Plastiks_6_2019

w w w . p l a s t i c s . r u СЫРЬЕ И МАТЕРИАЛЫ П Л А С Т И К С № 6 ( 1 9 0 ) 2 0 1 9 взять полимер и внутри него распределить капсулы, в которых находится жидкий клей. Если повредить по- лимер, то из этой капсулы вытекает жидкость, которая заполняет поверхность тре- щины и полимеризуется. Клей взаимодействует с кис- лородом (воздух в трещине) или с катализатором, зара- нее введенным в матрицу, но не контактирует с жид- костью в капсуле. Другой ва- риант: жидкость помещают в полые трубки, из которых делают сетку, и располагают ее внутри полимерного ма- териала. С таким способом само- восстановления возникает несколько проблем. Во- первых, оно возможно толь- ко однократно. Если капсу- ла лопнула и жидкость из нее вытекла, то второй раз в этомместе самовосстановле- ния уже не будет. Во-вторых, если капсулы или трубки располагаются внутри ма- териала, то это ухудшает его собственные механические свойства, потому что вокруг капсул образуются концен- траторы напряжений. По- лучается, что если вводить мало капсул, то вероятность того, что трещина заполнит- ся мономером, низка; если вводить много капсул, то ухудшаются характеристики самого материала. Вторым способом явля- ется беспримесное само- восстановление. Оно за- ключается в том, что все компоненты, входящие в состав полимера, заранее проектируются таким об- разом, чтобы они умели об- ратимо образовывать хими- ческие связи между своими частями. Существует набор обратимых реакций. На- пример, если смешать ком- понент А с компонентом Б, то получится компонент АБ. Однако стоит погреть эту композицию или посветить на нее лучом с другой дли- ной волны, как связь А и Б разрывается. Важно, что та- кую реакцию сочетания/раз- рушения можно проводить бесконечное количество раз. Учеными МИЦ «Компо- зиты России» была получе- на серия самовосстанавли- вающихся беспримесных полиуретанов с различным содержанием отвердителя. В результате проведенных термических имеханических испытаний была подобрана оптимальная рецептура, обе- спечивающая необходимую степень «самозалечивания» материала. К сожалению, трещины, которые такие материалы способны самостоятельно восстанавливать, достаточ- но малы — их размер око- ло 200-300 мкм. При этом нужно помнить, что вся прочность углепластиков и стеклопластиков заключена в углеродном волокне. Раз- ница в прочности между волокном и полимерной матрицей весьма существен- на. Задача полимерной ма- трицы состоит в том, чтобы распределять нагрузку на углеродное волокно. Лю- бое разрушение начинает- ся с полимерной матрицы и должно на ней заканчи- ваться. Если же дело дошло до разрушения углеволокна, то повреждение материала необратимо. Задача состоит в том, чтобы в случае не- значительных повреждений успевать предотвращать дальнейшее разрушение. Ведь если разрушится ма- трица, то рассыплется весь композит. Идея бауманских компо- зитчиков состоит в том, что- бы материал, который уже прослужил определенное количество времени, после проведения так называемого технического обслуживания мог вернуть себе изначаль- ные механические свойства, Self-Healing Composites Russian Composites, a dedicated technology cen- ter of the renownedBauman MoscowStateTechnical Uni- versity, has been engaged in composite engineering for 8 years already. Russian Composites implemented over 150 projects in basic Russian industries and na- tional economy sectors, and enriched the global science with unique experience in solvingproblemswithwhich experts could not find a way to cope for many years. то есть процесс износа и раз- рушения был обратим. Эта работа строится на реакции Дильса-Альдера. Для этого изделие нужно термоцикли- ровать: нагреть, охладить и выдержать при определен- ной температуре. При этом происходит постепенная де- полимеризация расшивания материала: компоненты на- чинают приобретать неболь- шую текучесть, заполняют образовавшуюся трещину, вследствие чего возникают новые химические связи между компонентамиматри- цы. Самое главное преиму- щество данной разработки состоит в том, что подобная операция может осущест- вляться много раз. «Сами условия, в которых проис- ходит данная реакция, пока подобраны не оптимально: процесс «самозалечивания» длится несколько дней. Вна- стоящее время мы работаем над тем, чтобы сократить время самовосстановления, создать более технологич- ные полимеры для получе- ния нужного связующего, а также доработать продукт до условий реального примене- ния», — говорит руководи- тель химической лаборато- рии центра, к.х.н. Александр Полежаев. На рынке уже сейчас су- ществуют самовосстанавли- вающиеся покрытия, напри- мер полиуретановая пленка для автомобиля, однако от них не требуется механиче- ской прочности. Царапины от удара камнем по поверх- ности не будет, ведь пленка сама под действием ультра- фиолета восстановит свою структуру, пока автомобиль продолжает движение. Такие продукты вМИЦ«Компози- ты России» тоже умеют де- лать, но план по разработке «замозалечивающихся» кон- струкционных материалов гораздо более амбициозен: идея состоит в том, чтобы, к примеру, крыло автомобиля, сделанное из углепластика, после повреждения возвра- щало себе все механические характеристики. В идеале свойство само- восстановления должно со- четаться со способностью к вторичной переработке. Сейчас у специалистов цен- тра уже есть наработки по одному из подобных реше- ний — создание технологии выделения волокна из ком- позита, ведь углеволокно до- роже, чем связующее, и его можно использовать повтор- но. Ученые исследуют пути, как делать то же самое и со связующим, чтобы вместо сжигания или захоронения на свалке получать из него какие-либо отдельные цен- ные компоненты. 19