angew. Chem. Int. Ed. — 2002 (41), 1853—1859Hirsch A. Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes // Angew. Chem. Int. Ed. — 2002 (41), 1853—1859Dittrich B. and Wartig K.A. Flame Retardancy Through Carbon Nanomaterials: Carbon Biack, Multiwall Nanotubes, Expanded Graphite, Multi-Layer Graphene and Graphene in Polypropylene // Polym. Degrad. Stab. — 2013 (98), 1495—1505Dittrich B. and Wartig K.A. Flame Retardancy Through Carbon Nanomaterials: Carbon Biack, Multiwall Nanotubes, Expanded Graphite, Multi-Layer Graphene and Graphene in Polypropylene // Polym. Degrad. Stab. — 2013 (98), 1495—1505Hattemer G.D. and Arya G. Viscoelastic Properties of Polymer-Grafted Nanoparticle Composites from Molecular Dynamics Simulations // Macromolecules. — 2015 (48), 1240—1255Hattemer G.D. and Arya G. Viscoelastic Properties of Polymer-Grafted Nanoparticle Composites from Molecular Dynamics Simulations // Macromolecules. — 2015 (48), 1240—1255Wang Z., Yang T., Wang Z., Chai G., and Zhang X. Polymethyl Methacrylate/Carbon Nanotube Composites // Fire Sci. Technol. — 2018 (37), 655—657Wang Z., Yang T., Wang Z., Chai G., and Zhang X. Polymethyl Methacrylate/Carbon Nanotube Composites // Fire Sci. Technol. — 2018 (37), 655—657Meesorn W., Shirole A., Vanhecke D. et al. A Simple and Versatile Strategy to Improve the Mechanical Properties of Polymer Nanocomposites with Cellulose Nanocrystals // Macromolecules. — 2017 (50), 2364—2374Meesorn W., Shirole A., Vanhecke D. et al. A Simple and Versatile Strategy to Improve the Mechanical Properties of Polymer Nanocomposites with Cellulose Nanocrystals // Macromolecules. — 2017 (50), 2364—2374Sanz A., Wong H.C., Nedoma A.J. et al. Influence of C60 Fullerenes on the Glass Formation of Polystyrene // Polymer. — 2015 (68), 47—56Sanz A., Wong H.C., Nedoma A.J. et al. Influence of C60 Fullerenes on the Glass Formation of Polystyrene // Polymer. — 2015 (68), 47—56Kropka J.M., Putz K.W., Pryamitsyn V. et al. Origin of Dynamical Properties in PMMA-C60 Nanocomposites // Macromolecules. — 2007 (40), 5424—5432Kropka J.M., Putz K.W., Pryamitsyn V. et al. Origin of Dynamical Properties in PMMA-C60 Nanocomposites // Macromolecules. — 2007 (40), 5424—5432Shilov M.A., Smirnova A.I., Gvozdev A.A. et al. Rheology of Greases with Additives of Carbon Nanostructures of Various Types // Friction and Wear. — 2020 (40), № 6, 720—730Shilov M.A., Smirnova A.I., Gvozdev A.A. et al. Rheology of Greases with Additives of Carbon Nanostructures of Various Types // Friction and Wear. — 2020 (40), № 6, 720—730Gabriela Lisa, Cerasela-Ionela Cleminte, and Tsuyoshi Michinobu. Thermal Stability and Degradation Mechanism of C60 Fullerene-Based Polymers // Journal of Applied Polymer Science. — 2024 (141), no. 11, e55079Gabriela Lisa, Cerasela-Ionela Cleminte, and Tsuyoshi Michinobu. Thermal Stability and Degradation Mechanism of C60 Fullerene-Based Polymers // Journal of Applied Polymer Science. — 2024 (141), no. 11, e55079Богданов А.А. Процессы агрегации фуллерена С60 в композитах полимер-фуллерен // Физика твердого тела. — 2020 (62), № 2, 302—306Bogdanov A.A. Prosessy agregatsii fullerena С60 v kompozitah polimer-fulleren // Fizika tverdogo tela. — 2020 (62), № 2, 302—306 (in Russian)Троицкий Б.Б., Хохлова Л.В., Конев А.Н. Температурные и концентрационные пределы для фуллеренов С60 и С70 как ингибиторов деструкции полимеров // Высокомолекулярные соединения А. — 2004 (46), № 9, 1541—1548Troitskij B.B., Hohlova L.V., Konev A.N. Temperaturnye i kontsentratsionnye predely dlja fullerenov С60 i С70 kak ingibitorov destruktsii polimerov // Vysokomolekuljarnye soedinenija A. — 2004 (46), № 9, 1541—1548 (in Russian)Федоровский Т.Д., Гинз6ург Б.М., Скотникова М.А. и др. Экспериментальное изучение физико-механических свойств композитных пленок из полиметилметакрилата с добавками фуллерена С60 // Сб. трудов «Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов». — СПб. — 2009, 491—500Fedorovskij T.D., Ginz6urg B.M., Skotnikova M.A. i dr. Eksperimental'noe izuchenie fiziko-mehanicheskih svojstv kompozitnyh plenok iz polimetilmetakrilata s dobavkami fullerena S60 // Sb. trudov “Matematicheskoe modelirovanie v mehanike deformiruemyh tel i konstruktsij. Metody granichnyh i konechnyh elementov”. — SPb. — 2009, 491—500 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.