Почти все знакомы с таким материалом, как политэтрафлуороэтилен (ПТФЭ), известным также и как «тефлон». Изобретателем тефлона является одна из крупнейших в мире химических компаний американская компания «DuPont» (E.I. du Pont de Nemours and Company).
Этот материал примечателен тем, что он «не липкий» и обладает водоотталкивающим свойством. ПТФЭ часто используется в качестве сухой смазки в машиностроении, начиная от кухонных инструментов и заканчивая цилиндрами космических двигателей, в том числе он применяется и в биомедицинском оборудовании.
Ученые из Университета Арканзаса нашли способ, как сделать полимер еще менее «клейким». Они обогащали тефлон наночастицами кремнезема (кварца) и обнаружили, что получаемый смазочный материал обладает меньшим износ полимера при сохранении низкого уровня трения. Работа, проведенная исследователями, позволит техническим устройствам работать дольше и работать более эффективно.
“Политэтрафлуороэтилен – это длинное, страшное слово, – сказала Мин Зоу (Min Zou), доцент кафедры машиностроения. – Но для нас это материал, тонкое покрытие, пленка, которая не прилипает и является гидрофобной, то есть она отталкивает воду”.
Твердые смазки, такие как ПТФЭ, являются привлекательными, потому что они хорошо работают при высоких температурах, имеют низкие затраты на техническое обслуживание и они более «чистые» по сравнению с жидкостями. Они важны в промышленных условиях, где поверхности различных механических частей постоянно приходят в контакт друг с другом.
ПТФЭ выгодно отличается от других твердых смазочных материалов, тем, что обладает свойством обеспечивающим «самосмазывание» устройств, имеет низкий коэффициент трения и устойчивость к высоким температурам и химическим веществам. Этот полимер использовался в качестве смазки в течение многих лет, но в последнее время ученые и инженеры попытались улучшить материал путем включения наночастиц “наполнителей”, которые уменьшают износ материала и, таким образом, они хотели продлить жизнь смазке. Однако, в процессе исследований, выяснилось, что высокие концентрации этих нанонаполнителей создают дополнительные проблемы: в то время как снижается износ материала, одновременно увеличивается способность материала создавать трение.
“Большим препятствием при создании микро – и нанокомпозитных пленок была проблема найти такой наполнитель, который обеспечивал бы одновременно и хорошую износостойкость, и низкий коэффициент трения “, – сказала Зоу.
Но именно эту проблему и удалось решить команде, возглавляемой Зоу, используя диоксид кремния. После интегрирования наночастиц этого вещества в ПТФЭ в двух различных концентрациях, она и ее аспирант Сэмюэл Бекфорд (Samuel Beckford) нанесли такие тонкие пленки на нержавеющую сталь. Они подвергли эти пленки тестированию, с целью определения степени трения и износостойкости. Для сравнения, они делали аналогичные эксперименты на обычной пленке из ПТФЭ и не покрытой тефлоном нержавеющей стали. Эндрю Ван (Andrew Wang), ученый из компании «Ocean NanoTech», небольшой технологической фирмы, помог с определением размеров наночастиц.
“Микрофотографии показали, что композитные пленки с более высокой концентрацией диоксида кремния имеют более узкие следы износа, после испытаний трением”, – сказала Зоу.
Исследование было опубликовано в «Tribology Transactions», журнале научного Общества инженерной трибологии и смазки (journal of the Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE)), и получило премию за лучший доклад, опубликованный о твердых смазочных материалах.
По данным – phys.org
