Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Нанодобавки меняют макросвойства

Антон Егоров, руководитель Центра трансфера научных технологий и разработок ФГУП «ИРЕА»

В начале XX века бельгийский химик Лео Бакеланд, работавший в США, открыл способ синтеза полимерной фенолформальдегидной смолы. Сама по себе эта смола — вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бакеланд обнаружил, что добавка волокон, в частности древесной муки, к смоле до её затвердевания увеличивает её прочность. Созданный им материал под названием «бакелит» приобрёл широкую популярность: он не размягчается при нагреве, не проводит электричество, устойчив к коррозии и легко поддаётся обработке. Первое серийное изделие, произведённое из бакелита в 1916 году, — ручка переключателя скоростей автомобиля «роллс-ройс». С тех пор наполненные полимеры стали широко использоваться в различных отраслях промышленности.

К настоящему времени известно более десяти тысяч марок наполненных полимеров разного состава. Сочетание полимеров с наночастицами даёт материалы с повышенной жёсткостью, ударовязкостью и устойчивостью к истиранию. Переход к наноразмерным наполнителям существенно улучшил характеристики композитов: снизилась проницаемость, повысилась оптическая прозрачность, усилилась огнестойкость, при этом степень наполнения уменьшилась. Полимерные нанокомпозиты обладают отличными барьерными свойствами, электропроводимостью, теплопроводностью, повышенной прочностью, теплостойкостью и термостабильностью, а также пониженной горючестью.

Среди полимеров, обладающих повышенной термостойкостью и широко используемых при изготовлении высокотемпературных пластмасс, клеев, диэлектриков и других материалов, выделяются полиимиды. Полиимидные смолы служат матрицей армированных композитов на основе лёгких углеродных волокон. Благодаря выдающейся термической и механической стойкости, а также устойчивости к действию ионизирующего излучения они пригодны для замены металлических деталей корпусов летательных аппаратов. Из полиимидных смол делают электроизоляционные лаки и эмали с высокой термостойкостью, эластичностью и хорошими диэлектрическими свойствами. Применение полиимидов ограничено тем, что они в основном не термопластичны и требуют высокой температуры для формования изделий. Если же подобрать полиимидную матрицу с невысокой температурой формования, снижается термостойкость.

Получить композиционный материал с высокими эксплуатационными свойствами можно, если использовать в качестве наполнителей углеродные нанотрубки, углеродные волокна и наноразмерный карбид кремния.

Исследования таких композиционных материалов проводят в Лаборатории специального органического синтеза Центра трансфера научных технологий и разработок ФГУП «ИРЕА». Изготовлены плёнки с различным содержанием нанотрубок и карбида кремния, углепластики на основе углеродных волокон и полиимида. Полученные образцы отличаются повышенной радиационной и термостойкостью.

К примеру, небольшое, не более 1%, содержание наноразмерного карбида кремния делает материал негорючим: при попадании композита в огонь он покрывается защитным слоем неорганической природы, что предохраняет от дальнейшего распространения огня. Можно предположить, что такой композит будет востребован в качестве негорючей термостойкой изоляции для электрических кабелей, тем более что он отличается простотой нанесения, малой толщиной слоя и, следовательно, небольшим весом.

Полиимидная матрица с включением фрагментов полисилоксанов и краун-эфиров может служить основой для протонопроводящих мембран, а также новых сорбционных материалов, пригодных для селективного извлечения тяжёлых металлов, в том числе радиоактивных изотопов, из водных растворов.

Нанокомпозитные материалы на основе полиимидов — хороший вариант защиты от радиационного излучения. Радиационная стойкость полиимидов связана с высокой прочностью связей и тем, что при облучении протекают конкурирующие процессы: разрыв макроцепей и макромолекулярное сшивание. Нанокомпозит на основе термостойкой и радиационно-стойкой полиимидной матрицы и наноструктурированного карбида бора не только обеспечивает поглощение излучения тепловых нейтронов, но и повышает огнестойкость материала.

Прикладные научные исследования выполнены при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.625.21.0003 от 25 августа 2014 года (уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI62514X0003).


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов»