Ученые МИЦ «Композиты России» разработали новые самовосстанавливающиеся материалы

Специалисты Межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» разработали решение проблем, связанных с механическими повреждениями в композиционных материалах.

Отслоения волокон от матрицы, микротрещины, повреждения поверхностного слоя материала и другие дефекты не поддаются ремонту. Поэтому, в последние годы, в индустрии наносистем не прекращаются попытки создания полимеров и полимерных композиционных наноматериалов, способных к самовосстановлению в целях разработки технологии получения и обработки функциональных наноматериалов. Подобные материалы должны самостоятельно «залечивать» трещины и другие дефекты, возникающие в процессе производства или эксплуатации изделия.

«Сейчас существует, как минимум, два принципиально отличающихся подхода к созданию таких материалов: «примесное» и «беспримесное» самовосстановление, — рассказывает Владимир Нелюб, директор МИЦ «Композиты России». — Первый подход предполагает внедрение «залечивающих» добавок в обычный полимерный материал: компонентами таких добавок обычно являются сферические капсулы или полые трубки, наполненные жидкими мономером или олигомерами, которые разрушаются при образовании трещины, жидкие компоненты растекаются и полимеризуются под действием отвердителя или катализатора, заранее введенных внутрь композита».

Этот подход обладает рядом преимуществ: позволяет «залечивать» макроскопические трещины и может быть применен для самовосстановления практически любых термопластов.

«Второй подход – это «беспримесное» самовосстановление, — говорит Нелюб. – Он предполагает создание такого материала, который был бы способен заново образовывать химические связи между поверхностями трещины, за счет наличия внутри полимера специально подобранных функциональных групп».

Для создания таких систем необходимо, чтобы мономерные компоненты материала были полностью или частично полимеризованы за счет обратимой, в определенных условиях, реакции. Тогда, в случае повреждения, материал может быть подвергнут частичной деполимеризации с высвобождением фрагментов, заполняющих трещину, с последующей обратной полимеризацией в сшитое состояние. Такой подход представляется более перспективным, чем «примесный», ведь он позволяет сделать восстановление контролируемым и многократным, однако связан с необходимостью создания сложной многокомпонентной системы.

«Наши специалисты провели анализ данных и посчитали, что наиболее перспективной обратимой реакцией для создания самовосстанавливающегося материала будет 4+2 циклоприсоединение между парой фуран-малеимид. Прямая реакция Дильса-Альдера между различными фурановыми соединениями и замещенными малеимидами обычно протекает в области 20-70 оС, обратная – 90-130оС, что позволяет рассчитывать на создание материала, отверждаемого при относительно невысоких температурах с термостойкостью, превышающей 100 оС», — говорит Нелюб.

На этапе анализа ученые МИЦ «Композиты России» разработали подходы к синтезу специальной полимерной основы, с фурановым циклом в составе, которая будет способна связываться с залечивающим компонентом – бисмалеимидом.

«В наших лабораториях были проведены оценочные эксперименты по самовосстановлению специально разработанных связующих, на основе фурана и бисмалеимида, — рассказывает Владимир Нелюб. – Этот продукт предназначен для повышения надежности и эксплуатационной эффективности различных видов техники, конструкций и сооружений, в которых применяются полимерные композиционные материалы, а также лакокрасочных покрытий».

«Композиты России» уверены, что самовосстанавливающиеся материалы могут позволить увеличить срок службы изделия на 30 – 40 % и сократить расходы на его эксплуатацию из-за снижения аварийности и снижения ремонтных мероприятий, выполняемых в осложненных условиях. В числе потенциальных потребителей результатов проекта могут быть предприятия авиационно-космического комплекса, энергетического комплекса, производители специальной техники и др.

 

Межотраслевой инжиниринговый центр «Композиты России» – это структурное подразделение МГТУ им. Н.Э. Баумана созданное 15 июня 2011 года для содействия в разработке, производстве и коммерциализации высокотехнологичных решений университета (новые материалы, композиты, нанотехнологии, информационные технологии), формирования научного задела и современных образовательных технологий и программ. Центр реализует «замкнутый цикл» инжиниринговых и научно-образовательных услуг, от разработки до внедрения технологий и промышленной продукции в ключевые сектора экономики РФ, такие как: транспортная, строительная, ЖКХ, энергетическая, нефтегазовая, медицинская и ИТ.

МГТУ им. Н.Э. Баумана — Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана — Первый технический университет в России. Обучение в МВТУ им. Н.Э. Баумана ведется на 19 факультетах дневного обучения. Работает аспирантура и докторантура, два профильных лицея. МВТУ им. Н.Э. Баумана осуществляет подготовку более 19 тысяч студентов практически по всему спектру современного машино- и приборостроения. Научную и учебную работу ведут более 320 докторов и около 2000 кандидатов наук. Всего Университет выпустил около 200 тысяч инженеров. Основными структурными подразделениями университета являются научно-учебные комплексы, имеющие в своем составе факультет и научно-исследовательский институт.


Еще по теме