ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 204 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Проблема загрязнения, связанного с выбросами частиц износа керамических, полуметаллических и металлических рабочих поверхностей тормозных механизмов, стимулировала исследования по их замене на альтернативные материалы на основе натуральных волокон, таких как лен, конопля и сизаль. Эти органические волокна отличаются экономичностью, биоразлагаемостью и малым весом. В то же время синтетические волоконно-армированные полимерные композиты (FRP) находят широкое применение в различных инженерных областях, включая аэрокосмическую, автомобильную и строительную промышленность, благодаря своим высоким удельным характеристикам (модулю упругости и прочности), биоразлагаемости (в отдельных случаях), коррозионной стойкости и длительному сроку службы. Ключевую роль в определении свойств FRPкомпозитов играет межфазная граница волокноматрица, через которую происходит передача напряжений сдвига от матрицы к армирующему волокну, влияя как на кратковременные, так и на долговременные характеристики материала. В данной работе представлен обзор структуры и свойств межфазной границы волокно-матрица [1–3]. Показано, что характеристики межфазной границы между армирующим волокном и полимерной матрицей оказывают значительное влияние на механические и трибологические свойства композита. На примере композита GFF/PPS (стекловолокно/полифениленсульфид) продемонстрировано, что оптимальный состав, содержащий 80 масс. % GFF (~70 об. %), обеспечивает наилучшие механические свойства и смачиваемость. Высокие механические характеристики PPS-композитов с ультравысоким содержанием стекловолокна обусловлены увеличенной толщиной межфазного слоя и эффектом взаимозацепления волокон. В контексте экологичности использование биоразлагаемых армирующих волокон, таких как глина, может вызывать вопросы применительно к композитам на основе углеродного волокна / глины / POM (полиоксиметилен). Эксперименты, направленные на изучение механических и трибологических свойств таких композитов, показали, что добавление глины способствует увеличению модуля упругости при растяжении и прочности. Установлено, что введение углеродного волокна в POM-композиты улучшает их механические свойства и износостойкость. Композит на основе углеродного волокна, глины и POM продемонстрировал минимальные значения удельной скорости изнашивания и коэффициента трения. Полимерные композиты, модифицированные наноглиной, характеризуются повышенными механическими свойствами, такими как прочность на растяжение, предел текучести, модуль упругости, вязкость разрушения и усталостная прочность, по сравнению с немодифицированными полимерами. Тем не менее данные об износостойкости и поверхностных механических свойствах таких материалов (твердость и устойчивость к царапинам) остаются ограниченными. Показано, что оптимизация содержания (масс. %) наноглины способствует улучшению межфазного взаимодействия между волокном, полимерной матрицей и наноглиной, что открывает перспективы для повышения эффективности применения нанокомпозитов в конструкционных элементах [4–6]. Для оценки трибологических характеристик композиционных материалов были определены скорость изнашивания и коэффициент трения. Экспериментальные исследования показали, что полимерные композиты, содержащие углеродные волокна, графит, политетрафторэтилен в полифениленсульфидной матрице, демонстрируют хорошие показатели износостойкости в рабочих условиях. Отмечено, что обработка поверхности монтмориллонитовой (ММТ) глины приводит к улучшению ее адгезии и взаимодействия с армирующими компонентами, что положительно сказывается на прочностных характеристиках композитов (на растяжение и изгиб) и дополняет функциональность, обеспечиваемую натуральными волокнами. Модификация поверхности придает гидрофильной MMT гидрофобные свойства, повышая ее совместимость с органической полимерной матрицей. Следует отметить, что межфазное взаимодействие между матрицей и армирующими волокнами глины оказывает существенное влияние на процесс формирования локальных деформаций (что было подтверждено методом цифровой корреляции изображений), а также на процессы за-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1