Отзыв проф. Кербера М.Л. (Многофункциональные полимерные композиционные материалы на основе поликарбоната и технологии получения инновационной продукции)

отзыв официального оппонента на диссертационную работу Т. И. Андреевой «Многофункциональные полимерные композиционные материалы на основе поликарбоната и технологии получения инновационной продукции», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.17.06 -Технология и переработка полимеров и композитов Ак альность аботы Развитие практически всех отраслей техники постоянно требует использования новых материалов, соответствующих постоянно растущим требованиям. Полимерные материалы - пластические массы и композиты (ПКМ) - относятся к числу наиболее динамично развивающихся материалов с широким спектром изменения самых различных характеристик. Актуальность рецензируемой работы определяется в первую очередь тем, что созданные в процессе ее выполнения мат~риалы способствуют быстрому, скачкообразному развиппо целого ряда отраслей техники — от автомобилестроения и строительства до светотехники и электроники.

При всем разнообразии свойств ПКМ основное внимание уделялось, как правило, изучению их физико-механических и теплофизических характеристик, и опубликованные работы касаются главным образом структуры ПКМ и связи ее параметров именно с этими свойствами. Благодаря разработке новых, научно-обоснованных подходов к созданию материалов с комплексом специфических свойств в работе удалось не только создать целую гамму композитов на основе поликарбонатов, но и успешно реализовать их производство на ряде промышленных предприятий. Развитый в работе подход позволяет в перспективе создавать новые полимерные композиты, сочетающие ряд ценных свойств и обеспечивающие дальнейшее развитие перспективных направлений техники. Выполненные в работе исследования связаны с разработкой материалов с комплексом специфических свойств (прозрачность, абразивостойкость, светопропускание) и потребовали поиска других видов корреляционных зависимостей со структурой материалов.

Анализ со е жания иссе та ии ее заве шенности. иссертационная работа Т.И.Андреевой изложена на 352 стр., состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы (276 наименований) и приложения в виде отдельного тома объемом 60 стр.; диссертация включает 161 рисунок и 74 таблицы. Работа построена не по традиционной схеме - если глава 1 может рассматриваться как литературный обзор, то главы 2, 3 и 4 представляют собой самостоятельные разделы, каждый из которых посвящен разработке определенного типа материалов, а глава 5 содержит материалы о практической значимости работы и областях ее практической реализации. В отдельном томе приведены документы (технические условия, регламенты, акты о внедрении и т.п. материалы), подтверждающие практическое использование и высокий уровень разработанных материалов.

Разделы работы изложены логично, работа оформлена в соответствии с требованиями нормативных документов. По теме диссертации опубликовано 17 статей, получено 10 патентов, а результаты работы доложены и обсуждены на 7 научных конференциях. Во введении, традиционно, обозначены актуальность и степень разработанности темы, определены цель и поставленные задачи, показана научная новизна, практическая значимость работы и полученных результатов, а также основные результаты, выносимые на защиту. Приводится список конференций, где докладывались полученные результаты, а также перечень научных программ, в рамках которых выполнялись проведенные исследования. Из-за особенностей выбранной структуры работы части литературного обзора, кроме главы 1, включены также в главы 2, 3 и 4.

Это, с одной стороны, излишне увеличивает его объем (88 стр.), а, с другой стороны, приводит к появлению повторений. К недостаткам обзора, в целом достаточно подробного и интересного, следует отнести отсутствие ссылок и масштаба у ряда микрофотографий структуры смесей полимеров. Подробно обсуждаются условия формирования различных видов структур, влияние на них совместимости, температуры и технологических условий смешения. С некоторыми положениями автора трудно согласиться; так, приведенная на рис.1.24 схема граничного слоя на поверхности твердого наполнителя включает диффузионный слой, что более чем сомнительно. Вместе с тем, появление такого слоя на поверхности эластичной частицы наполнителя (например, каучука) представляется вполне достоверным. Вызывает сомнение возможность существования вокруг наночастиц размером 1-100 нм граничных слоев толщиной до 500 нм ( стр.

24 ) - такой же толщины, как и у частиц размером 0,1-1,0 мкм. Однако основная цель литературного обзора - обоснование методического и технологического подхода к организации проводимых исследований - автору удается полностью, что находит в дальнейшем подтверждение в ходе выполнения работы. Глава вторая поовищена обоонованию подходов к разработке композиционных материалов на основе поликарбонатов с повышенными ударными характеристиками. По литературным данным были выбраны три подхода-с использованием несовместимых компонентов (полиоле фины), ограниченно совместимых (АБС-пластики) и кристаллизующихся ( ПЭТФ, ПБТФ), Процесс смешения и получения ПКМ на основе смесей выбранных полимеров проводили на современных лабораторных смесительных установках в режимах, обеспечивающих высокое качество смешения гетерогенных смесей.

Проведенные исследования позволили диссертанту установить решающую роль гетерогенности фазовой структуры в формировании высоких значений ударной вязкости, на которую существенное влияние оказывают количественное соотношение компонентов, их вязкостей и взаимодействие на поверхности раздела фаз. Если при малом содержании частиц полиэтилена размером 0,2-9,6 мкм формируется типичная матричная структура, характеризующаяся высокой ударной вязкостью, то увеличение содержания ПЭ выше 20',4 приводит к формированию структур типа взаимопроникающих сеток. Такие структуры характеризуются низкой ударной прочностью и склонностью к расслаиванию при больших сдвиговых деформациях. При изучении температурной зависимости ударной вязкости автором был установлен специфический механизм разрушения в низкотемпературной области— наблюдался отрыв фазы полиэтилена от фазы поликарбоната, с образованием пор диаметром 0,1- 3,0 мкм.

При этом снижения ударной вязкости и других физико-механических характеристик не наблюдалось. Имеющую место склонность к расслаиванию при высоких сдвиговых деформациях удается подавить введением небольших количеств модификаторов типа МБАТК (метилметакрилат-бутиловый каучук), что может быть объяснено повышением адгезии на межфазной границе. В соответствии с выбранной схемой написания диссертации данные об объектах исследований, выбранных методах получения композитов и исследования их структуры и свойств описаны в соответствующих главах.

Следует отметить, что выбор этих методов воегда убедительно обоснован, а надеинооть и доетоеедиоегь полученных результатов не вызывают сомнений. Использование сополимеров АБС сопровождается формированием более сложной структуры - из-за ограниченной совместимости компонентов резко возрастает роль межфазных слоев. Максимальное значение ударных свойств реализуется при введении 20'Ы АБС, а переход к взаимопроникающей сетке происходит выше содержания 40',4. При этом во всех случаях имеет место снижение физико-механических характеристик, за исключением А„. Впервые показано, что величина ударной вязкости в смеси с поликарбонатом определяется содержанием и химическим составом АБС- сополимера, а также реологическими свойствами компонентов. Так, при использовании сополимера с максимальным содержанием БСК размер частиц дисперсной фазы составляет 0,3-0,5 мкм, а при использовании сополимера с меньшим содержанием БСК имела место структура взаимопроникающей сетки со значительно более низкой ударной вязкостью.

Как показано в работе, при модификации ПК кристаллизующимися полиалкиленфталатами, на характер формирования структуры оказывают влияние как ограниченная совместимость компонентов, так и возможность протекания обменных химических реакций на границе раздела фаз. Проведенные исследования показали, что в таких системах на формирование структур, помимо молек. массы полимеров, заметное влияние оказывают температура и продолжительность смешения. Растворение дисперсной фазы ПАТФ в матрице ПК сопровождается химической реакцией пер еэтерификации; в результате при соотношении компонентов 30:70образуется структура взаимопроникающих сеток с включениями сополимера и пониженными значениями А .

Использование ингибиторов межцепного обмена позволило существенно подавить этот процесс, а введение модификаторов типа «ядро-оболочка» (содержание около 10',4 масс) позволило стабилизировать структуру с размером части 1-3 мкм и достигнуть значений ударной вязкости 40-45 кдж/м', что в 2 раза превышает показатели чистого ПК при 20ОС. Таким образом, с использованием различных подходов автору удалось разработать семейство ПКМ на основе поликарбоната, характеризующихся высокими ударной прочностью, химстойкостью и стойкостью к растрескиванию для использования в ряде отраслей техники, в первую очередь в автомобилестроении.

При разработке абразивостойких нанокомпозитов (глава третья) диссертантом было выбрано два пути решения проблемы - традиционный, связанный с использованием наночастиц материалов с высокой твердостью, и альтернативный, основанный на создании поверхностных слоев с высокой абразивостойкостью. Решение задачи осложнялось необходимостью сохранения высокой прозрачности, так как материалы предназначались для использования в строительстве и автомобилестроении в качестве оптически-прозрачных материалов.