Повышение износостойкости полимерных образцов с пористой структурой, изготовленных с использованием 3D-печати

В статье рассматривается проблема повышения износостойкости материалов. Основная цель работы заключалась в экспериментальном обосновании эффективности применения пористых полимерных структур, полученных методом 3D-печати и пропитанных смазочным материалом, для улучшения триботехнических характеристик за счёт удержания смазки в порах без химического взаимодействия с материалом основы. Были изготовлены экспериментальные образцы из двух типов полимеров — полилактида (ПЛА) и акрилонитрилбутадиенстирола (АБС), имеющих плотность заполнения 90 %. Затем образцы были пропитаны индустриальным маслом марки И-20 и испытаны на установке трения СМТ-1 согласно стандартной методике. Параллельно изучалась макроскопическая структура образцов с помощью оптического микроскопа. Установлено, что пропитка образцов индустриальным маслом привела к улучшению триботехнических характеристик по сравнению с трением без смазки. Однако, у образцов из ПЛА пластика наблюдалось снижение коэффициента трения примерно на 12 %, тогда как для образцов из АБС сокращение составило порядка 60 %. Это связано с особенностями распределения смазочного материала в пористой структуре полимеров. Несмотря на то, что в образце из ПЛА пластика масса масла была на 38 % больше по сравнению с АБС пластиком, оно находилось в связанном состоянии, что препятствовало его выделению в области трения. Для трения образца из ПЛА пластика величина коэффициента трения была сопоставима с таковой при смазке из смазочной ванны.

Полученные результаты показывают, что внедрение пористых структур, создаваемых методами 3D-печати, с последующей пропиткой смазочным материалом представляет собой эффективный способ снижения износа и повышения эксплуатационных характеристик полимерных материалов.

1. Prehn R., Haupert F., and Friedrich K. Sliding Wear Performance of Polymer Composites under Abrasive and Water Lubricated Conditions for Pump Applications // Wear. — 2005 (259), no. 1-6, 693—696

2. Chen Song, Jian Li, Lei Wei, Yongliang Jin, Hongfei Shang, Meng Hua, and Haitao Duan. Tribological Properties of Polyimide-Modified UHMWPE for Bushing Materials of Seawater Lubricated Sliding Bearings // Tribology International. — 2017 (115), 470—476

3. Conglin Dong, Lichun Shi, Lvzhou Li, Xiuqin Bai, Chengqing Yuan, and Yu Tian. Stick-Slip Behaviours of Water Lubrication Polymer Materials under Low Speed Conditions // Tribology International. — 2017 (106), 55—61

4. Гончарова Ю.А. Исследование механических свойств композиционного материала на основе 3D-печатных каркасов, наполненных полимерным компаундом // Агроинженерия. — 2022 (24), № 2, 65—70. DOI: 10.26897/2687-1149-2022-2-65-70

5. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). — М.: Издательство МСХА. — 2001

6. Opran C.G., Pricop M., and Teodoru C. Research Regarding Adaptive Design of Gear Pumps Used for Polymeric Products Engineering // Applied Mechanics and Materials. — 2015 (760), 601—606

7. Stansbury J.W. and Idacavage M.J. 3D Printing with Polymers: Challenges Among Expanding Options and Opportunities // Dental materials. — 2016 (32), no. 1, 54—64

8. Quanjin Ma, Ke Dong, Feirui Li, Qinyin Jia, Jing Tian, Ming Yu, and Yi Xiong. Additive Manufacturing of Polymer Composite Millimeter-Wave Components: Recent Progress, Novel Applications, and Challenges // Polymer Composites. — 2025 (46), no. 1, 14—37

9. Топоров А.В., Зарубин В.П., Киселев В.В., Топорова Е.А. Перспективы применения элементов трения, изготавливаемых с использованием технологии 3D печати // Пожарная и аварийная безопасность. — 2024, № 2(33), 77—85. EDN: DKLCPS

10. Kiselev V.V., Toporov A.V., and Ivanov V.E. Reducing Wear of Gear Teeth in Power Takeoff Devices of Fire Trucks by Using Metal Plaque Addi-tives // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. — 2025 (54), no. 4, 385—389. DOI: 10.1134/S1052618825700190. EDN: FJMYNF