ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА ДЛЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ

Исследование демонстрирует значительное влияние облучения электронным пучком на трибологические и механические свойства политетрафторэтилена (ПТФЭ). Облучение электронным пучком, метод, использующий электроны высокой скорости для модификации свойств материала, было применено к ПТФЭ с целью потенциального улучшения его износостойкости и механической твердости, что особенно важно для применения в условиях повышенного износа. В ходе экспериментов образцы ПТФЭ облучали различными дозами и оценивали их износостойкость, микротвердость и шероховатость поверхности после облучения. Результаты трибологических испытаний показали заметное улучшение износостойкости и микротвердости с увеличением доз облучения. В частности, облученные образцы продемонстрировали уменьшение объема износа и улучшенные поверхностные характеристики по сравнению с необлученным образцом. Облученный образец (ПТФЭ-2) показал наибольшую стойкость к абразивному износу и значительное повышение твердости поверхности, что свидетельствует о том, что облучение электронным пучком эффективно укрепляет материал, вызывая сшивание и другие структурные изменения в полимерной матрице. Кроме того, были выявлены изменения шероховатости поверхности. Облученные образцы показали измененные параметры, что способствовало повышению их износостойкости. Эти изменения объясняются физико-химическими преобразованиями, вызванными воздействием электронного пучка, которые модифицируют поверхностные и подповерхностные области полимера. Данное исследование подтверждает, что облучение электронным пучком является эффективным методом для улучшения механических и трибологических свойств ПТФЭ, делая его более подходящим для высокотехнологичных инженерных применений, где необходимы высокая прочность и устойчивость к экстремальным условиям. Полученные результаты открывают новые перспективы для использования ПТФЭ в секторах, требующих высокой производительности, расширяя его применение за пределы традиционных областей.

1. Mukhtar N.Z.F. A Study on Commercial Polytetrafluoroethylene as a High Potential Polymer / N.Z.F. Mukhtar, M. Rusop, S. Abdullah // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 832. – P. 543-546.

2. Kameda T. Polytetrafluoroethylene (PTFE): A resin material for possible use in dental prostheses and devices / T. Kameda, K. Ohkuma, S. Oka // Dental Materials Journal. – 2019. – Vol. 38, № 1. – P. 136-142.

3. Jones M. PTFE plain bearings / M. Jones // Industrial Lubrication and Tribology. – 1996. – Vol. 48, № 6. – P. 10-12. https://doi.org/10.1108/EUM0000000004131.

4. Chemical structure and physical properties of radiation-induced crosslinking of polytetrafluoroethylene / A. Oshima et al // Radiation Physics and Chemistry. – 2001. – Vol. 62, № 1. – P. 39-45.

5. Blanchet T.A. Wear resistant irradiated FEP/unirradiated PTFE composites / T.A. Blanchet, Y.L. Peng // Wear. – 1998. – Vol. 214, № 2. – P. 186-191.

6. Oshima A. Application of radiation-crosslinked polytetrafluoroethylene to fiber-reinforced composite materials / A. Oshima, A. Udagawa, Y. Morita // Radiation Physics and Chemistry. – 2001. – Vol. 60, № 4-5. – P. 467-471.

7. Tribological properties of radiation cross-linked polytetrafluoroethylene sheets / Z. Tang et al // Wear. – 2010. – Vol. 269, № 5-6. – P. 485-490.

8. Lappan U. Electron beam irradiation of polytetrafluoroethylene in vacuum at elevated temperature: an infrared spectroscopic study / U. Lappan, U. Geißler, K. Lunkwitz // Journal of Applied Polymer Science. – 1999. – Vol. 74, № 6. – P. 1571-1576.

9. Dhanumalayan E. Performance properties and applications of polytetrafluoroethylene (PTFE)— a review / E. Dhanumalayan, G.M. Joshi // Advanced Composites and Hybrid Materials. – 2018. – Vol. 1. – P. 247-268.

10. Puts G.J. Polytetrafluoroethylene: synthesis and characterization of the original extreme polymer / G.J. Puts, P. Crouse, B.M. Ameduri // Chemical Reviews. – 2019. – Vol. 119, № 3. – P. 1763-1805.

11. Perfluoropolyether–tetrafluoroethylene (PFPE–TFE) block copolymers: An innovative family of fluorinated materials / M. Avataneo et al // Journal of Fluorine Chemistry. – 2011. – Vol. 132, № 11. – P. 885-891.

12. Teng H. Overview of the development of the fluoropolymer industry / H. Teng // Applied Sciences. – 2012. – Vol. 2, № 2. – P. 496-512.

13. High temperature ion beam erosion of polytetrafluoroethylene / М. Adami et al // Thin Solid Films. – 2004. – Vol. 459, № 1-2. – P. 318-322.

14. Pinkerton D.M. Polytetrafluoroethylene: Effects of γ‐radiation on fine structure / D.M. Pinkerton, K.R.L. Thompson // Journal of Polymer Science Part A‐2: Polymer Physics. – 1972. – Vol. 10, № 3. – P. 473-488.

15. Improved thermal stability of crosslinked PTFE using fluorine gas treatment / J.H. Kim et al // Journal of Fluorine Chemistry. – 2008. – Vol. 129, № 7. – P. 654-657.

16. Plasma immersion ion implantation of poly (tetrafluoroethylene) / T.L. Schiller et al // Surface and Coatings Technology. – 2004. – Vol. 177. – P. 483-488.

17. Effects of the fraction of PTFE and film thickness on wear and friction in an ePTFE and epoxy composite solid lubricant coating / N.L. McCook et al // World Tribology Congress. – 2005. – Vol. 42029. – P. 929-930.

18. Wear properties of PTFE polymer coated carbon steel using atmospheric and RF low pressure plasma / H.V. Ozkavak et al // IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS). – 2013. – P. 1-1.

19. Formation of protective composite coatings with the use of SPTFE suspensions / K.V. Nadaraia et al // AIP Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 1874.

20. Huang C.Y. The effect of interface modification between POM and PTFE on the properties of POM/PTFE composites / C.Y. Huang, C.I. Tseng // Journal of Applied Polymer Science. – 2000. – Vol. 78, № 4. – P. 800-807.

21. Markova, M.A. Development of wear-resistant materials based on polytetrafluoroethylene and carbon fibers of UVIS-AK-P brand / M.A. Markova, P.N. Petrova // In Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 945. – Р. 327-332.

22. Gangal S.V. Perfluorinated polymers. / S.V. Gangal // Kirk‐Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. – 2000.

23. Manufacturing technology of composite materials—principles of modification of polymer composite materials technology based on polytetrafluoroethylene / А. Panda et al // Materials. – 2017. – № 10(4). – Р. 377.

24. Puts G.J. Polytetrafluoroethylene: synthesis and characterization of the original extreme polymer / G.J. Puts, P. Crouse, B.M. Ameduri // Chemical reviews. – 2019. – № 119(3). – Р. 1763- 1805.

25. Comparative Study on the Frequency and Wear of Thermoplastic Polymeric Materials Based on PTFE / I.C. Petre et al // Mater. – 2021. – Plast 58(2).

26. Khan M.S. PTFE-based rubber composites for tribological applications / M.S. Khan, G. Heinrich // Advanced Rubber Composites. – 2011. – Р. 249-310.

27. The effect of irradiation on mechanical and thermal properties of selected types of polymers / D. Manas et al // Polymers. –2018. – № 10(2). – Р. 158.

28. Effects of Electron Beam Irradiation on Mechanical and Tribological Properties of PEEK / B. Kurbanova et al // Polymers. – 2023. – № 15(6). – Р. 1340.

29. Novel organic material induced by electron beam irradiation for medical application / А. Barylski et al // Polymers. – 2020. – № 12(2). – Р. 306.

30. Nakamura S. Influence of electron beam irradiation on the mechanical and thermal properties of polypropylene/polyamide6 blends / S. Nakamura, K. Tokumitsu, T. Yamaguchi // Journal of Applied Polymer Science. – 2013. – № 130(6). – Р. 4318-4326.

31. The effect of high-energy ionizing radiation on the mechanical properties of a melamine resin, phenol-formaldehyde resin, and nitrile rubber blend / I. Kopal et al // Materials. – 2018. – № 11(12). – Р. 2405.

32. Effects of electron beam irradiation on mechanical properties and nanostructural–morphology of montmorillonite added polyvinyl alcohol composite / S.T. Bee et al // Composites Part B: Engineering. – 2014. – № 63. – Р. 141-153.

33. Electron beam induced surface modifications of PET film / A.A. El-Saftawy et al // Radiation Physics and Chemistry. – 2014. – № 102. – Р. 96-102.

34. Study of structural, surface energies, and tribomechanical properties of thermoplastics irradiated by electron beam / B. Rakhadilov et al // Materials Research Express. – 2024. – № 11(8). – Р. 085307.

35. Effect of electron irradiation on mechanical, tribological and thermal properties of polytetrafluoroethylene / K.D. Ormanbekov et al // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – 2023. – № 7(4). – Р. 221-231.

36. Influence of the gamma irradiation dose on tribological property of polytetrafluoroethylene / L. Chai et al // Tribology International. – 2020. – Т. 144. – С. 106094.

37. Abdou S.M. Characterization of structural modifications in poly-tetra-fluoroethylene induced by electron beam irradiation / S.M. Abdou, R.I. Mohamed // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2002. – Т. 63, № 3. – Р. 393-398.

38. Mechano-chemical properties of electron beam irradiated polyetheretherketone / N. Almas et al // Polymers. – 2022. – Т. 14, № 15. – Р. 3067.

39. The impact of non-vacuum electron beam treatment on the structure and properties of ultra-high molecular weight polyethylene / Z.B. Sagdoldina et al // Bulletin of the Karaganda University «Physics Series» – 2020. – Т. 97, № 1. – Р. 35-41.

40. Mechanical properties and the evolution of matrix molecules in PTFE upon irradiation with MeV alpha particles / G.L. Fisher et al // Applied Surface Science. – 2006. – Т. 253, № 3. – Р. 1330-1342.

41. Comparative study on microstructure, mechanical, and tribological property of gamma‐irradiated polytetrafluoroethylene, polyetheretherketone, and polyimide polymers / L. Chai et al // Surface and Interface Analysis. – 2022. – № 54(1). – Р. 13-24.

42. Effect of electron beam treatment in air on surface properties of ultra-high-molecular-weight polyethylene / I.Y. Grubova et al // Journal of Medical and Biological Engineering. – 2016. – Т. 36. – Р. 440-448.

43. McRae M.A. Infrared spectroscopic studies on polyethylene, 4. The examination of drawn specimens of varying stress crack resistance / M.A. McRae, W.F. Maddams // Die Makromolekulare Chemie: Macromolecular Chemistry and Physics. – 1976. – Т. 177, № 2. – Р. 473-484.