Рынок подшипников для аэрокосмической отрасли стоимостью 12,4 миллиарда долларов
Nov 21, 2023Дневник Янкиз 1998 года, 26 июля: Берни выигрывает резиновый матч W над Уайт Сокс
Jan 02, 2024Land Rover Defender SVX 2025 года замечен на горячих кругах и может оснащаться двигателем BMW 4,4 л V8
Jun 13, 2023Присоединение 4M делает Trelleborg одним из крупнейших поставщиков уплотнений для аэрокосмической отрасли
Dec 19, 2023Обзор рынка подшипников натяжного шкива вспомогательного ремня по регионам, анализ сегментов, портфельные стратегии, развитие бизнеса и прогноз до 2029 года
Jul 17, 2023Роль гибридного нанонаполнителя GNP/Al2O3 в повышении механических и трибологических характеристик композита HDPE
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12447 (2023) Цитировать эту статью
84 доступа
Подробности о метриках
Уникальные механические свойства и износостойкость HDPE делают его альтернативой фрикционным материалам. Текущие исследования сосредоточены на использовании гибридных наночастиц с различными наполнителями для определения наилучшего содержания добавок. Были исследованы и оценены механические и трибологические характеристики. Были изготовлены образцы нанокомпозита ПЭВП, содержащие 0,5, 1,0, 1,5 и 2,0 мас.% наполнителя наночастиц (НЧ) Al2O3 и 0,5 и 1,0 мас.% графеновых нанопластинок (НЧ). Результаты показали хорошее улучшение механических и трибологических свойств композитов ПЭВП при наличии нанодобавок. Нанокомпозиты ПЭВП показали лучшие характеристики при количестве загрузки 2,0 мас.% при равном соотношении гибридных нанонаполнителей НЧ Al2O3 и ВНЧ.
Полиэтилен (ПЭ) — один из самых популярных полимеров, уникальность которого заключается в том, что он очень полезен в широком спектре областей, помимо своей экономической эффективности. Полиэтилен высокой плотности HDPE производится при соответствующих температурах и давлениях для контроля профиля пласта. Целевая цепь ПЭВП имеет линейную структуру с небольшими разветвлениями1. Многие наноматериалы используются в качестве наполнителей полиэтилена для усиления химической связи полимерной структуры. Многие нанодобавки, такие как углеродные нановолокна, углеродные нанотрубки и наночастицы Al2O3, были использованы для оценки износостойкости и коэффициента трения ПЭ-нанокомпозитов2. Как полиэтилен высокой плотности (HDPE), так и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE) широко используются в качестве подшипниковых материалов во многих отраслях промышленности. Это связано с тем, что он обладает выдающимися свойствами стойкости и низкими эффективными затратами3.
Во многих областях, таких как фрикционные материалы в автомобильной промышленности4,5, напорные трубы6 и тихоходные подшипники7, он в основном основан на ПЭВП. С другой стороны, в таких отраслях, как искусственные соединения и износные накладки, СВМПЭ используется в качестве основного материала8,9. Нанокомпозит из СВМПЭ был успешно изготовлен путем добавления экологически чистой добавки (нановолокон целлюлозы из рисовой соломы), что привело к предпочтительной механической прочности, снижению коэффициента трения и скорости износа10. В последнее время СВМПЭ больше не используется только при замене тазобедренного сустава, но также является базовым материалом для полной замены коленного сустава11,12. Численная модель была построена с использованием ANSYS и MATLAB для оценки износа эндопротеза тазобедренного сустава13. В области искусственных тазобедренных суставов полиэтилен HDPE был модифицирован для обеспечения высокой износостойкости и низкой силы трения14,15. Кроме того, СВМПЭ достигает скорости износа всего 0,25 мм/год, что помогает контролировать проблемы с искусственным тазобедренным суставом9.
В последние десятилетия в мире наблюдается тенденция к разработке и улучшению свойств полимеров. Это привело к тому, что нанонаполнители играют выдающуюся роль в повышении износостойкости и прочности материала16,17,18,19. Было проведено несколько исследований по улучшению трибологических и механических свойств ПЭВП путем объединения его с различными наноматериалами, такими как углеродные нанотрубки (УНТ)20,21 или оксид графена22,23,24. Наночастицы Al2O3 являются превосходным наполнителем в матрице полиэтилена, поскольку они имеют низкую стоимость и помогают улучшить трибологические и механические характеристики композита5,25. Сообщалось, что НЧ Al2O3 с низким содержанием нагрузки применялись в качестве наполнителя для улучшения трибологических характеристик. HDPE был армирован 0,1. 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 мас.% НЧ Al2O3. Нанокомпозиты проявляют хорошую реакцию благодаря добавлению НЧ Al2O3. При этом коэффициент трения снизился на 11%, а твердость увеличилась на 9,1%5. Включение наночастиц Al2O3 в СВМПЭ играет жизненно важную роль в ингибировании окисления и повышении износостойкости26. В то время как жесткость, устойчивость к росту трещин и высокая ударопрочность были явно улучшены для ПЭВП, армированного наночастицами CaCO327. МУНТ считаются типичным наполнителем полимерной матрицы, который играет заметную роль в изменении механических и трибологических свойств и способствует увеличению срока службы28,29. В качестве наполнителя ПЭВП были приняты составы 0,2–2,0 мас.% МУНТ. Результаты показали, что скорость изнашивания композитов снижается с увеличением содержания МУНТ20. Кроме того, для изменения характеристик трения нанокомпозитов на основе HDPE были добавлены наноалмазы ND, MWCNT и графеновые нанопластинки GNP. Композиты HDPE/ND демонстрируют отличные характеристики износа по сравнению с чистым HDPE30. Можно сделать вывод, что реакция сцепления между наполнителем и матрицей ПЭВП приводит к улучшению модуля сдвига и износостойкости. Нанокомпозиты МУНТ/ПЭВП были приняты с содержанием загрузки 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 и 2,5 мас.%. Механические свойства нанокомпозитов возрастают с увеличением содержания загрузки до 2,0 мас.%. Нанокомпозит МУНТ/ПЭВП с содержанием 2,0 мас.% показал наилучшие трибологические характеристики31.