Исследование механизмов адаптации полимерных нанокомпозитов к внешним воздействиям и разработка методов их регулирования (промежуточный, этап 2)

Объект исследования – композиты на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированных углеродными волокнами (УВ), слоистыми силикатами, керамическими наночастицами, резины на основе бутадиен-нитрильных (БНКС), бутадиеновых и изопреновых каучуков, наполненные многостенными углеродными нанотрубками, модифицированным ПАВ техническим углеродом (ТУ), дифенилгуанидином, двухслойные композиционные материалы на основе БНКС и СВМПЭ. Цель исследования – разработка эффективных способов многофакторного модифицирования компонентов нанокомпозитов с улучшенным комплексом механических и триботехнических свойств. Приведены результаты исследования влияния активированных волластонитов на деформационно-прочностные, триботехнические свойства и структуру СВМПЭ. Выявлено, что композиты характеризуются повышенными прочностными показателями (на примерно 23 - 26%), более низкими значениями коэффициента трения (в два раза), скорости массового изнашивания (в четыре - семь раз). Исследовано органомодифицирование цеолитов как фактора усиления межфазных взаимодействий в ПКМ на основе СВМПЭ. Установлено, что лучшие деформационно-прочностные свойства достигнуты в ПКМ на основе СВМПЭ, наполненного цеолитом с мономолекулярным лиофильным слоем. Исследованы триботехнические характеристики СВМПЭ, содержащего бромированный СВМПЭ и неорганические наночастицы (НЧ). Показано снижение скорости массового изнашивания ПКМ в 8 - 10 раз по сравнению с исходным СВМПЭ. Методом АСМ установлено повышение адгезионного взаимодействия НЧ к бромированному СВМПЭ. Разработаны ПКМ на основе ПТФЭ, модифицированного комбинацией наполнителей, различающихся химической природой и функциональностью: армирующие и структурирующие. Зарегистрировано существенное повышение износостойкости ПКМ (в 925 раз), напряжения при сжатии (на 59%), твердости (на 72%) по сравнению с исходным ПТФЭ. Изучено влияние металлов, входящих в состав бентонита, на изнашивание и триботехнические свойства ПТФЭ. Методом ИКС зафиксировано образование продуктов трибоокисления и влияние металлов на трибохимические реакции. Установлена корреляция между составом катионов, продуктами трибоокисления и износостойкостью композитов. Исследованы механизмы адаптации материалов на основе ПТФЭ, СВМПЭ к фрикционному нагружению и факторы, отвечающие за адаптацию: введение структурно-активных компонентов для формирования лабильного поверхностного слоя; участие компонентов в трибохимических реакциях в качестве агентов сшивки фрагментов трибораспада макромолекул; использование технологических приемов (воздействие физических полей, модифицирование поверхности частиц компонентов), обеспечивающих потенциальные возможности наполнителей как усиливающих, армирующих, направляющих агентов при структурной перестройке. Проведены натурные испытания резин на основе ЭПХГ и смесевых композиций СКН-18 СНТ и СКН-26 СНТ в климатических условиях РС(Я). Разработанные составы резин сохраняют прочностные характеристики, масло- и морозостойкость в течение всей натурной экспозиции. Разработанные материалы рекомендованы для создания уплотнений, работающих при температурах -45 ÷ -55°С. Проведено исследование резин на основе БНКС-18 и ЭПХГ, модифицированных УНТ. Показано, что добавление УНТ снижает степень набухания резин в нефти и масле на 51%. Проведены исследования адгезионного взаимодействия между СВМПЭ и различными эластомерами. Установлено, что при введении дифенилгуанидина в качестве модифицирующей и активной добавки прочность адгезии превышает прочность когезии полимер-эластомерного материала. Методами СЭМ, РСА, ИКС установлена взаимодиффузия СВМПЭ и каучуков в граничной области, образование новых сульфидных и изотиоцианатных связей. Разработаны новые составы материалов, обладающих высоким адаптационным потенциалом, высокой степенью межфазного взаимодействия компонентов, улучшенным комплексом свойств, не имеющих аналогов в мировой практике, которые предназначены для работы в условиях повышенных нагрузок и скоростей, в широком диапазоне температур, в том числе в экстремальных условиях Крайнего Севера и арктических регионов.