Химическая физика

В работе исследованы композиционные полимерные материалы на основе матрицы поливинилиденфторида (ПВДФ), различающиеся материалом наполнителя. Поливинилиденфторид представляет собой органический полимерный материал, обладающий значительным пьезоэлектрическим эффектом. В настоящее время благодаря физическим и химическим свойствам ПВДФ он активно используется для разработки и создания акустоэлектронных устройств, в том числе сенсоров различного назначения, а также устройств гибкой электроники. С помощью методов спектроскопии комбинационного рассеяния и диэлектрической спектроскопии показано, что электрофизические свойства композиционного материала на основе ПВДФ определяются рецептурой и условиями изготовления. Дополнительная поляризация ПВДФ-композита с различными наполнителями во внешнем электрическом поле непосредственно при создании образцов позволит значительно улучшить их электрофизические свойства (коэффициент электромеханической связи, диэлектрическая проницаемость). При этом использование твердотельных наполнителей значительно улучшает механические и эксплуатационные свойства таких композитов.

Получены композиционные материалы на основе эластомерных матриц (хлоропреновый каучук серного регулирования и полидиметилсилоксан холодного отверждения) и магнитных наполнителей: магнитотвердых (SmCo, NdFeB) и магнитомягких (природный магнетит Fe₃O₄, ZnNiCo-феррит) в диапазоне концентраций 30–100 мас.ч. на 100 мас.ч. эластомерной матрицы. Формование образцов выполняли как в присутствии магнитного поля напряженностью до 0.3 Тл, так и в его отсутствие. При исследовании влияния структурирования на амплитудно-частотные характеристики коэффициента отражения образцов в полосе частот 17.44–25.86 ГГц установлено, что эти характеристики определяются составом композита, а в рамках одной рецептуры — анизотропией намагниченности композита, которая зависит от характера распределения частиц магнитного наполнителя в эластомерной матрице.

Представлены результаты сравнительного исследования свойств защитных покрытий, сформированных различными способами с использованием метода холодного газодинамического напыления на поверхности конструкционной стали марки Ст3. Состав и морфология защитных слоев исследованы методом сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией. Антикоррозионные свойства образцов с покрытиями изучены методом электрохимической импедансной спектроскопии в 3.5%-ном растворе NaCl. Показано, что включение в состав композиционного покрытия ультрадисперсного политетрафторэтилена повышает коррозионную стойкость обрабатываемого материала. Установлено, что наилучшая антикоррозионная защита Ст3 достигается в процессе формирования защитного покрытия, который включает несколько последовательных этапов: нанесение медно-цинкового слоя методом холодного напыления, термообработка при 500 °C в течение 1 ч, обработка посредством нанесения ультрадисперсного политетрафторэтилена и повторная термообработка при 350 °C в течение 1 ч. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сформированные методом холодного напыления полимерсодержащие покрытия эффективно повышают защитные свойства обработанного материала.

Проведен сравнительный анализ структуры и реологического поведения термопластичных вулканизатов (ТПВ) на основе полипропилена, этилен-пропилен-диенового каучука и резинового порошка. С помощью атомно-силовой микроскопии были проведены детальные структурные исследования композиций в зависимости от их состава. Установлено, что в смесях, содержащих резиновый порошок происходит обогащение фазы полипропилена частицами сажи диаметром около 100 нм. Исследование реологического поведения термопластичных вулканизатов показало, что в смесях, содержащих небольшое количество резинового порошка (до 10 мас.%), наблюдается аномальное снижение вязкости. Критическими параметрами для проявления эффекта снижения вязкости ТПВ на основе полипропилена (ПП), этилен-пропилен-диенового каучука и резинового порошка являются: непрерывность матрицы ПП, нанометровый размер частиц сажи и их равномерное распределение в матрице ПП.

Искусственные кровеносные сосуды, изготовленные из фторполимеров методом электроформования, обладают высокой биосовместимостью, уникальным сочетанием прочности и химической стойкости, а также открытой взаимосвязанной пористостью, что обеспечивает благоприятные условия для эндотелизации. Цель данной работы – исследование структуры и свойств искусственных кровеносных сосудов, сформированных методом электроформования из отечественных фторполимеров: политетрафторэтилена, сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом и поливинилиденфторида. Исследованы структура стенки искусственного сосуда, свободная энергия поверхности стенки, прочность, относительное удлинение и взаимодействие сосудов с мезенхимальными стволовыми клетками человека в зависимости от типа используемого фторполимера. Показано, что наиболее перспективным отечественным фторполимером для изготовления сосудов методом электроформования является сополимер винилиденфторида с тетрафторэтиленом.

Представлен подход к оценке равномерности распределения высокодисперсного гибридного наполнителя в структуре волокнообразующей полимерной матрицы, основанный на контроле близости зависимости вариации омического электрического сопротивления от расстояния наложения электродов к линейной функции. Выявлено влияние режимов технологических этапов производства ориентированных волокон на упорядочение проводящих кластеров и на обеспечение высокой стабильности электропроводящих свойств ориентированных композиционных волокон.

Предложены рецептуры семи композиционных материалов на основе полимочевины в качестве матрицы для защиты внутренней поверхности оборудования для хранения нефти от образования пирофорных отложений. В качестве наполнителей композиционных материалов использовались механические или механохимически активированные смеси активированного угля с диоксидом титана и шунгита с диоксидом титана. Установлено, что использование разработанных композиционных покрытий позволяет снизить скорость сероводородной коррозии стали в 26–70 раз. Показано, что покрытия, у которых наполнителем является обработанная ультразвуком смесь диоксида титана и активированного угля, могут выполнять не только защитную барьерную функцию, но и обеспечивать окислительную сероочистку паров нефти.