AP13068529 "Машина жасауда қолданылатын полимерлік материалдарды электронды-сәулелік модификациялау технологиясын жасау"

Жоба жетекшісі: Мұхамедов Нұржан Еролұлы, PhD, - жоба жетекшісі ORCID ID - 0000-0002-6672-180X

Өзектілігі:

PEEK және PTFE сияқты жоғары өнімді полимерлі материалдар, әсіресе жоғары жүктемелер мен сырғанау жылдамдығы жағдайында, өздігінен майланатын қасиеттеріне байланысты поршеньді механикалық жүйелер үшін әлеуетті трибологиялық материал ретінде қарастырылады. PEEK және PTFE ерекше термиялық тұрақтылық, тамаша механикалық қасиеттер және жоғары тозуға төзімділік сияқты бірқатар ерекше қасиеттерге ие. Сондықтан, бұл тамаша сипаттамалар оларды полимерлердің басқа түрлерімен салыстырғанда тозу материалдары үшін ықтимал жоғарырақ етеді. Дегенмен, таза PEEK және PTFE әдетте нашар тозуға төзімділік көрсетеді, бұл олардың үйкеліс қолданбаларында қолданылуын шектейді. Сондықтан, PEEK және PTFE нақты қолдану кезінде күшейту технологиясы немесе бетті өзгерту арқылы қызмет ету мерзімін ұзарту үшін өзгертілуі керек. Полимерлі материалдардың бетін түрлендірудің перспективті әдістерінің бірі - үлкен потенциалға ие электронды сәулелік өңдеу.

Мақсаты:

Полимерлі материалдарды олардың тозуға төзімділігін арттыруға мүмкіндік беретін электронды-сәулелік модификациясының технологиясын жасау, сонымен қатар вакуумды емес кезде PEEK және PTFE беттік қабаттарындағы құрылымдық және радиациялық-химиялық өзгерістердің заңдылықтарын зерттеу. электронды сәулені өңдеу.

Күтілетін нәтиже:

1. Электрондық сәулелену режиміне байланысты полимерлік материалдардың құрылымы, химиялық құрамы, физика-химиялық сипаттамалары, физика-механикалық және трибологиялық қасиеттері зерттеледі.
2. Беттік қабаттың жоғары тозуға төзімділігін қамтамасыз ететін полимерлік материалдарды вакуумды емес электронды-сәулелік өңдеудің оңтайлы режимдері анықталады.
3. Электрондық сәулемен өңдеу кезінде полимерлік материалдардың өзгертілген беткі қабатының құрылымы мен қасиеттерін қалыптастыру заңдылықтары белгіленеді.
4. Электрондық сәулемен өңделген полимерлі материалдардан жасалған бөлшектерді стендтік сынау жүргізіледі.
5. Алынған деректер негізінде әзірленген радиациялық технологияны өндіріске енгізу перспективасымен инновациялық ұсыныстар тұжырымдалатын болады.

Қол жеткізілген нәтиже:

Полимер үлгілерін электронды сәулемен өңдеу ИЛУ-10 сызықтық көзін қолдану арқылы жүзеге асырылды. Бірнеше электронды сәулелену параметрлерінің PEEK және PTFE полимерлерінің беттік модификациясына әсері зерттелді. Бұл полимерлердің үлгілері сәулелену энергиясы: 2,7, 3,2, 3,7, 4,2, 4,7 МэВ және сәулеленудің әрбір энергетикалық мәні үшін 400, 600 кГр сәулелену дозаларында жүргізілді. Ағымдағы күш пен сәулелену жылдамдығы барлық үлгілер үшін бірдей болды. Сәулеленуден кейін үлгілердің қаттылығы мен серпімділігін өлшеу DIN EN ISO 14577-1 және ASTM E 2546 сәйкес FISCHERSCOPE HM2000S қаттылық сынаушысы арқылы жүргізілді. PTFE және PEEK үшін 1000 мН жүктеме кезінде үлгінің экспозиция уақыты болды. 20 с. Полимер үлгілерін құрғақ үйкеліс режимінде тозуға сынау «Жер үсті инженериясы және трибология» ғылыми-зерттеу орталығында «шар-диск» схемасы бойынша P=9 Н жүктемеде және сырғанау жылдамдығы V=0,04 м/с Антонда жүргізілді. Paar 𝑇𝑅𝐵3 трибометр ASTM G99-959, DIN50324 және ISO 20808 халықаралық стандарттарына сәйкес. Трибологиялық сынақтарда ShKh15 болаттан жасалған шар тәрізді қарсы корпус қолданылды. Қарсы корпустың диаметрі 6 мм болды. Сынақ жолы 1000 және 2000 м. 130 және HY2300 үлгідегі контактілі профильометрлер полимерлердің бетінің кедір-бұдырлығын электронды сәулемен өңдеуге дейін және кейін анықтау үшін пайдаланылды. Сондай-ақ, көлемдік тозу жоғарыда аталған профилометрлер көмегімен үйкеліс жолының профилі негізінде бағаланды. Сонымен қатар, полимер үлгілерінің термогравиметриялық талдауы TGA 1250 анализаторында жүргізілді, бастапқыда ұнтақталған әрбір үлгі Цельсий бойынша 500-800 градус аралығында қыздырылды. Осы зерттеу нәтижелері көрсеткендей, келесі сәулелену параметрлері PTFE полимері үшін ең жақсы механикалық қасиеттерді ала алады: электрон энергиясы - 3,2 МэВ, ток - 6,84 мА, жылдамдық - 5 м/мин, сәулелену дозасы - 600 КГр және 5 ағындық сәулелену. Бұл жағдайларда қаттылық мәні 41,9 МПа, ал кедір-бұдырлық 2,61 мкм болды. PEEK полимер үлгілері үшін ең жақсы нәтижелер келесі параметрлермен алынды: электронды энергия - 3,7 МэВ, ток - 6,84 мА, жылдамдық 0,3 м/мин және 5 жүгіріс. Үлгінің қаттылығы 201,9 МПа мәніне дейін өсті және кедір-бұдырлық мәні 0,74 мкм-ге тең болды. Нәтижелер негізінде электронды сәулемен өңдеуден кейін полимерлердің микроқаттылығында елеулі өзгерістер байқалатыны анықталды. Электрондық сәуленің әсерінен полимерлердің көлемдік тозуын зерттеу. бастапқы полимерге қатысты тозу қарқындылығының төмендеуін және үйкеліс коэффициентінің төмендеуін көрсетті. Полимер үлгісінің тереңдігі бойынша жылу ағынының таралуы мәселесін шешу үшін электрон ағындарының импульстік көзі үшін теңдеулер қолданылды. Бұл теңдеуді шешу үшін келесі шамаларды анықтау қажет:

  • Электрондық сәуленің әсер ету күші –P [Вт].
  • Бөлшектерді өңдеу жылдамдығы –V [м/с].
  • Сәулелену аймағындағы әсер ету уақыты – t [с].

Бөлшектің өлшемдері туралы деректер – d X l (үлгінің диаметрі мен биіктігі), Үлгіге электронның ену тереңдігі, максималды энергияны шығару тереңдігі – h = 0,75 ⋅ S [м]. Электрондардың ену тереңдігін табу үшін MathCad математикалық ортасы, электрондардың тежелуін есепке алатын Бете теңдеуі арқылы сандық есептеу жүргізілді. Тозу ойықтарына фрактографиялық талдау жүргізілді. Абразивті және соққылы абразивті тозу кезінде күшейтілген PEEK және PTFE полимерлерінің құрылымдық өзгерістерінің механизмдерін түсіндіруге бағытталған зерттеулер жүргізілді. PEEK және PTFE полимерлерінің тозу іздерінің суреттері Anytester HY2300 контакт профильометрінде электронды сәулемен сәулеленуге дейін және одан кейін алынды. Үлгілердің салыстырмалы тозуға төзімділігі өлшенген массалық жоғалту негізінде анықталды. Сынақтан кейін үлгілердің бетіндегі өзгерістерді көру үшін тозу іздерінің микроскопиялық суреттері алынды. Фрактографиялық талдау нәтижелері электронды сәулелену полимерлердің беткі қабаттарының модификациясына, олардың құрылымдық сипаттамалары мен қасиеттерінің өзгеруіне әкелетінін көрсетеді. Нәтижесінде сәулеленген PEEK және PTFE үлгілері бастапқы үлгілермен салыстырғанда тозуға төзімділіктің жақсарғанын көрсетті. Бұл сәулеленуден кейін PEEK және PTFE полимерлерінің тозуға төзімділігінің жоғарылауын көрсететін тозу ойықтарының тереңдігі мен енінің төмендеуімен расталады. Электрондық сәулелендіру кезінде PEEK және PTFE үлгілерінің жұқа субқұрылымын қалыптастырудың негізгі принциптерін құру бойынша жұмыс жүргізілуде. Материалдарға мұндай әсер етудің механизмдері мен салдарын түсіну үшін электронды сәулені өңдеуден туындаған жұқа құрылымдағы өзгерістерді талдауға назар аударылады. Электрондық сәуленің әсері полимерлердің ішкі байланыстарының өзгеруіне әкеліп, олардың физикалық және механикалық қасиеттеріне әсер етті. Өзгерістер жаңа кристалдық және аморфты құрылымдардың пайда болуын қамтыды, бұл материалдардың сыртқы әсерлерге төзімділігін жақсартты немесе кейбір жағдайларда олардың деформацияның белгілі бір түрлеріне бейімділігін арттырды. FT-801 спектрометрінің көмегімен 4000-нан 500 см^-1 диапазонында спектрлер алынды. Әрбір өлшеу ±1% -дан ±3% дейінгі өлшеу дәлдігімен полимерлердің құрылымында функционалдық топтардың болуы және өзгеруі туралы мәліметтерді қамтамасыз етті, бұл нәтижелердің жоғары сенімділігіне кепілдік береді. X'Pert PRO дифрактометрі арқылы жүргізілген XRD талдауы полимерлердің кристалдық құрылымындағы өзгерістерді бағалауға мүмкіндік берді. Зерттеу CuKα сәулеленуі арқылы 10-дан 40°-қа дейінгі 2θ бұрыш диапазонында жүргізілді. XRD талдауының нәтижелері сәулеленумен байланысты микроқұрылымдық өзгерістерді растады, бұл зерттелетін материалдарға электронды сәулеленудің әсерін тереңірек түсінуге ықпал етеді.

2023

  • Ormanbekov, K. D., Rakhadilov, B. K., Zhassulan, A. Z., Mukhamedov, N. E., Shynarbek, A. B., & Magazov, N. M. (2023). Effect of electron irradiation on mechanical, tribological and thermal properties of polytetrafluoroethylene. Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, 7(4), 221-231. https://doi.org/10.32523/ejpfm.2023070402
  • Орманбеков К.Д., Рахадилов Б.К., Кусаинов Р.К., Абильмажинов Е.Т. «Воздействие электронного облучения на механико-трибологические свойства полиэфиримида» Труды Университета. Серия «Машиностроение. Металлургия», №3,2023. – С.89-95. DOI:/10.52209/1609-1825_2023389

2024

  • Rakhadilov, B., Ormanbekov, K., Zhassulan, A., Mukhamedov, N., Mukhametov, Y., & Kussainov, R. (2024). Study of structural, surface energies, and tribomechanical properties of thermoplastics irradiated by electron beam. Materials Research Express. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad6a02

Зерттеу тобының мүшелері

  • Аты-жөні: Рахадилов Бауыржан Қорабайұлы, PhD

    Scopus Id: 55539741700

    Researcher Id: ---

    ORCID: 0000-0001-5990-7123

    Қосымша: