Влияние механохимической активации диоксида церия на структуру и свойства политетрафторэтилена = Effect of mechanochemical activation of cerium dioxide on the structure and properties of polytetrafluoroethylene

В условиях растущих требований к надежности и долговечности полимерных материалов, используемых в узлах трения и уплотнительных системах, актуальной задачей является разработка композитов с улучшенными триботехническими и механическими свойствами. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко применяется благодаря своим уникальным антифрикционным характеристикам, однако его низкая износостойкость ограничивает использование в экстремальных условиях. Модификация ПТФЭ наполнителями, такими как диоксид церия (CeO2), позволяет улучшить его эксплуатационные свойства. Цель исследования: изучение влияния механохимической активации оксида церия на свойства и структуру ПТФЭ для улучшения механических и триботехнических характеристик. В работе использовались методы переработки полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе ПТФЭ. Механохимическая активация CeO2 проводилась в планетарной мельнице. Для анализа структуры и свойств применялись рентгеноструктурный анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия, ИК-спектроскопия, а также механические и триботехнические испытания. Установлено, что введение 2 мас.% CeO2 в ПТФЭ повышает степень кристалличности и энтальпию плавления ПКМ при использовании механоактивированного наполнителя. Триботехническими испытаниями установлено повышение износостойкости ПКМ с механоактивированным CeO2 в 254 раза при сохранении коэффициента трения на уровне исходного полимера. Исследование поверхностей трения ПКМ методом ИК-спектроскопии выявило образование перфторкарбоксилатных солей в процессе изнашивания, что свидетельствует о протекании трибохимических процессов. Разработанные ПКМ на основе ПТФЭ с механоактивированным CeO2 демонстрируют улучшенные механические и триботехнические свойства, что делает их перспективными материалами для применения в узлах трения и уплотнительных системах. As the demand for reliability and durability in polymer materials used in friction units and sealing systems continues to grow, it is essential to develop composites that exhibit enhanced tribological and mechanical properties. Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a popular choice due to its exceptional antifriction qualities; however, its limited wear resistance restricts its application in extreme environments. To address this, we explored the modification of PTFE with cerium dioxide (CeO2) fillers to enhance its performance. The objective of this study was to examine how the mechanochemical activation of cerium oxide influences the properties and structure of PTFE, ultimately aiming to improve its mechanical and tribological characteristics. We employed traditional processing methods for polymer composite materials (PCM) based on PTFE. The mechanochemical activation of CeO2 was conducted using a planetary mill, and we utilized various analytical techniques, including X-ray diffraction analysis, differential scanning calorimetry, and IR spectroscopy, alongside mechanical and tribological testing to evaluate the structure and properties of the composites. Our findings revealed that incorporating 2 wt.% of CeO2 into PTFE significantly increases the degree of crystallinity and the enthalpy of melting of the PCM when using the mechanically activated filler. Notably, tribological tests indicated a remarkable 254-fold increase in wear resistance for the PCM with mechanically activated CeO2, while the friction coefficient remained consistent with that of the initial polymer. Additionally, IR spectroscopy analysis of the friction surfaces of the PCM indicated the formation of perfluorocarboxylate salts during wear, suggesting the occurrence of tribochemical processes. In conclusion, the developed PCM based on PTFE with mechanically activated CeO2 demonstrates enhanced mechanical and tribotechnical properties, positioning them as promising materials for use in friction units and sealing systems.