Введение к работе
Актуальность работы. Последнее время среди полимерных композитов стали выделять особый класс материалов– полимерные нанокомпозиты, которые условно характеризуются размером частиц наполнителя в пределах 100нм. При уменьшении до столь малых размеров частиц резко возрастает их удельная площадь, на порядок возрастает площадь поверхности раздела фаз, что позволяет при минимальных степенях наполнения получить продукт с характеристиками, превосходящими высоконаполненные полимерные композиты. Актуальность темы исследования обусловлена проблемой поиска эффективных модификаторов свойств известных полимеров, т.к. организация синтеза новых типов полимеров требует больших капиталовложений. При быстром развитии инновационных технологий, связанных с получением наноматериалов, исследование влияния углеродных фуллеренов в качестве комплексных модификаторов является актуальной темой.
Установлено, что малые добавки фуллерена существенно изменяют характеристики полимеров, значительно повышая прочностные свойства, тепло- и термостойкость и т.д. Например, введение от 0,01 до 3,6% фуллерена увеличивает прочностные характеристики фенольной и эпоксидной смол, бутадиенстирола в 2-4 раза [Алдошин С.М., Бадамшина Э.Р., Каблов Е.Н., Институт проблем химической физики РАН, ФГУП «ВИАМ»]. На примере полиуретанмочевин показано, что сверхмалые добавки существенно улучшают физико-механические свойства продукта. Максимальные значения величин разрывной прочности, относительного удлинения при разрыве, по сравнению с параметрами для немодифицированных полиуретанмочевин выше в 1,7 раза. Варьируя количество добавок фуллерена, можно получать эластомеры с заданными физико-механическими характеристиками.
Цель работы. Разработка технологии прогнозирования и управления техническими характеристиками полимерных композитов и изделий на их основе с применением смеси фуллеренов.
Данная цель определила следующие задачи: исследование влияния смеси фуллеренов на физико-механические характеристики полимеров в зависимости от концентрации и природы полимера; разработка математической модели для оптимизации и управления качественными показателями модифицированных фуллеренами полимерных систем; разработка метода метрологической оценки технологического процесса при переработке модифицированных смесью фуллеренов полимерных систем; анализ зависимости показателя SDR (отношение наружного диаметра к толщине стенки) и жизненного цикла полиэтиленовых труб от содержания смеси фуллеренов в полимерной матрице.
Научная новизна:
-
Показано использование смеси фуллеренов ряда С50-С92 в качестве многофункционального модификатора упруго-прочностных показателей полиэтилена и СКЭПТ.
-
Установлено влияние смеси фуллеренов ряда С50-С92 на характер тепловых эффектов полиэтилена и СКЭПТ при нагревании.
-
Установлена взаимосвязь конструкционных и эксплуатационных параметров полиэтиленовых труб в зависимости от их состава на примере марки ПЭ 100.
Практическая значимость. Проведенные исследования легли в основу создания новых полимерных композиций на основе анализируемых полимеров и смеси фуллеренов для практической реализации. Разработан способ внесения смеси фуллеренов для модификации термопластов с применением носителя. Показано, что внесение смеси фуллеренов позволяет создавать термопласты с прогнозируемыми характеристиками. Установлены оптимальные соотношения полимер-смесь фуллеренов. Рассчитанная в ходе работы номограмма позволяет в зависимости от требований выбирать конструкционные и эксплуатационные характеристики калиброванных полиэтиленовых труб в зависимости от содержания смеси фуллеренов.
Апробация работы. Основные материалы работы изложены и обсуждены на отчетных конференциях ВГУИТ с 2009 по 2012 гг, 5-ой Международной конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах», 2-ой Всероссийской научно-технической конференции «Каучук и резина -2010», 8-ой Украинской с международным участием научно-технической конференции «Эластомеры: материалы, технология, оборудование, изделия», VIII-ой Международной научно-практической конференции «Пространство и время- система координат развития человечества».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, реферируемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, описания объектов и методов исследования, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 108 страницах, содержит 25 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает ______ наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
