Молекулярные механизмы изнашивания полиоксиметилена

Исследованы трение и износ полиоксиметилена относительно полиоксиметилена и полиэфирэфиркетона. Показано, что в гомогенной паре трения полиоксиметилен-полиоксиметилен износ экспоненциально возрастает при увеличении контактного давления и скорости скольжения. В гетерогенной паре трения полиэфирэфиркетон-полиоксиметилен изнашивание полиоксиметилена существенно ниже и мало зависит от скорости скольжения и давления на контакте. Методом масс-спектрометрии показано, что в паре трения полиэфирэфиркетон-полиоксиметилен образование продуктов трибодеструкции макромолекул не наблюдается, в отличие от термодинамически совместимой пары полиоксиметилен-полиоксиметилен. В паре полиоксиметилен-полиоксиметилен продукты трибодеструкции полиоксиметилена регистрируются, причём кинетика их образования прямо коррелирует с ростом силы трения уже при мощности трения на уровне 10^–2 МПа·м/c. Различия в износе проинтерпретированы как следствие взаимопроникновения макромолекул через границу раздела пары полиоксиметилен-полиоксиметилен и их разрывов в поле сдвига. Термоактивированное взаимопроникновение макромолекул визуализировано методом молекулярной динамики. Разработанный подход и получаемые им результаты будут полезны для детального исследования молекулярных механизмов трения и изнашивания практически используемых полимеров и их композитов.

1. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трение, смазка и износ: физические основы и технические при-ложения трибологии. — Москва: Физматлиб. — 2007

2. Bin-Bin Jia, Xu-Jun Liu, Pei-Hong Cong, and Tong-Sheng Li. An Investigation on the Relation-ships between Cohesive Energy Density and Tribo-logical Properties for Polymer-Polymer Sliding Com-binations // Wear. — 2008 (264), nos. 7-8, 685—692. DOI: 10.1016/j.wear.2007.06.004

3. Laux K.A. and Schwartz C.J. Effects of Contact Pressure, Molecular Weight, and Supplier on the Wear Behavior and Transfer Film of Polyether-etherketone (PEEK) // Wear. — 2013 (297), nos. 1–2, 919—925. DOI: 10.1016/j.wear.2012.11.013

4. Sivebaek I.M., Samoilov V.N., and Persson B.N.J. Frictional Properties of Confined Polymers // Eur. Phys. J. — 2008, no. 27, 37—46. DOI: 10.1140/epje/i2008-10349-8

5. Поздняков А.О. Образование продуктов де-струкции макромолекул при трении полимера по полимеру // Письма ЖТФ. — 2023 (49), № 10, 17—20. DOI: 10.21883/PJTF.2023.10.55428.19537

6. Eds. Friedrich K. and Schlarb A.K., Tribology of Polymeric Nanocomposites (First Edition). — But-terworth-Heinemann. — 2008

7. Поздняков А.О., Чернышов М.И., Семен-ча А.В., Николаев В.И., Кобыхно И.А., Фадин Ю.А. Прибор для регистрации параметров тре-ния // Изв. вузов. Приборостроение. — 2020 (63), № 10, 950—955. DOI: 10.17586/0021-3454-2020-63-10-950-955

8. Седакова Е.Б., Козырев Ю.П., Влияние фрикци-онного переноса в паре трения полимер-сталь на трибологические свойства политетрафторэтиле-на при разных контактных температурах // Вестник машиностроения. — 2017, № 7, 45—47

9. Persson B.N.J. Sliding Friction, Phys. Principles and Applications, 2nd ed. — Springer. — 2000

10. Brandrup J., Immergut E.H., and Grulke E.A. Polymer Handbook, 2 Volumes Set, 4th ed. — J. Wiley and Sons. — 1989

11. Conte M., Pinedo B., and Igartua A. Frictional Heating Calculation Based on Tailored Experi-mental Measurements // Tribology International. — 2014 (74), 1—6. DOI: 10.1016/j.triboint.2014.01.020

12. Mergler Y.J., Schaake R.P., and Huis in’t Veld A.J., Material Transfer of POM in Sliding Con-tact // Wear. — 2004 (256), nos. 3-4, 294—301. DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00410-1

13. Samyn P., and De Baets P. Friction and Wear of Acetal: A Matter of Scale // Wear. — 2005 (259), 697—702. DOI: 10.1016/j.wear.2005.02.055

14. Поздняков А.О., Гинзбург Б.М., Лишевич И.В., Попов Е.О., Поздняков О.Ф. Масс-спектрометрические исследования трения поли-меров // Вопросы Материаловедения. — 2013, № 4(72), 265—274

15. Sawada H. Thermodynamics of Polymerization. — New York: Marcel Dekker. — 1976

16. Rigby D., Sun H., and Eichinger B.E. Computer Simulations of Poly (Ethylene Oxide): Force Field, PVT Diagram and Cyclization Behaviour // Polymer International. — 1997 (44), 311—330. DOI: 10.1002/(SICI)1097-0126(199711)44:3<311::AID-PI880>3.0.CO;2-H

17. Привалко В.П. О температуре стеклования по-литетрафторэтилена и полиоксиметилена // Вы-сокомолекуляр. соединения A. — 1976 (18), № 6, 1213

18. Li S. and Sedakova E.B. Application of Molecular Dynamic Modeling to Study the Structural Changes During Adhesive Wear of Polytetrafluoroethylene and Its Composite // In: Evgrafov A.N. (Ed.) Ad-vances in Mechanical Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. — Springer, Cham. — 2022, 70—77. DOI: 10.1007/978-3-030-91553-7_8

19. Islam K., Saha S., and Masud A.K.M. Molecular Dynamics Simulation of the Mechanical Properties of CNT-Polyoxymethylene Composite with a Reac-tive Force Field // J. Molecular Simulation. — 2020 (46), no. 5, 380—387. DOI: 10.1080/08927022.2020.1711904

20. Chen N., Maeda N., Tirrell M., and Israelachvili J. Adhesion and Friction of Polymer Surfaces: The Ef-fect of Chain Ends // Macromolecules. — 2005 (38), no. 8, 3491—3503. DOI: 10.1021/ma047733e