Влияние концентрации фуллеренов на триботехнические характеристики пленок из полиметилметакрилата при испытании по схеме «палец—диск»

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.

1. Ayesha Kausar. Poly (methyl methacrylate)/Fullerene Nanocomposite—Factors and Applications // Polymer-Plastics Technology and Materials. — 2022 (61), no. 6, 593—608

2. Geim A.K. and Novoselov K.S. The Rise of Graphene // Nature Materials. — 2007 (6), 183—191

3. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. — М.: Физматкнига. — 2006

4. Hirsch A. Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes // Angew. Chem. Int. Ed. — 2002 (41), 1853—1859

5. Dittrich 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—1505

6. Hattemer G.D. and Arya G. Viscoelastic Properties of Polymer-Grafted Nanoparticle Composites from Molecular Dynamics Simulations // Macromolecules. — 2015 (48), 1240—1255

7. Wang Z., Yang T., Wang Z., Chai G., and Zhang X. Polymethyl Methacrylate/Carbon Nanotube Composites // Fire Sci. Technol. — 2018 (37), 655—657

8. Meesorn 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—2374

9. Sanz A., Wong H.C., Nedoma A.J. et al. Influence of C60 Fullerenes on the Glass Formation of Polystyrene // Polymer. — 2015 (68), 47—56

10. Kropka J.M., Putz K.W., Pryamitsyn V. et al. Origin of Dynamical Properties in PMMA-C60 Nanocomposites // Macromolecules. — 2007 (40), 5424—5432

11. Shilov 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—730

12. Gabriela 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, e55079

13. Богданов А.А. Процессы агрегации фуллерена С60 в композитах полимер-фуллерен // Физика твердого тела. — 2020 (62), № 2, 302—306

14. 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—1548

15. 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—500