Bbabo NET

Vetenskap & Teknik Nyheter

Forskare har utvecklat en komposittillverkningsmetod för att skapa smörjfria lager

Forskare har uppnått bättre vidhäftning mellan lager av polymer- och metallmaterial genom att behandla de förstnämnda med syror och "sy" cellulosamolekyler till dem. Detta tillvägagångssätt kommer att göra det möjligt att skapa kompositmaterial för olika produkter: från endoproteser till element av rörliga metallstrukturer, till exempel billager. Resultaten av studien, med stöd av ett anslag från presidentprogrammet för Russian Science Foundation (RSF), publicerades i Journal of Composites Science.

Polyeten med ultrahög molekylvikt används alltmer i olika kompositmaterial - det vill säga bestående av flera komponenter - material. Den kallas "framtidens polymer" för sina unika mekaniska och funktionella egenskaper: biokompatibilitet, låg torrfriktionskoefficient, hög slitstyrka och kemisk tröghet, det vill säga oförmågan att reagera med andra ämnen. Tack vare denna uppsättning egenskaper används den inom medicin för produktion av implantat och endoprotetiska foder, inom industrin - för att skapa glidlager, foder av metallurgiska skänkar, såväl som i många andra områden. Dessutom gör kompositer baserade på en sådan polymer det möjligt att eliminera smörjmedel som förorenar miljön.

Tidigare har forskare från Sechenov University (Moskva) och NUST MISIS (Moskva) utvecklat en teknik för att producera höghållfast och slitstark polyeten med ultrahög molekylvikt från kommersiellt tillgängliga komponenter med hjälp av orienteringsritning. Denna process gör det möjligt att uppnå omarrangemang av både molekylkedjorna i själva polymeren och de supramolekylära strukturerna. Studier har visat att sträckning spelar en viktig roll för att förbättra polymerens glidning. Det kommer dock inte att vara möjligt att använda polyetenband som erhållits på detta sätt för att bilda en glidyta på egen hand; för att göra detta måste du fästa dem på ett substrat av andra material, inklusive metaller.

"Den huvudsakliga metoden för att sammanfoga polyeten med ultrahög molekylvikt med metaller är termisk pressning, det vill säga kompression vid höga temperaturer. Upphettning av polymeren över 100°C leder emellertid till förlust av dess unika struktur och följaktligen alla dess egenskaper. Därför skulle den bästa lösningen för att limma polymertejp till en metallyta vara limning med lim - ämnen som ger ytvidhäftning - utan exponering för höga temperaturer", säger projektledare Tarek Dayyub, kandidat för fysikaliska och matematiska vetenskaper, seniorforskare vid Sechenov University , assistentavdelning fysikalisk kemi NUST MISIS.

Nu har forskare utvecklat ett sätt att modifiera ytan på UHMWPE-tejper för att förbättra materialets förmåga att binda till metallytor. Processen omfattar två steg. Först förbehandlas ytan på banden med en blandning av syror. I det andra steget ympas cellulosa med hjälp av ultraviolett strålning.

Mekanisk testning visade att avdragningshållfastheten hos polymertejp med metallbaksida som behandlats på detta sätt ökade tre gånger jämfört med obehandlade tejper. Forskning visade också att materialets draghållfasthet minskade med endast 6 % och att känsligheten för nötning och slitage praktiskt taget inte ökade.

"Den föreslagna metoden för att modifiera ytan av polyeten med ultrahög molekylvikt gör det möjligt att öka dess vidhäftningsegenskaper tre gånger, samtidigt som materialets mekaniska egenskaper reduceras något. Dessutom är cellulosaympning med ultraviolett strålning lovande på grund av den låga kostnaden för processen och dess höga effektivitet”, betonade en deltagare i projektet som stöddes av ett anslag från Russian Science Foundation, medförfattare till artikeln Alexey Maksimkin, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, chef för laboratoriet för kontrollerade bioniska system vid Sechenov-universitetet.

De utvecklade polyetenbanden med ultrahög molekylvikt har låg friktionskoefficient, hög slitstyrka och styrka. Baserat på sådana band kan en hal friktionsyta lätt bildas, till exempel för att flytta metallkonstruktioner. Och appliceringen av sådana polymerband på glidlagertappen kommer att göra det möjligt att designa lager som arbetar under torra friktionsförhållanden och under höga belastningar.

Forskare har utvecklat en komposittillverkningsmetod för att skapa smörjfria lager