Механохимический синтез функциональных наноструктурных композитов на полимерной основе

Рассмотрены современные достижения в области создания теплопроводящих, теплостойких и антифрикционных композитов. На основе анализа литературных данных для каждой группы материалов выявлены основные проблемы, с которыми сталкивается современная наука. Приведено описание исходных материалов, методов их получения и изучения их свойств. Представлены результаты разработки высоконаполненных нанокомпозитов Al-УНТ/смола. Проведено исследование влияния механоактивационной (МА) обработки на эволюцию грансостава и морфологии порошков Al, и рассмотрено влияние углеродных нанотрубок (УНТ) на процесс МА. Выполнено исследование механического поведения высоконаполненных композитов Al/эпоксидная смола и Al-УНТ/эпоксидная смола при сжатии. Установлено влияние среднего размера частиц Al, содержания УНТ, плотности объемных образцов на прочность при сжатии. Изучены теплопроводность, микроструктура высоконаполненных композитов Al/эпоксидная смола и Al-УНТ/эпоксидная смола. Выявлена сильная взаимосвязь теплопроводности композита с размером частиц Al наполнителя и содержанием УНТ в материале. Приведены результаты исследований теплостойких блочных полиимидных композитов. Показано влияние МА-обработки на морфологию, средний размер и распределение частиц по размеру полиимидных порошков, их химическую структуру. Проведено исследование физико-механических свойств и микроструктуры блочных полиимидов, полученных методом механосинтеза. Определено влияние среднего размера полиимидных частиц и модифицирующих добавок на механические свойства. Приведены результаты исследований температурных характеристик блочных полиимидов, в том числе поведения модуля в зависимости от температуры, температурных переходов, определение теплостойкости, а также характера деградации при нагреве. Представлены результаты работ по нанокомпозитам антифрикционного назначения на основе высокотемпературных термопластов. Для многокомпонентной системы Ф-4МБ/ПИ/ТУ/ККAl-Cu-Fe интенсивность изнашивания снижается на два порядка в сравнении с ненаполненным Ф-4МБ и другими тестируемыми композициями на основе Ф-4МБ. Этой композиции также соответствует наиболее низкий коэффициент трения. Представлены результаты исследований композитов на основе полифениленсульфида, объемных ориентированных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с фторированными УНТ. Испытания радиальных подшипников продемонстрировали значительный положительный эффект УНТ по снижению коэффициента трения и повышению износостойкости композита. Получены теплопроводящие высоконаполненные металл-полимерные композиты Al/эпоксидная смола. Применение МА-обработки позволило достичь высоких значений теплопроводности композита (23 Вт/м • К) за счет наноструктурирования, изменения среднего размера и морфологии частиц Al, а также характера взаимодействия компонентов на границе раздела фаз. Изучено влияние УНТ на механические и температурные свойства высоконаполненных металл-полимерных композитов. Показано, что c введением в композит 2 мас. % УНТ происходит увеличение прочности на сжатие с 160 до 195 МПа, но при этом уменьшается теплопроводность (с 23 до 14 Вт/м • К). Также показано, что с уменьшением размера частиц Al наполнителя повышается плотность композита и возрастают прочностные характеристики. Предложен метод получения теплостойких блочных композитов из отходов производства полипиромеллитимидных пленок. Применение МА-обработки позволило решить проблему инертности полиимидных порошков с высокой степенью имидизации за счет формирования наноструктур и активации поверхности частиц с применением модификаторов. Получены высокотемпературные полиимидсодержащие композиции антифрикционного назначения. Применение МА-обработки позволило сформировать гибридные наполнители, в состав которых входят наночастицы углерода и квазикристаллов, что приводит к значительному повышению износостойкости материалов на основе фторопласта при низких потерях на трение. Получены антифрикционные ориентированные нанокомпозиты на основе СВМПЭ. Натурные испытания металл-полимерных подшипников скольжения продемонстрировали значительное влияние добавления функционализированных УНТ в ориентированный слой полимера на снижение коэффициента сухого трения и интенсивность изнашивания. Интенсивность изнашивания для металл-полимерных подшипников скольжения с 1 мас. % УНТ почти в 3 раза ниже, чем без их добавления.