Отчет о прикладных научных исследования по теме "Испытания образцов. Обобщение и оценка результатов исследований" (заключительный), этап №5

Объект исследования: композиционные материалы и композиционные покрытия на основе полифениленсульфида, полисульфона, полиэтилена, полипропилена, наполненных квазикристаллическими фазами трехкомпонентных систем Al - Cu - Fe и Al - Cu - Cr. Цели: исследование структуры и свойств таких материалов и получение на базе разработанной технологии опытно-промышленных образцов продукции с установленными эксплуатационными характеристиками; проведение испытаний образцов полимерматричных композиционных материалов, наполненных квазикристаллами, и проверка соответствия их требования ТЗ. Планируется также проведение экспериментальных исследований свойств макетов изделий, изготовленных с использованием разработанных материалов и технологий. Использование в качестве армирующих наполнителей квазикристаллов, обладающих высокой прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью, высокой стабильностью при воздействии радиационного облучения, низкой поверхностной энергией, сопоставимой с поверхностной энергией фторопласта для наполнения суперконструкционных термопластичных полимеров, позволяет создать новый класс материалов для применения в нефтеперекачивающем и химическом оборудовании и стойких к солеотложению защитных покрытий. Быстрое внедрение таких материалов возможно при создании технологии изготовления в достаточных количествах квазикристаллических наполнителей, технологии получения полуфабрикатов, обеспечивающих их переработку в изделия с использованием уже имеющегося стандартного промышленного оборудования и освоенных методов получения композитов и нанесения покрытий. В рамках проведения настоящей ПНИ в качестве метода получения квазикристаллических наполнителей для композиционных материалов используется механоактивационный синтез из металлических частиц технической чистоты с их последующим вакуумным отжигом, являющийся в настоящее время экспериментально обоснованным подходом. Метод позволяет с использованием освоенных в настоящее время промышленностью механоактиваторов наладить производство крупных партий квазикристаллических порошков на базе трехкомпонентных систем Al - Cu - Fe и Al - Cu - Cr. Для введения квазикристаллических частиц в матрицы из термопластичных полимеров в заданных концентрациях с равномерным распределением в готовом материале разработана методика экструзионного получения концентратов квазикристаллических частиц в полимерах с высокой текучестью расплава. Обеспечение необходимого уровня межфазного взаимодействия между квазикристаллическими частицами наполнителя и материалом матрицы достигается их поверхностной модификацией с использованием силанов. Модификация силанами способствует более равномерному распределению частиц квазикристаллического наполнителя в полярных полимерах за счет взаимодействия между собой полярных функциональных групп. Использование гранулятов, состоящих из концентрата поверхностно активное вещество - квазикристалл в полимере позволяет в дальнейшем точно дозировать компоненты будущего композита с использованием стандартных дозаторов и смесителей, обеспечивая в дальнейшем равномерное распределение частиц в композите. При использовании в качестве матриц таких полимеров, как полисульфон, полифениленсульфид, полиэфиримид, обладающих высокой вязкостью расплава, целесообразным подходом к обеспечению гомогенности распределения частиц наполнителя является создание порошковых прекурсоров путем совместного механоактивационного помола. Полученный в этом случае полупродукт является исходным сырьем как для получения массивных изделий путем термопрессования, так и для нанесения покрытий по стандартным порошковым технологиям. Обладающие высокой твердостью, коррозионной стойкостью, высокой стабильностью при воздействии радиационного облучения квазикристаллические фазы при использовании их в качестве наполнителей для термопластичных матриц суперконструкционных полимеров с высокими эксплуатационными характеристиками позволяют создать новый класс материалов, работающих в условиях высоких нагрузок. Областями применения таких материалов являются: защитные покрытия для деталей нефтедобывающего и нефтеперекачивающего оборудования, для труб, работающих в условиях высоких температур, радиационного облучения; элементы высоконагруженных узлов трения и уплотнения для оборудования химического и специального машиностроения, морской, авиационной, космической техники; создание комплекса технологий получения материалов и нанесения покрытий от исходных компонентов до готовых продуктов, опирающихся на разработанное и освоенное промышленное оборудование (имеющиеся на рынке материалы позволяет снизить затраты на их освоение и способствуют успешной коммерциализации).