Разработка научных основ создания экструдируемых антифрикционных композитов на основе матрицы сверхвысокомолекулярного полиэтилена для аддитивных производственных технологий с использованием компьютерного проектирования

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), обладая достаточно высокими характеристиками прочности, а также низким коэффициентом трения, высокой износо- и химической стойкостью в агрессивных средах, находит применение в узлах трения машин и механизмов, а также в медицине для изготовления ортопедических имплантатов. Однако из-за большой длины полимерных цепей СВМПЭ имеет близкий к нулю показатель текучести расплава (ПТР), равный 0,06 г/10 мин, что существенно ограничивает возможности его переработки традиционными для термопластичных полимеров методами шнековой экструзии, литья под давлением и др. По этой причине повышение технологичности СВМПЭ в части экструдируемости, равно как и композитов на его основе, является актуальным. В последнее время активно проводятся исследования по использованию методов 3D-печати, а именно, FDM (Fused Deposition Modelling) и SLS (Selective Laser Sintering), для изготовления изделий сложной формы из материалов на полиолефиновой матрице, включая СВМПЭ, c различными наполнителями/пластификаторами. Однако все они в той или иной степени ухудшают структуру и механические свойства получаемых композитов. В качестве пластифицирующих наполнителей, помимо традиционно применяемых в промышленности процессинговых добавок, могут быть использованы совместимые с СВМПЭ коммерчески доступные полимеры, в том числе привитый полиэтилен высокой плотности (HDPE-g-VTMS и HDPE-g-SMA), блок-сополимер полипропилена с линейным полиэтиленом низкой плотности (PP-b-LLDPE), сшитый полиэтилен (PEX-b) и др. С использованием таких полимерных пластификаторов, придающих смеси требуемый уровень текучести расплава, можно получать экструдируемые полимер-полимерные композиционные материалы с заданными характеристиками прочности и износостойкости для производства изделий методом 3D-печати. Такие экструдируемые полимер-полимерные композиции далее могут служить матрицами для создания на их основе экструдируемых, высокопрочных и твердосмазочных композитов для аддитивных технологий получения изделий сложной формы для различных сфер применения (машиностроение, медицина и т.д.).Использование экструдируемых композитов на основе СВМПЭ в аддитивных технологиях позволит сократить временные и энергетические затраты на производство, а также расширить номенклатуру износостойких изделий сложной формы для узлов трения машин и механизмов.Проект направлен на разработку научных основ совмещения и последующего формирования объемных изделий из композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с последующей 3D-печатью.В исследовании поставлена задача с использованием алгоритма компьютерного проектирования определить рецептуру и оптимальное содержание пластифицирующих наполнителей для СВМПЭ с целью обеспечения высоких трибологических и механических свойств композиций, а также достижения необходимого уровня показателя текучести расплава (ПТР).В ходе реализации проекта будет проведена разработка композитов на основе многокомпонентных смесей с гибридными термопластическими матрицами для применения в качестве узлов трения в машиностроении и медицине. В дальнейшем полученные результаты найдут применение не только в машиностроении, но и других областях, требующих создания