Диссертация (Многофункциональные полимерные композиционные материалы на основе поликарбоната и технологии получения инновационной продукции), страница 4

Предложены механизмы упрочнения при воздействии ударныхнагрузок, оптимизированы параметры структуры, состав и строение границыраздела фаз, обеспечивающих максимальные значения ударной вязкости - до 40 –1950 кДж/м2 (при низких температурах - до 35 кДж/м2), что превышает ударнуювязкость ПК в 2-2,5 раза;- впервые установлено влияние состава, строения и структуры границыраздела фаз в смесях ПК + полимер-модификатор + модифицирующие добавки наударную вязкость. Показано, что при температурно-временных параметрахпереработки термоокислительную деструкцию на границе фаз в смесях ПК + АБСудается полностью подавить при введении 0,5-0,75 масс. % дифосфитов на основепентаэритрита и обеспечить их термостабильность и повышение ударнойвязкости, а в смесях ПК + ПАТФ происходит синтез сополимеров на границераздела фаз, их диффузия в объем матрицы, что снижает ударную прочность,деформацию и теплостойкость смесей полимеров.

Оптимизирован состав добавкикласса алкиларилдифосфитов для блокирования реакции синтеза сополимеров иповышения ударной вязкости смесей полимеров;- изучены закономерности структурообразования в нанокомпозитах играницы раздела фаз в полимерных материалах на основе поликарбоната спокрытиямиразличнойприродыприсозданииоптическипрозрачныхабразивостойких материалов.

Определены оптимальные параметры структурыматериалов с наночастицами высокой твердости (7,0-7,5 по шкале Мооса) итехнологии получения изделий с высокой абразивостойкостью поверхности (4Н)методами экструзии и литья под давлением. Предложен состав и молекулярныйдизайн кремнийорганических композиций для защитных покрытий с высокойадгезий к ПК и абразивостойкокостью, и разработана оптимальная технология ихнанесения на поверхность изделий из ПК. Установлен механизм повышенияабразивостойкости, заключающийся в залечивании царапин при вязкоупругомвосстановлении защитного покрытия (Куп = 99%);-установленыосновныезакономерностипостроениядисперсно-наполненной и фазовой структуры светопреобразующих и светорассеивающихполимерных композиционных материалов на основе ПК с оптически активныминаполнителями-люминофорами и светорассеивающими добавками для изделийсветодиодной техники.

Впервые получены значения обобщенных параметровдисперсной структуры (Θ, аср и аср/d) ДНПКМ с оптимальным комплексом20светотехнических характеристик и показано, что введение 0,3-0,35 масс. %ограниченно совместимой светорассеивающей добавки (окисленный ПЭ воск) вматрицу ПК приводит к усилению светорассеивающих характеристик иповышению эффективности действия активного наполнителя-люминофора, чтопозволяет уменьшить его содержание в ~ 2,5 раза.Практическая значимость работы.Разработаны научные основы, составы, техническая документация итехнологии получения полимерных композиционных материалов на основе ПК иизделий многофункционального назначения (ударопрочные, химически стойкие,абразивостойкие, свето-преобразующие и светорассеивающие), освоено опытнопромышленное и промышленное производство ДНПКМ и изделий различнымиметодами переработки, а также создана инновационная продукция.

На новыеполимерные композиционные материалы на основе ПК многофункциональногоназначения разработаны оптимальные технологии их получения и переработки визделия с уникальным комплексом технологических и эксплуатационных свойств,а также создан полный комплекс научно-технической документации, по которойбыла получена инновационная продукция, что способствовало формированиюнового отечественного рынка материалов на основе ПК:-разработанасериявысокоударопрочных,химическистойкихконструкционных материалов на основе смесей ПК +АБС и ПК + ПАТФ подторговой маркой «Пластизар» (Патент РФ № 2010819, Патент РФ № 2057772,Патент РФ №2057152): - для переработки литьем под давлением и экструзией визделия различного назначения (Пластизар А-4Л, ТУ 6-06-379-99; Пластизар А4ЛС, ТУ 2224-151-09201208-95; Платизар-Э4-Л, ТУ 6-06-234-91;Платизар-Б3-Л,ТУ 6-06-244-92; Пластизар А-4Э, ТУ 2224-150-02099342-93); разработанатехнология получения концентратов стабилизаторов и функциональных добавокна основе поликарбоната (ТУ 2226-536-00209349-2015) для производстваоптическогополикарбонатаатмосферостойкогоПК(ТУ2226-537-00209349-2015)иэкструзионного специальных марок (ТУ 2226-167-00209013-2016); организовано промышленное производство серии высоко ударопрочныххимически стойких конструкционных материалов на основе смесей ПК +АБС и21ПК + ПАТФ на АО «Заря», АО «Институт пластмасс»; на предприятии ООО«Гамма-Пласт» налажено производство материалов на основе смесей ПК;производство деталей из высоко ударостойких композиций - на ОАО «Пластик»г.

Узловая, ОАО «АвтоВАЗ»;организовано-промышленноепроизводствоударопрочныхатмосферостойких оптически прозрачных листов марки ВТП-8/ПК-ЭА-7,0 (ТУ2256-539-0029349-2015) и атмосферостойкого листового прозрачного материала(ТУ 2226-168-00209013-2016) на ООО «СафПласт», г. Казань;- созданы и внедрены в промышленность абразивостойкие нанокомпозитыоптимальной структуры и свойств на основе оптически прозрачного ПК (ТУ 2226543-00209349-2016, Патент РФ №2447105) на ООО «Альтаир» и новыекремнийорганическиетермоотверждающиесякомпозицииитехнологиинанесения защитных покрытий на поверхности экструзионных и литьевыхизделий из ПК (Патент РФ №2493014, Заявка № 2015150075 от 23.11.2015г.).

ВОАО «НИИ стали» по разработанной технологии выпущены опытные образцыбронестеколсзащитнымпокрытием.Разработанабразивостойкийатмосферостойкий полимерный листовой материал (ТУ 2256-165-00209013-2016).-разработанлюминесцентныхассортименткомпозицийнановыхосновелитьевыхПКсоиэкструзионныхсветопреобразующимидисперсными наполнителями-люминофорами и светорассеивающими добавками(Патент РФ № 2405208, Патент РФ 2549406, ТУ 2291-545-00209349-2016), а такжетехнологии полученияизделий различной конфигурациии формы дляосветительных приборов светодиодной техники нового поколения (Патент РФ№93933, Патент РФ №93929, ТУ 2245-547-00209349-2016).

Производство освоенона опытном заводе АО «Институт пластмасс».ОсновныеМеждународныхрезультатыиработыВсероссийскихдоложеныиобсужденынаучно-техническихнаконференциях13исеминарах:Всесоюзнаянаучно-техническаяконференция«Композиционныеполимерные материалы, свойства, производство и применение, Москва, 14-16октября, 1987; Всесоюзная научно-техническая конференция «Применение22композиционных материалов в машиностроении», Гомель, 1988; Всесоюзнаянаучно-техническаяМеждународнаяконференции«Смесинаучно-практическаяполимеров»,конференцииКазань,1990;«Материалывавтомобилестроении», Тольятти, 10-11 июля, 1998; XIV Scientific Conference«Modification of polymers», Kudowa, 20-30 October, 1999; XI Андриановскаяконференция «Кремнийорганические соединения.

Синтез, свойства, применение»,Москва, 26-30 сентября, 2010; ХIII Московский международный салонизобретений и инновационных технологий «Архимед» - 2010» - разработкалюминесцентногокомпозиционногоматериала(ПатентРФ№2405208)награждена золотой медалью; Международная молодежная научно-техническаяконференция «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья –основа инновационного развития экономики России», Москва, 25-28 июня, 2012;Научно-техническая конференция «Полимерные материалы для эффективнойэкономики», Москва, 30 октября, 2013; Конференция «Химия в авиационномматериаловедении», Москва, 29 октября, 2013; 9-ая Всероссийская научнаяконференция «Технологии и материалы для экстремальных условий», Туапсе, 813 сентября, 2014; VIII Российский конгресс переработчиков пластмасс«Инновационные разработки для современной полимерной индустрии», Москва,29 октября, 2015; II Международная конференция «Конструкционные полимеры икомпозиты»,«Полимерныематериалыинженерно-конструкционногоиспециального назначения», Москва, 18 апреля 2016.Основные результаты исследований изложены в 31 научной публикации, изних в рекомендованных ВАК журналах - 15 научных статьях (1 - Scopus),9 патентах РФ и 7 тезисах докладов.Работа выполнена в Акционерном обществе «Институт пластмасс имениГ.С.

Петрова».Исследования по диссертационной работе были проведены в рамкахвыполнения следующих государственных программ:Федеральная целевая программа №1 (Постановление ПравительстваРоссийской Федерации от 15 октября 2001 г. N 728 г. Москва);23ФЦП«Национальнаятехнологическаябазана2007-2011годы»(Постановление Правительства Российской Федерации от 29 января 2007 г. N 54г. Москва);ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развитиянаучно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (ПриказРоснауки от 20 апреля 2007 г. №55);«Программа прикладных научных исследований и проектов в интересахгорода Москвы на 2009-2011 годы» (Постановление Правительства Москвы от 10марта 2009 г.

№186ПП);ГосударственнаяпрограммаРоссийскойФедерации«Развитиепромышленности и повышение ее конкурентоспособности» (ПостановлениеПравительства Российской Федерации от 30 октября 2013 г. N 972 г. Москва),подпрограмма14«Развитиепроизводствакомпозиционныхматериалов(композитов) и изделий из них»;Научно-техническаяпрограммаСоюзногогосударства«Разработкаинновационных технологий и техники для производства конкуренто - способныхкомпозиционных материалов, матриц и армирующих элементов на 2012-2016годы», шифр «Компомат».24ГЛАВА 1.

МНОГОУРОВНЕВАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХГЕТОРОФАЗНЫХСТРУКТУРМАТЕРИАЛАХ–ВПОЛИМЕРНЫХРЕГУЛЯТОРКОМПОЗИЦИОННЫХТЕХНОЛОГИЧЕСКИХИЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВМногие задачи современного полимерного материаловедения можнорешить только путем создания многокомпонентных гетерогенных гетерофазныхкомпозиционныхматериалов.Числосочетанийразличныхкомпонентовпрактически безгранично, а регулирование гетерогенности и гетерофазности наразных иерархических уровнях структуры позволяет целенаправленно управлятьсвойствами материалов в очень широком диапазоне.Основное условие образования полимерного композиционного материала(ПКМ) – гетерофазность - наличие не менее двух фаз в структуре гетерогенногоматериала, одна из которых (полимерная) является непрерывной в трехнаправлениях (в объеме) – фаза-матрица, объединяющая все компоненты иэлементы структуры в единое целое – в монолитный материал.Гетерогенность ПКМ задается фазовой неоднородностью, структуройграничныхслоев(межфазных,диффузионныхиадсорбционныхслоев),формирующихся на границе раздела приведенных в молекулярный контакт фаз ивключениями различной природы (флуктуации плотности, дефекты и др.).Структурная неоднородность ПКМ определяется фазовым составом,распределением фаз в объеме, наличием граничных слоев (межфазных,диффузионных и адсорбционных), отличающихся по структуре и свойствам отисходных компонентов.ГетерогеннуюконцепцииможногетерофазнуюпредставитьструктурукакПКМвмногоуровневуюразвиваемойединуюнамисистему,построенную на разных иерархических уровнях:- наноуровень – наночастицы размером - 1,0 – 100 нм и структурамежфазных слоев толщиной 1-10 нм (адсорбционные) и 10 - 500 нм (граничные);25- микроуровень –формирование фазовых частиц размером 0,1 – 1,0 мкм(ультрадисперсные) и 1,0 – 10 мкм (микродисперсные) и структура граничныхслоев толщиной более – 500 нм;- макроуровень – фазовая структура с размером фазовых частиц 10-50 мкм(макродисперсные) и более 50 мкм (крупные макрочастицы).Макроуровень структуры ПКМ представляет собой фазовую структуругетерогенного материала, которая определяется фазовой неоднородностью,составом, соотношением, упаковкой и размерами частиц фаз от 10 до 50 мкм(макродисперсные частицы) и более 50 мкм (макрочастицы).Микроуровень структуры ПКМ задается формированием фазовых частицразмером 100 нм - 1,0 мкм (ультрадисперсные частицы) и 1,0 – 10 мкм(микродисперсные частицы) и структурой граничных слоев (размер 0,01 - 0,5мкм), формирующихся на границе раздела фаз, которая отличается по структуре исвойствам от исходных компонентов).Наноуровень структуры ПКМ определяется образованием наночастицразмером 1,0 – 100 нм и наличием структуры граничных (межфазных) слоев,которая зависит от термодинамики взаимодействия приведенных в молекулярныйконтакт компонентов и кинетики процесса их формирования.Другие уровни организации структуры (молекулярный и атомный)полимеров задается их атомными молекулярным дизайном, причем молекулярныйуровень образует молекулярная структура полимеров разной химическойприроды, заместителей, функциональных групп, молекулярной массы и ММР, аатомный уровень характеризует наличие в химической структуре полимероватомов разной природы, и в настоящей работе, посвященной ПКМ, нерассматриваются.Структуры разных иерархических уровней объединены в структуру ПКМ,которая работает как единое целое.Таким образом, гетерогенность ПКМ задается на разных уровняхорганизации их многоуровневой структуры: макро-, микро- и наноуровнях,причем каждый иерархический уровень вносит свою долю, как в формированиеструктуры, так и комплекс свойств ПКМ.26Многоуровневая структура ПКМ формируется в технологических процессахсмешения (совмещения) в результате распределения исходных компонентов (фаз)в объеме или при спинодальном распаде однофазной многокомпонентнойсистемы с выделением не менее двух фаз.