Российские ученые синтезировали полимеры с уникальным свойством
Ученые института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова (ИНЭОС) РАН создали полимерные материалы, обладающие уникальным свойством, которое состоит в том, что жесткость полимера (модуль упругости) плавно меняется в необходимом направлении. С одной стороны полимерный материал представляет собой мягкую резину, с другой – твердую пластмассу.
Такие материалы называют градиентными. Модуль упругости полимера может плавно изменяться в диапазоне от 3 до 2000 МПа в пределах одного изделия или материала без границ раздела и различных слоев.
Обычно для регулирования свойств полимеров используют послойное совмещение материалов при помощи дорогостоящих склейки и сварки. Кроме трудоемкости эти методы имеют следующий недостаток: полученные материалы обладают плохим межслоевым сцеплением (адгезия).
Исследователи ИНЭОС РАН для получения материалов с управляемыми свойствами в определенных направлениях предложили синтезировать градиентные полимеры на основе композиции из двух полимерных материалов – стеклообразного и высокоэластичного. Притом в этом методе не происходит банальное смешение двух полимеров – плавного изменения свойств таким способом добиться невозможно. Здесь речь идет о синтезе двух видов сетчатых полимерных структур, находящихся в одном материале в разных пропорциях. Сначала ученые сконструировали такие сетки при помощи компьютерного моделирования, которое позволило рассчитать им свойства полимеров исходя из их химического строения, и провести «виртуальный» синтез полимерных материалов с заданными свойствами. Таким образом, был разработан наиболее оптимальный способ синтеза новых полимеров, который потом был реализован. Полученные градиентные полимеры были исследованы на механические свойства, которые показали их настоящую работоспособность.
Как показали эксперименты, градиентные полимеры, созданные в ИНЭОС, способны работать (не разрушаясь и не размягчаясь) в диапазоне температур от -50ОС до +330ОС. притом они обладают высокой износостойкостью, эластичностью и прочностью.
Полученные новые материалы имеют перспективу использования на промышленных предприятиях, в бытовой технике, в обувной промышленности, в медицине.
Лаборатория совместно с Московским протезным заводом начала проводить опыты по изготовлению ортопедической обуви, в которой сжимающие нагрузки воспринимает пласикоподобная часть материала, а растягивающие – резиноподобная. Под пяткой подошвы расположен жесткий материал, приближаясь к носку, подошва становится мягче.
Градиентные материалы в медицине могут использоваться в качестве имплантатов – резиноподобный материал имитирует хрящевую ткань, а жесткий – костную. Были проведены испытания таких имплантатов на кроликах, которые показали хорошую биосовместимость и безопасность.
В текстильной промышленности, самолето– и автостроении армированные градиентные материалы можно применять в виде шестеренок и валиков, работающих практически без износа и бесшумно. Центральная часть этих шестеренок обладает высокой твердостью, а к периферии в зоне зубцов модуль упругости материала снижается.
Градиентные материалы можно использовать при изготовлении вибропоглощающих конструкций, например, опоры различных приборов (приборной и бытовой техники, радиоаппаратуры), в которых градиент модуля упругости от мягкой резины до жесткой пластмассы создается по толщине. Таким образом, можно получить подставку под прибор жесткую и эластичную одновременно. Соединили винтом – и никакая обойма к подставке уже не нужна. Пластиковая часть опоры увеличивает срок службы, благодаря надежному креплению, а мягкая резиноподобная часть гасить нежелательные вибрации.
