Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование методов модификации сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) наночастицами оксидов циркония и титана для создания новых композиционных наноматериалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Номер контракта: 14.576.21.0004

Руководитель: Немерюк Алексей Михайлович

Должность: заведующий лабораторией

Организация: федеральное государственное унитарное предприятие "Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
свмпэ, наночастицы оксидов переходных металлов, композиционный материал, прочность, нанодисперсный наполнитель, синтез наночастиц в полимерной матрице, неводные сольвотермальные методы синтеза наночастиц

Цель проекта:
Разработка новых подходов и методов модификации сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), позволяющих формировать высокопрочные композиционные наноматериалы с улучшенными эксплуатационными характеристиками , в том числе большей предельной температурой эксплуатации, повышенными механическими и специальными свойствами, включая электрофизические и биологические, для применения в качестве функциональных и конструкционных материалов

Основные планируемые результаты проекта:
Должен быть разработан отчет о ПНИЭР;
Должны быть изготовлены экспериментальные образцы композиционных наноматериалов с ориентированной структурой, на основе СВМПЭ, а также самоармированные композиционные материалы на основе СВМПЭ;
Должен быть разработан лабораторный регламент методов модификации СВМПЭ, с возможностью регулирования конечной структуры.
Основным результатом ПНИЭР должен являться разработанный метод модификации СВМПЭ, позволяющий получать нанокомпозиты на основе СВМПЭ, обладающие требуемыми характеристиками, как физико-механическими так и химическими.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом, получаемым с использованием обнаруженных в ходе выполнения ПНИЭР закономерностей является материал, являющийся нанокомпозитом на основе СВМПЭ. В качестве наноразмерного наполнителя в нанокомпозите применяются оксиды металлов
(титана, циркония и гафния), получаемые химическим синтезом из органических производных непосредственно в полимерной матрице. Нанокомпозит на основе СВМПЭ обладает комплексом свойств, обеспечивающих превосходство эксплуатационных характеристик материала в сравнении с неизмененным СВМПЭ.
В современной научной литературе существуют статьи, посвященные получению разнообразных композитов на основе СВМПЭ. Как правило метод получения - смешение нанопорошков и полимера в смесителях, растворные методы, связанные с необходимостью получать растворы полимера низкой концентрации в высококипящих растворителях. Разрабатываемый метод позволяет получать нанокомпозит не прибегая к перечисленным технологиям. Обработке подвергается реакторный порошок СВМПЭ и в результате получается продукт, пригодный для формования в изделия методом горячего прессования. Прямых аналогов работы в современной научной литературе не найдено, однако существуют публикации, относящиеся к методам получения металлополимерных композитов методом импрегнирования для таких полимеров как ПММА, ПТФЕ, полистирол и каучуки.
Основной путь достижения заявленного результата - проведение многочисленных экспериментов в ходе которых определяются оптимальные условия получения нанокомпозитов, подбираются исходные соединения и темпераментно-временные параметры взаимодействия прекурсоров оксидов металлов с порошком СВМПЭ. Полученные в ходе исследований образцы изучают с целью определения физико-механических характеристик, спектральных свойств и химического состава. На основе анализа современной научной литературы и результатов экспериментов формируется практически приемлемый метод модификации СВМПЭ, позволяющий получать нанокомпозиты с заданными свойствами. Ограничения и риски связаны с форс-мажорными обстоятельствами или изменением рыночной конъюнктуры, оказывающим влияние на практическую целесообразность и рентабельность применения разрабатываемых методов. Однако, учитывая необходимость осуществления импортозамещения и производства отечественной высокотехнологической продукции и продукции двойного назначения, к которой и относятся изучаемые нанокомпозиты, вероятность влияния последнего фактора можно признать незначительной.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Композиционные материалы, армированные дисперсными наполнителями и обладающие ориентированной структурой, найдут широкое применение при производстве антифрикционных материалов. Причем разрабатываемые материалы могут работать в условиях сухого трения, т.е. без смазки. Ориентированная структура в этих материалах поможет существенно увеличить максимальные рабочие напряжения, и выведет эти материалы на передовой уровень среди остальных полимеров антифрикционного назначения; высокоориентированные волокна и плёнки из СВМПЭ могут найти своё применение при производстве канатов, рыболовных сеток, парусов, специальной защитной одежды от проколов и прорезов и даже для производства баллистической защиты: бронежилетов, касок для полицейских, брони для автотранспорта; самоармированные композиционные материалы благодаря своим очень высоким механическим свойствам и сохранёнными биосовместимыми характеристиками могут быть использованы в имплантологии, при производстве эндопротезов тазобедренных и коленных суставов;
Экономический эффект от внедрения разрабатываемых материалов может быть достаточно весом, учитывая факт заинтересованности в продукции из нанокомпозитов на основе СВМПЭ горно-добывающей, химической, обрабатывающей промышленности, возможность применения в транспортной отрасли, а так же на предприятиях ВПК.
В ходе реализации проекта осуществляется сотрудничество с отечественными и зарубежными научными и образовательными организациями. Результаты полученные при выполнении проекта представлены на конференциях, а так же публикациями в научной литературе.

Текущие результаты проекта:
Разработана лабораторная методика получения СВМПЭ, модифицированного оксидами переходных металлов (TiO2, ZrO2, HfO2) в ходе химических превращений соединений переходных металлов в гелях СВМПЭ;
Проведены исследования композиционных наноматериалов, содержащих наночастицы оксидов титана, циркония и гафния (TiO2, ZrO2, HfO2), а также самоармированных композиционных наноматериалов, содержащих наночастицы оксидов титана, циркония и гафния (TiO2, ZrO2, HfO2) методами ДСК, ДРС, ИК, РФА, СЭМ;
Изготовлены и проведены механические испытания экспериментальных образцов композиционных наноматериалов с химически связанным наполнителем, содержащим наночастицы оксидов титана, циркония и гафния (TiO2, ZrO2, HfO2);
Изготовлены и проведены механические испытания экспериментальных образцов самоармированных композиционных наноматериалов, содержащих наночастицы оксидов титана, циркония и гафния (TiO2, ZrO2, HfO2);
Подобраны оптимальные условия проведения процесса получения наночастиц оксидов титана, циркония и гафния (TiO2, ZrO2, HfO2) в полимерной матрице СВМПЭ в условиях синтеза с применением микроволнового облучения;
Проведены исследования взаимодействия полимерных матриц с органическими соединениями и алкоксидами переходных металлов в условиях воздействия микроволнового излучения;
Разработан лабораторный регламент модификации СВМПЭ с возможностью регулирования конечной структуры;
Исследована диэлектрическая проницаемость композиционных наноматериалов, полученных путем взаимодействия алкоксидов титана и циркония с органическими соединениями в полимерной матрице СВМПЭ;