НАПОЛНЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА СИНТЕТИЧЕСКИМ ВОЛЛАСТОНИТОМ, ПОЛУЧЕННЫМ НА ОСНОВЕ РАЗНЫХ ВИДОВ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
WTMALC
DOI:
https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.02.026Ключевые слова:
сверхвысокомолекулярный полиэтилен, волластонит, борогипс, зола рисовой шелухи, деформационно-прочностные и антифрикционные свойстваАннотация
В работе проведен сравнительный анализ влияния волластонита на механические и трибологические свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Актуальность работы обусловлена получением принципиально новых данных по модификации СВМПЭ и разработкой нового состава полимерных композиционных материалов. Полимерная матрица СВМПЭ в данной работе отличается средней молекулярной массой и средним размером частиц, и характеризуется высокой прочностью и самосмазывающимся свойствами. Однако, для СВМПЭ характерны низкие показатели износостойкости, поэтому для его модификации и армирования используется синтетический волластонит. Синтез этого силиката кальция рационально проводить на основе золы рисовой шелухи и отходов производства борной кислоты (борогипса). Для модификации СВМПЭ с высокой молекулярной массой 9 млн г/моль использовали волластонит, полученный из рисовой шелухи, а для модификации СВМПЭ с молекулярной массой 5 млн г/моль – волластонит из борогипса. Установлено, что с точки зрения улучшения деформационно-прочностных характеристик СВМПЭ и повышения его модуля упругости более эффективным является волластонит, полученный на основе отходов производства борной кислоты. Так, прочность композитов увеличивается на 27 %, модуль упругости на 50 %, а относительное удлинение на 18 %, при этом износостойкость возрастает в три раза. Волластонит, полученный из отходов рисовой шелухи, показал себя как перспективный наполнитель для улучшения антифрикционных свойств СВМПЭ, таких, как более низкий коэффициент трения и минимальная скорости изнашивания. Показано, что данный тип волластонита снижает скорость массового изнашивания на 36 % и коэффициент трения на 29 %, по сравнению с исходным полимером.
Библиографические ссылки
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Валуева М.И., Колобков А.С., Малаховский С.С. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: рынок, свойства, направления применения (обзор) //Труды ВИАМ. 2020. № 3 (87). С. 49-57. doi 10.18577/2307-6046-2020-0-3-49-57.
Галибеев С.С., Хайруллин Р.З., Архиреев В.П. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Тенденции и перспективы //Вестник Казанского технологического университета. 2008. № 2. С. 50-55.
Gineika A., Dambrauskas T., Baltakys K. Synthesis and characterisation of wollastonite with aluminium and fluoride ions //Ceramics International. 2021. Vol. 47. N 16. P. 22900-22910. doi 10.1016/j.ceramint.2021.05.003.
Regueiro González-Barros M.M., García Ten J., Alonso-Jimenez A. Synthesis of wollastonite from diatomite-rich marls and its potential ceramic uses //Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. 2022. Vol. 61, Issue 6. P. 585-594. doi 10.1016/j.bsecv.2021.05.002
Исламова Г.Г. Технология синтетического волластонита из природных кальций- и кремнийсодержащих соединений: автореф. дис. … канд. техн. наук. Казань, 2012. 20 с.
Материал на основе синтетического волластонита и его влияние на функциональные свойства мелкозернистого бетона / П.С. Гордиенко [и др.] //Перспективные материалы. 2017. № 9. С. 40.
Synthesis and characterization of nano-wollastonite from rice husk ash and limestone / Ismail H. [et al.] //Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2013. Vol. 756. P. 43-47.
Silica extraction from sodium silicate for wollastonite synthesis at low temperatures / Bekhiekh I. [et al.] //Journal of Engineering Research. 2024. doi 10.1016/j.jer.2024.06.019.
Комплексная переработка отходов производства борной кислоты с получением материалов для стройиндустрии / Гордиенко П. С. [и др.] //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. №. S4-9. С. 60-66.
Получение оксида кремния из рисовой шелухи методом термической обработки / Аскарулы К. [и др.] //Горение и плазмохимия. 2019. Т. 17. № 3. С. 178-183. doi 10.18321/cpc324.
Novembre D., Pace C., Gimeno D. Synthesis and characterization of wollastonite-2M by using a diatomite precursor //Mineralogical Magazine. 2018. Vol. 82. N 1. P. 95-110. doi 10.1180/minmag.2017.081.025.
Vakalova T.V., Pogrebenkov V.M., Karionova N.P. Solid-phase synthesis of wollastonite in natural and technogenic siliceous stock mixtures with varying levels of calcium carbonate component //Ceramics International. 2016. Vol. 42. N 15. P. 16453-16462. doi 10.1016/j.ceramint.2016.06.060.
In-vitro evaluation of wollastonite nanopowder produced by a facile process using cheap precursors for biomedical applications / Amin A.M.M. [et al.] //Ceramics International. 2021. Vol. 47. N 13. P. 18684-18692. doi 10.1016/j.ceramint.2021.03.201.
Способ получения волластонита / Гордиенко П.С. [и др.]. Пат. 2595682 Рос. Федерации № 2015141614/05; заявл. 30.09.2015; опубл. 27.08.2016, Бюл. № 24.
Готлиб Е.М., Ха Т.Н.Ф. Получение синтетического волластонита на основе рисовой шелухи //Вестник технологического университета. 2019. Т. 22. № 7. С. 42–46.
Markandan K., Lai C.Q. Fabrication, properties and applications of polymer composites additively manufactured with filler alignment control: A review //Composites Part B: Engineering. 2023. Vol. 256. P. 110661. doi 10.1016/j.compositesb.2023.110661.
Material Design Methodology for Optimized Wear-Resistant Thermoplastic–Matrix Composites Based on Polyetheretherketone and Polyphenylene Sulfide / Panin S.V. [et al.] //Materials. 2020. Vol. 13. N 3. P. 524. doi 10.3390/ma13030524.
Kadhim T.R., Oleiwi J.K., Hamad Q.A. Investigation of Compression and Hardness for UHMWPE Bio-composites as Internal Bone Plate Fixation //Engineering and Technology Journal. 2022. Vol. 40. N 12. P. 1783-1794. doi 10.30684/etj.2022.135083.1258.
Ха Тхи Нья Фыонг Эпоксидные композиции, наполненные природным волластонитом и синтетическим силикатом кальция на основе золы рисовой шелухи: дис. … канд. техн. наук. Казань, 2021.
Самоорганизация и структурное модифицирование в металлополимерных трибосистемах: монография / Ю. К. Машков [и др.]. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. 222 с.
Smith B. The infrared spectra of polymers II: polyethylene //Spectroscopy. 2021. Vol. 36. Issue 9. P. 24–29. doi 10.56530/spectroscopy.xp7081p7.
Природа первичных актов фрикционного взаимодействия СВМПЭ с поверхностью стали / Краснов А.П. [и др.] // Трение и износ. 2013. Т. 34. № 2. С. 154-164.
REFERENCES
Valueva, M.I., Kolobkov, A.S., & Malakhovskiy, S.S. (2020). Ultra-high molecular weight polyethylene: market, properties, directions of application (review). Proceedings of VIAM, 3 (87), 49-57. (In Russ.). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-49-57.
Galibeev, S.S., Hajrullin, R.Z., & Arhireev, V.P. (2008). Ultra-high molecular weight polyeth-ylene. Trends and prospects. Bulletin of the Techno-logical University, (2), 50-55. (In Russ.).
Gineika, A., Dambrauskas, T., & Baltakys, K. (2021). Synthesis and characterisation of wollaston-ite with aluminium and fluoride ions. Ceramics International, 47 (16), 22900-22910. DOI 10.1016/j.ceramint.2021.05.003.
Regueiro González-Barros, M.M., García Ten, J., & Alonso-Jimenez, A. (2022). Synthesis of wollas-tonite from diatomite-rich marls and its potential ce-ramic uses. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 61 (6), P. 585-594. DOI 10.1016/j.bsecv.2021.05.002
Islamova, G.G. (2012). Technology of syn-thetic wollastonite from natural calcium- and silicon-containing compounds: autoref. dis. … kand. tehn. nauk, Kazan. (in Russ.).
Gordienko, P.S., Yarusova, S.B., Kozin, A.V., Ivin, V.V., Silantiev, V.E., Lizunova, P.Yu., & Shornikov, K.O. (2017). Synthetic wollastonite-based material and its effect on the functional properties of fine-grained concrete. Perspektivnye materialy, (9), 40. (in Russ.).
Ismail, H., Shamsudin, R., Hamid, M.A.A., & Jalar, A. (2013). Synthesis and characterization of nano-wollastonite from rice husk ash and limestone. In Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 756, 43-47.
Bekhiekh, I., Bouzerara, F., Bouatrous, M., & Ghouil, B. (2024). Silica extraction from sodium sili-cate for wollastonite synthesis at low temperatures. Journal of Engineering Research. DOI 10.1016/j.jer.2024.06.019.
Gordienko, P.S., Kozin, A.V., Yarusova, S.B., Zgibly, I.G. (2014). Complex processing of the boric acid production waste with manufacture of materials for construction industry. Mining informational and analytical bulletin (Scientific and Technical Journal), (S4-9), 60-66. (in Russ.).
Askaruli, K., Azat, S., Eleuov, M., Kerimkulo-va, A.R., Zhantikeyev, U.N., & Berdikhanov, A.E. (2019). Obtaining of silica from risk husk by thermal treatment. Combustion and plasma chemistry, 17 (3), 178-183. (in Russ.). DOI 10.18321/cpc324.
Novembre, D., Pace, C., & Gimeno, D. (2018). Synthesis and characterization of wollaston-ite-2M by using a diatomite precursor. Mineralogical Magazine, 82 (1), 95-110. DOI 10.1180/minmag.2017.081.025.
Vakalova, T.V., Pogrebenkov, V.M., & Kari-onova, N.P. (2016). Solid-phase synthesis of wollas-tonite in natural and technogenic siliceous stock mix-tures with varying levels of calcium carbonate com-ponent. Ceramics International, 42 (15), 16453-16462. DOI 10.1016/j.ceramint.2016.06.060.
Amin, A.M., El-Amir, A.A., Karunakaran, G., Kuznetsov, D., & Ewais, E.M. (2021). In-vitro evalua-tion of wollastonite nanopowder produced by a facile process using cheap precursors for biomedical ap-plications. Ceramics International, 47 (13), 18684-18692. DOI 10.1016/j.ceramint.2021.03.201.
Gordienko, P.S., Yarusova, S.B., Kozin, A.V., Stepanova, V.A., SHabalin, I.A., & ZHevtun, I.G. Method of producing wollastonite: Pat. 2595682 Russ. Federation, publ. 27.08.2016, Bull. № 24. (In Russ.).
Gotlib, E.M., & Ha, Ph. (2019). Obtaining synthetic wollastonite using rice husk. Bulletin of the Technological University, 22 (7), 42-46. (In Russ.).
Markandan, K., & Lai, C.Q. (2023) Fabrica-tion, properties and applications of polymer compo-sites additively manufactured with filler alignment control: A review. Composites Part B: Engineering, 256, 110661. DOI 10.1016/j.compositesb.2023.110661.
Panin, S.V., Lyukshin, B.A., Bochkareva, S.A., Kornienko, L.A., Nguyen, D.A., Hiep, L.T.M., Panov, I.L., & Grishaeva, N.Y. (2020). Material Design Methodology for Optimized Wear-Resistant Thermo-plastic–Matrix Composites Based on Polyetherether-ketone and Polyphenylene Sulfide. Materials, 13 (3), 524. DOI 10.3390/ma13030524.
Kadhim, T.R., Oleiwi, J.K., & Hamad, Q.A. (2022). Investigation of Compression and Hardness for UHMWPE Bio-composites as Internal Bone Plate Fixation. Engineering and Technology Journal, 40 (12), 1783-1794. DOI 10.30684/etj.2022.135083.1258.
Ha Thi N'ya Fyong (2021). Epoxy composi-tions filled with natural wollastonite and synthetic calcium silicate based on rice husk ash: dis. … kand. tehn. nauk, Kazan. (in Russ.).
Mashkov, Yu.K., Kropotin, O.V., SHil'ko, S.V., & Pleskachevskij, Yu.M. (2013). Self-organization and structural modification in metal-polymer tribosys-tems. Omsk: Izd-vo OmGTU, 222 p. (in Russ.).
Smith, B. (2021) The infrared spectra of polymers II: polyethylene. Spectroscopy, 36 (9), 24–29. DOI 10.56530/spectroscopy.xp7081p7.
Krasnov, A.P., Naumkin, A.V., Yudin, A.S., Solov'eva, V.A., Afonicheva, O.V., Buyaev, D.I., & Tikhonov N.N. (2013). Nature of initial acts of friction of ultrahigh molecular weight polyethylene with steel surface. Journal of Friction and Wear, 34 (2), 154-164. (in Russ.).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Сахаяна Николаевна Данилова, Екатерина Сергеевна Ямалеева, Елена Михайловна Готлиб, Софья Борисовна Ярусова, Павел Сергеевич Гордиенко, Айталина Алексеевна Охлопкова, Любовь Николаевна Иванова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
.
Контент доступен под лицензией 
