Повреждение жесткого покрытия на мягкой полиуретановой подложке под действием одноосной деформации

Илья Александрович Морозов (Ilya A. Morozov), Александр Сергеевич Каменецких (Alexander S. Kamenetskikh), Антон Юрьевич Беляев (Anton Yu. Beliaev), Михаил Владимирович Банников (Mikhail V. Bannikov)

Аннотация


Одним из способов улучшения характеристик поверхности полимерного материала является плазменная обработка. Однако деформации, возникающие при эксплуатации изделий из мягких упругих полимеров, могут привести к нежелательному повреждению созданного покрытия. В работе исследовано влияние одноосной нагрузки (амплитуда деформации 40%) на поверхность мягкого полиуретана, обработанного плазменной иммерсионной имплантацией ионов азота c энергией 1 или 3 кэВ. В результате плазменной обработки на поверхности материала формируется жесткий нанослой со складчатой поверхностью. Толщина (22 или 40 нм) и модуль упругости (150 или 300 МПа) слоя зависят от энергии ионов. Образцы подвергали воздействию кратковременной либо длительной циклической деформации. В первом случае, после 10 циклов одноосного нагружения, на поверхности образуются повреждения: сетка трещин длиной до 3 мкм на материале с тонким покрытием, либо протяженные трещины в случае более толстого и жесткого слоя. Глубина трещин после кратковременной нагрузки сопоставима с толщиной покрытия. В результате сжатия материала в поперечном направлении на поверхностях появляются продольные складки. При длительном нагружении (~50 000 циклов) первоначальная складчатая структура рельефа разглаживается, трещины прорастают вглубь материала на величину на порядок превышающую толщину слоя. В материале с более толстым и жестким слоем края трещин режут мягкий полимер, который выпучивается из трещин на поверхность. Представляется, что несмотря на широко представленный в литературе положительный эффект от подобных покрытий, реальная эксплуатация таких материалов может привести к негативным последствиям как для самого изделия, так и для окружающей среды.

Ключевые слова


эластомер; жесткое покрытие; деформация

Полный текст:

PDF

Литература


Hauert R., Thorwarth K., Thorwarth G. An over-view on diamond-like carbon coatings in medical applications // Surface Coatings and Technology. 2013. Vol. 233. P. 119–130. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2013.04.015

Alekhin A.P., Boleiko G.M., Gudkova S.A., Mar-keev A.M., Sigarev A.A., Toknova V.F., Kirilenko A.G., Lapshin R.V., Kozlov E.N., Tetyukhin D.V. Synthesis of biocompatible surfaces by nanotech-nology methods // Nanotechnologies in Russia. 2010. Vol. 5. P. 696–708. DOI: 10.1134 / S1995078010090144

Kondyurina I., Nechitailo G.S., Svistkov A.L., Kondyurin A., Bilek M. Urinary catheter with pol-yurethane coating modified by ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Re-search B. 2015. Vol. 342. P. 39–46. DOI: 10.1016 / j.nimb.2014.09.011

Kondyurin A., Bilek M.M.M. Ion beam treat-ment of Polymers, second ed., Elsevier, 2014.

Tsougeni K., Tserepi A., Boulousis G., Constan-toudis V., Gogolides E. Control of nanotexture and wetting properties of polydimethylsiloxane from very hydrophobic to super-hydrophobic by plasma processing // Plasma Processes and Poly-mers. 2007. Vol. 4. P. 398–405. DOI: 10.1002 / ppap.200600185

Morozov I.A., Mamaev A.S., Osorgina I.V., Lem-kina L.M., Korobov V.P., Belyaev A.Yu., Porozova S.E., Sherban M.G. Structural-mechanical and an-tibacterial properties of a soft elastic polyurethane surface after plasma immersion N2+ implantation // Material Science and Engineering C. 2016. Vol. 62. DOI: 242–248, 0.1016/j.msec.2016.01.062

Beliaev A., Svistkov A., Iziumov R., Osorgina I., Kondyurin A., Bilek M., McKenzie D. Modelling of the mechanical behavior of a polyurethane finger interphalangeal joint endoprosthesis after surface modification by ion implantation // IOP Conf. Se-ries: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 123. Article ID 012001. DOI: 10.1088/1757-899X/123/1/012001




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-60-66

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).