Фундаментальные основы создания новых полимерных материалов технического и медицинского назначений с управляемыми и самоорганизующимися свойствами

Проект направлен на решение фундаментальных проблем, связанных с исследованием и разработкой полимерных композиционных материалов, в том числе нанокомпозитов, и эластомерных материалов герметизирующего и антифрикционного назначений, способных сохранять эксплуатационные характеристики при низких температурах, для деталей автотранспорта и технологического оборудования, используемой для освоения и развития территорий Арктики и Субарктики РФ. Проект предусматривает экспериментальное и теоретическое исследования свойств и структуры разработанных полимерных композиционных материалов, включая моделирование их поведения методами механики деформируемого твердого тела на основе проведения серий испытаний образцов материалов по типовым и специально разработанным программам нагружений. Согласно комплексной государственной программы Российской Федерации "Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации" до 2035 г., принятой Правительством РФ в 2021 г. в целях эффективного использования ресурсной базы и инфраструктуры одним из ключевых направлений развития является освоение экономического, энергетического, сырьевого потенциала Арктических территорий, занимающих около 18% от общей территории РФ. Интенсивное освоение северных территорий подразумевает крупномасштабное использование различного технологического оборудования, горнодобывающей и карьерной техники, платформ для шельфовой добычи полезных ископаемых. Кроме того, в настоящее время в России встает вопрос об импортозамещении наукоемкой продукции в сфере практического применения наноматериалов, в частности, изделий из полимерных нанокомпозитов, использование которых во многих отраслях промышленности сохраняет высокую актуальность. Различные виды техники комплектуются значительным количеством полимерных деталей, варьируемых в зависимости от назначения и вида нагружения в широких пределах. Погодные условия арктического региона сопровождаются продолжительным воздействием экстремально низких температур зимой до –50°С и характерных перепадов до 30° в течение суток с переходом через 0°С весной и осенью. Как показывают исследования сведений и причин отказов техники, только по причине разгерметизации эластомерных и полимерных уплотнений в зимнее время наблюдается до 30% всех отказов и внеплановых простоев техники. В силу географического положения и климатических особенностей региона для надежной работы технологического оборудования и автотранспорта особое внимание необходимо уделить созданию полимерных материалов, которые могут сохранять работоспособность и комплекс заданных свойств при экстремально низких температурах. Одним из решений данной проблемы является замена традиционных ПКМ на наноматериалы, содержащие в своем составе нанокомпоненты с различными механизмами действия на полимерную матрицу, обусловливающие приспосабливаемость материалов к внешним воздействиям и обеспечивающие оптимальные служебные характеристики, а также выявление факторов, ответственных за проявление приспосабливаемости материалов к условиям внешнего воздействия. Хотя введение наноразмерных модификаторов в полимерную матрицу встречает множество затруднений, бесспорным является их потенциал как агента повышения эксплуатационных характеристик полимерных материалов. В настоящее время проведено большое число исследований по теме регулирования межфазных взаимодействий и равномерного распределения нанонаполнителей при разработке высокопрочных композиционных материалов. К настоящему моменту вопросам разработки и изучения свойств наноматериалов уделяется внимание множества научных групп, однако практически нет данных об особенностях поведения материалов в условиях высоконагруженных систем в условиях холодного климата. Выявление факторов, обеспечивающих приспосабливаемость материалов при отрицательных температурах связано с необходимостью прогнозирования поведения материалов, в том числе поломки, во время эксплуатации. Зачастую, детали и запчасти техники из полимерных композиционных материалов при низких температурах теряют свои функциональные свойства, что нежелательно для техники, эксплуатируемых в Северных и Арктических регионах РФ. Новый подход при создании и разработке полимерных наноматериалов в решении задач повышения эксплуатационных характеристик и сохранению их при низких температурах неразрывно связано с пониманием механизмов влияния наполнителей на свойства материала, процессов, сопровождающих изменения в надмолекулярной структуре при формировании композита, механизмами поведения материалов при нагрузке.