Многослойные композиционные материалы нового поколения на основе кремнийорганических полимеров и сополимеров для широкой сферы применения…

Среди конструкционных материалов, предназначенных для работы в экстремальных условиях особое место занимают элементоорганические полимеры, особенно силиконовые каучуки. Они отличаются высокой термостойкостью, химической, электрической, радиационной стойкостью, биологической совместимостью и инертностью.

Поэтому они широко применяются в ряде важных отраслей промышленности, таких как аэрокосмическая промышленность, электротехническая и радиоэлектронная промышленности, электроэнергетика, химическая промышленность, машиностроение, медицина.

Однако высокая стоимость и сложность обработки и получения изделий из них, а также невысокие прочностные характеристики, сильно ограничивают их применение.

Возможностей модификации свойств силиконов с использованием обычных методов прививки и сополимеризации очень мало, вследствие низкой их совместимости с другими мономерными и полимерными материалами, а также необходимости применения жестких условий обработки, при которых большинство возможных упрочняющих полимеров разрушается до того, как происходит образование композитного материала.

На основе проведенных исследований нами разработан не имеющий аналогов в мире фотохимический способ получения композиционных силикон - полимерных материалов, заключающийся в твердофазном синтезе многослойных структур из высокопрочных и дешевых несущих полимеров и полидиметилсилоксановых каучуков при облучении ультрафиолетовым светом в присутствии разработанных нами фотоинициаторов.

Схема технологического процесса получения композитных материалов и изделий из них приведена на рисунке 1 и состоит из стадий нанесения, сушки, облучения и формовки в готовое изделие. Возможно также получение композиционных материалов на основе готовых изделий или полуфабрикатов. В результате воздействия света происходит значительное упрочнение обоих полимеров с образованием промежуточного привитого композитного слоя, придающего полимеру уникальные свойства.

Рис. 1 Технологический процесс получения композитных материалов и изделий из них.

Преимуществами данного способа являются:

1. Мягкие условия получения композиционного материала:

• низкая температура;
• небольшая длительность процесса;
• очень низкая концентрация фотоинициаторов;

2. Возможность создания многослойных силиконовых композитов на основе различных несущих полимеров;

3. Простота технологического оформления процесса, т.к. процесс идет в присутствии кислорода воздуха;

4. Высокие физико-механические характеристики полученных композиционных материалов;

5. Возможность создания композиционных материалов на основе полуфабрикатов и готовых изделий.

На его основе разработаны и созданы композитные полимер-силиконовые материалы с различными карбо- и гетероцепных несущими полимерами (полиолефинами (полиэтиленом, полипропиленом), полиамидами, полиэфирами, галогенсодержащими полимерами и др.), объединяющие положительные свойства обычных полимеров (легкость обработки, прочность, дешевизну, возможность дальнейшей механической обработки путем сварки, прессования и других) и силиконового каучука (термо-, радиационную, электрическую стойкость, биологическую инертность).

Использование данной разработки в указанных ранее отраслях промышленности позволит:

1. Улучшить в 1,5-3 раза прочностные характеристики изделий на основе силиконовых полимеров;

2. В 2-2,5 раза удешевить производство изделий из них;

3. На 10-30%% уменьшить материалоемкость конечных изделий при применении данных материалов и, по крайней мере, вдвое увеличить их срок службы;

4. Значительно расширить область применения и номенклатуру выпускаемых изделий;

5. Сократить долю импорта на отечественном рынке силиконовых изделий.

Полученные композиционные материалы могут найти широкое применение в качестве замены дорогостоящих силиконовых полимеров и изделий из них.

1. Конструкционные материалы для медицины (имплантанты, части аппаратуры и арматуры, соприкасающиеся с живым организмом – трубки, катетеры, искусственные сосуды, части аппаратов «искусственное сердце», «искусственное легкое», «искусственная почка»). Во многих случаях композитные материалы могут быть лучшей и более дешевой заменой силиконовых полимеров;

2. Аэрокосмическая техника (конструкционные материалы для работы в условиях вакуума, больших перепадов температур, жесткой радиации);

3. Машиностроение, электротехническая, радиоэлектронная промышленности и электро-энергетика (электроизоляция, электроизоляционные материалы и покрытия для работы в усло-виях повышенных температур, радиации, в условиях вакуума или агрессивных сред, в мощных электродвигателях, генераторах электрического тока, высоковольтном оборудовании, кабельная изоляция, в качестве изоляторов (в т.ч. и линий электропередач и т.п.).

Разработка защищена двумя патентами Российской Федерации:

1. Лузгарев С.В., Пивень П.А., Шевелева Ю.А., Денисов В.Я., Сирик Е.В. Способ модификации полидиметилсилоксанового каучука (патент РФ №2196784 от 20.01.2003 г.);

2. Лузгарев С.В., Пивень П.А., Лузгарев А.С., Шевелева Ю.А., Сирик Е.В. Способ получения композиционного материала (патент РФ № 2229485 от 27.05.2004 г.).

Лузгарев Сергей Валентинович, к.х.н., доцент кафедры органической химии Кемеровского государственного университета. Шевелева Ю.А., Денисов В.Я., Пивень П.А., Лузгарев А.С.