Информация о ходе выполнения работ по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.607.21.0139 от 27 октября 2015 года с Минобрнауки России.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки 
Институт химической физики им. Н.Н.Семенова Российской академии наук  

Информация о ходе выполнения работ 
по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.607.21.0139 от 27 октября 2015 года с Минобрнауки России 
Тема: Разработка конструкционных композиционных наноматериалов нового поколения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с комплексами улучшенных эксплуатационных характеристик (противоизносных, трибологических, механических, пониженной горючестью) и полимеризационной технологии их получения. 

 

Основные результаты 2-ого этапа проекта 

В соответствии с планом-графиком работ 2-ого этапа проекта, изготовлена и запущена стендовая установка с реактором объемом 2,5 литра для синтеза лабораторных образцов конструкционных композиционных материалов на основе СВМПЭ и наполнителей разного типа. Установка позволяет получать в одном опыте 100-120 г. материала. Это позволило расширить исследование комплекса свойств разрабатываемых композиционных материалов. 

На стендовой установке синтезированы образцы конструкционных композиционных материалов, составы которых были выбраны на основании анализа результатов исследований, выполненных ранее. Получены образцы композитов СВМПЭ с монтмориллонитом (ММТ) (содержание 5,3, 7,0 и 8,3 мас.%), с нанопластинами графита (НПГ) (содержание 2,9, 4,0 и 5 мас.%), с гидроксидом алюминия (содержание 65, 68 и 70 мас.%), кроме того были получны композиты с шунгитом, содержащим углерод фуллереноподобной структуры (содержание 4,2 и 5,3 мас.%), с дисульфидом молибдена (содержание 3 и 4,5 мас.%) и волластонитом (содержание 10 масс%), 

Полученные образцы композиционных материалов СВМПЭ со слоистыми нанонаполнителями (ММТ, нанопластины графита НПГ) выбранных составов характеризуются высокими механическими свойствами: имеют модуль упругости при растяжении в 1,5 раза выше по сравнению с СВМПЭ, предел прочности до 36 МПа, относительное удлинении при разрыве 90-340%. Теплостойкость полученных материалов, по данным динамического механического анализа, увеличивается на 20-25°С по сравнению с СВМПЭ. Резко снижается газопроницаемость полученных композитов со слоистыми наполнителями. При содержании слоистого нанонаполнителя 4- 8 мас..% газопроницаемость по кислороду снижается в 2-3 раза по сравнению с ненаполненным СВМПЭ, что проявляется в повышении стойкости к термоокислению. 

Полученные композиты с шунгитом и дисульфидом молибдена имеют более высокую прочность при растяжении (рр = 42-47 МПа) по сравнению с композитами, содержащими слоистые наполнители ММТ и НПГ при близких степенях наполнения. 

Они имеет высокое относительное удлинение при растяжении (250±10 %), но более низкий модуль (750-830 МПа). При этом эти материалы характеризуются значительным повышением износостойкости при трении по стали (сталь 10, класс шероховатости 5, Ra 5 мкм): в 2-3 разав случае шунгита, в 1,5 раза в случае дисульфида молибдена. Все полученные композиты имеют низкий коэффициент трения на уровне ненаполненного СВМПЭ – 0,17-0,2. Полученные высоконаполненные композиции с гидроксидом алюминия обладают повышенным модулем упругости и хорошей пластичностью: при 70 мас.% наполнителя модуль 2050 МПа и рр =198±8 %,; материал относится к самозатухающим категории V-O. 

Удельное усилие адгезионного отслоения краски на полученных образцах композитов СВМПЭ ниже, чем в случае ненаполненного СВМПЭ, т.е. композиты обладают более высокими антиадгезионными свойствами. 

На основании разработанных методик изготовлены лабораторные образцы поверхностно модифицированных фторированием и обработкой низкотемпературной плазмой композитов СВМПЭ и наполнителей (углеродных, ММТ, дисульфида молибдена). 

Разработана технологическая схема установки с реактором объемом 20 литров для синтеза экспериментальных образцов конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и наполнителей разного типа, на базе которой разработана ЭКД на установку с реактором объемом 20 литров для синтеза экспериментальных образцов композитов. Изготавливаются детали и узлы установки.