Секрет долговечности: как ученые заставили полимеры работать дольше

Ученые из Института проблем машиноведения РАН придумали новый способ, который помогает сделать полимерные материалы более устойчивыми к износу.

Они изучали, как полимеры и их композиты (материалы с добавками) ведут себя при трении и износе на самом маленьком уровне — молекулярном. Результаты их работы опубликовали в научных журналах «Трение и износ», „Проблемы машиностроения и надежность машин“, „Вопросы материаловедения“ и „Вестник машиностроения“.

Полимеры сегодня используют все чаще, особенно в деталях, которые трутся друг о друга. Они легкие, не боятся вибраций, хорошо работают без смазки и даже в экстремальных условиях — например, в космосе или на Крайнем Севере. Полимеры могут заменить металлы, что помогает экономить ресурсы и упрощать производство. Но у них есть слабое место: сами по себе полимеры не такие прочные, как металлы. Чтобы это исправить, в них добавляют специальные наполнители, в том числе наночастицы. Это делает материалы более прочными и подходящими для разных задач.

Проблема в том, что до конца не понятно, как именно полимеры и их композиты изнашиваются. Наночастицы очень маленькие, почти как молекулы самого полимера, и их взаимодействие сложно изучать. Обычно ученые смотрят на поверхность материала, но износ начинается на уровне молекул. Чтобы разобраться в этом, ученые из ИПМаш РАН использовали компьютерное моделирование. Они создали модели полимеров и их композитов и изучили, как они ведут себя при трении.

Оказалось, что добавление наполнителей меняет энергию взаимодействия между молекулами. Это делает материал более стабильным и устойчивым к износу. Ученые даже придумали новый способ оценивать износостойкость материалов — по энергии взаимодействия молекул.

Мы разработали критерий, который позволяет предсказать, насколько хорошо материал будет сопротивляться износу. Это особенно важно, когда мы добавляем наночастицы, потому что они меняют структуру материала, — объяснила Елена Седакова, ведущий научный сотрудник лаборатории трения и износа ИПМаш РАН.

Кроме того, ученые выяснили, что тип наполнителя влияет на энергию взаимодействия молекул. Это открытие помогло создать методику, которая позволяет заранее предсказать, как материал поведет себя в разных условиях. Теперь можно создавать материалы с точно заданными свойствами, что открывает новые возможности для их использования в машиностроении.

Важные итоги:

• Полимеры легкие, устойчивы к вибрациям и могут работать без смазки.
• Добавление наночастиц делает их прочнее и устойчивее к износу.
• Ученые придумали способ оценивать износостойкость на уровне молекул.
• Новый метод позволяет создавать материалы под конкретные задачи.

Ранее ученые разработали способ снижения трения без смазки.

13.03.2025