Пластмасса, она же резина
В Институте элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова (ИНЭОС) РАН созданы полимерные материалы с уникальным свойством – их жесткость (модуль упругости) плавно изменяется в нужном направлении, так что с одной стороны материал представляет собой твердую пластмассу, а с другой - мягкую резину.
Такие материалы называются градиентными. Их модуль упругости может плавно изменяться в интервале от 3 до 2000 МПа в пределах одного и того же материала или изделия без всяких слоев и границ раздела.
Традиционно для регулирования свойств полимерных материалов используется их послойное совмещение друг с другом с помощью дорогостоящих сварки, склейки. Помимо трудоемкости эти методы обладают тем недостатком, что полученные материалы имеют плохое межслоевое сцепление (адгезию).
Исследователи из ИНЭОС РАН предложили для получения материалов с регулируемыми свойствами в заданных направлениях синтезировать градиентные полимерные материалы на основе композиций, состоящих из двух полимеров – высокоэластичного и стеклообразного. Причем речь идет не о простом смешении двух полимеров – так плавного изменения свойств добиться невозможно, а о синтезе двух типов сетчатых полимерных структур, которые находятся в одном и том же материале в различных пропорциях.
Такие сетки учёные сконструировали сначала с помощью компьютерного моделирования, позволившего рассчитать свойства полимеров по их химическому строению и осуществить «виртуальный» синтез полимеров с заданными свойствами. Так был разработан оптимальный метод синтеза новых материалов, который затем был реализован. У полученных градиентных полимеров были исследованы различные механические свойства, показавшие их реальную работоспособность.
Градиентные полимерные материалы, разработанные в ИНЭОС, как показали эксперименты, могут работать (не размягчаясь и не разрушаясь) в интервале температур -50оС - +330 оС. При этом они обладают высокой прочностью, эластичностью и износостойкостью.
Новые материалы имеют реальную перспективу использования в медицине, в обувной промышленности, в бытовой технике, на промышленных предприятиях.
Совместно с Московским протезным заводом лаборатория уже начала первые опыты по созданию ортопедической обуви, в которой растягивающие нагрузки воспринимает резиноподобная часть материала, а сжимающие – пластикоподобная. Под пяткой обувной подошвы – жёсткий материал, а по мере приближения к носку подошва становится всё более мягкой.
В медицине градиентные материалы могут быть использованы в качестве имплантатов – жесткий материал имитирует костную ткань, а резиноподобный – хрящевидную. Испытания таких имплантатов, проведенные на кроликах, показали их безопасность и хорошую биосовместимость.
В авто- и самолётостроении, в текстильной промышленности армированные градиентные материалы можно использовать в виде валиков и шестерёнок, работающих бесшумно и практически без износа. Центральная зона таких шестеренок имеет высокую твёрдость, а к периферии, где нарезаются зубцы, модуль упругости снижается. И все это сделано одним процессом.
Из градиентных материалов можно изготовить вибропоглощающие конструкции, например, опоры для различных приборов (радиоаппаратуры, бытовой и приборной техники), в которых градиент модуля от жёсткой пластмассы до мягкой резины создается по толщине. Например, подставка под прибор получается эластичная и жёсткая одновременно. Прикрепили винтиком – и никакая обойма к ней уже не нужна. Благодаря надёжному креплению пластиковой части опоры к корпусу прибора увеличивается срок службы, а мягкая резиноподобная часть способна гасить нежелательную вибрацию.
