Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
В ИФХЭ РАН изучили структурообразование в неотвержденной смеси из эпоксида, растворителя и термопласта
Ученые лаборатории структурно-морфологических исследований ИФХЭ РАН изучили фазовые равновесия, взаимодиффузию и структуру неотвержденной смеси из трех компонентов: эпоксидного олигомера, активного разбавителя алкилглицидилового эфира и полисульфона (термопластичного полимера, добавляемого для увеличения трещинностойкости системы). Экспериментально методом оптической интерферометрии построены тройные фазовые диаграммы в диапазоне температур от 40 до 180 градусов и рассчитаны термодинамические параметры смешения. На фазовых диаграммах определены критические точки и области, в которых смесь обладает гомогенными и гетерогенными свойствами. Полученная информация необходима для определения концентрационных диапазонов, определяющих конечный тип фазовой структуры отвержденной композиции. Это позволит технологам регулировать структуру материала (матрица-дисперсия, взаимопроникающие фазы или инвертированная матрица дисперсия) на основании информации о смешении компонентов, не прибегая к скрининговым рутинным экспериментам.
В процессе химического отверждения эпоксидных олигомеров, модифицированных термопластами, образуется гетерогенная фазовая структура. Эта структура определяет физико-механические свойства полученного материала.
Для определения концентраций и технологических режимов, ведущих к образованию требуемой фазовой структуры, ученым необходимо предварительно получить информацию о фазовых равновесиях в исходных неотвержденных многокомпонентных полимерных системах.
На этапе смешивания компонентов необходимо понять, как именно они взаимодействуют и какую структуру создают. Например, в одних случаях при смешивании возникает гомогенная смесь, в которой компоненты полностью растворяются друг в друге, как при смешивании желтой краски с красной получается оранжевый цвет. Может сформироваться гетерогенная структура; в ней, как в узоре в горошек, в компоненте-матрице присутствуют включения второго компонента.
«Но самой интересной, обладающей уникальными свойствами, является структура с взаимным проникновением фаз, — рассказала один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Ульяна Никулова. – Эта структура похожа на картину, написанную акварелью «по-мокрому», когда две краски, перетекая друг в друга, образуют не новый цвет, а нерукотворный узор. Для получения требуемых эксплуатационных характеристик мы должны сформировать нужный тип фазовой структуры». В работе исследовались сочетания из квазибинарных смесей, в которых два компонента рассматриваются как один и смешиваются с третьим.
В предварительных экспериментах ученые выяснили, как компоненты взаимодействуют друг с другом попарно — эпоксидная смола с активным разбавителем, полисульфон с активным разбавителем и эпоксидная смола с полисульфоном. Чтобы убедиться в том, что бинарная смесь при взаимодействии с третьим компонентом представляет собой гомогенную систему, для каждой пары были экспериментально получены температурные зависимости показателей преломления света. Линейная форма зависимости свидетельствует о гомогенности.
Эксперименты показали, что эпоксид и активный разбавитель алкидглицидиловый эфир при смешивании образуют гомогенный раствор; то же самое относится к эпоксиду и полисульфону. Однако на фазовой диаграмме смеси полисульфона и алкидглицидилового эфира наблюдается гетерогенная зона; смесь будет гомогенной только в области, где концентрация полисульфона значительно превосходит концентрацию активного разбавителя.
Фазовые диаграммы строились классическим методом оптической интерферометрии, который был применен к изучению полимерных и олигомерных растворов доктором химических наук А.Е. Чалых (в настоящее время — академик РАЕН) в этой лаборатории в 1960-х годах. В основу метода заложено смешение полимеров в тонком слое и изменение оптических свойств пленки в области смешения. Луч лазера создает на тонкой полимерной пленке интерференционные кривые, на основе которых определяются точки фазовой диаграммы. Для оптически прозрачных полимеров это один из наиболее достоверных и надежных (но требующих высокой квалификации оператора) методов построения фазовых диаграмм.
Измерения производились в диапазоне температур от 40 до 180 градусов с шагом 20 градусов для систем, пришедших в равновесное состояние. «Скорость диффундирования, т. е. проникновения компонентов друг в друга, — очень важный параметр, определяющий технологическое время перемешивания. В каких-то случаях для достижения равновесия требуются секунды, в каких-то — минуты, часы или сутки, — объяснила Ульяна Никулова. — Шаг по температуре подбирается в предварительных экспериментах индивидуально для каждой конкретной системы. Если шаг слишком большой, то изменения в системе могут быть зафиксированы с большой погрешностью. Это отразится на технологическом процессе».
В результате экспериментов была построена фазовая диаграмма для тройной неотвержденной смеси, в которую входили эпоксидная смола, активный разбавитель и полисульфон. На этой фазовой диаграмме можно определить, где находится область взаимопроникновения фаз, или, для начала, где находится гомогенная область. При введении отвердителя в гомогенную смесь, эпоксидная смола начнет «сшиваться». Структура системы перестанет быть гомогенной.
«В дальнейших экспериментах мы будем смотреть, какие изменения произойдут в системе при введении отвердителя, как при химическом отверждении будет развиваться процесс структурообразования, и в какую концентрационную область будет смещаться гетерогенная зона на фазовой диаграмме. Так мы сможем определить концентрации компонентов смеси, при отверждении которой будет сформирована структура взаимного проникновения фаз», — подвела итог Ульяна Никулова.
Эпоксидные полимеры отличаются рядом положительных качеств: незначительной усадкой при отверждении, коррозионной стойкостью, небольшим термическим расширением, меньшим весом при достаточно больших твердости и прочности. Эпоксидная смола обладает высокой адгезией к различным поверхностям. При отверждении эпоксидов не выделяются летучие вещества. Отвержденный полимер хорошо поддается обработке. Высокая реакционная способность эпоксидной группы позволяет применять различные отвердители.
Благодаря этому экологичные и технологичные в производстве эпоксидные полимеры используются при ремонте, в качестве компонентов герметизирующих составов, красок, лаков, и самостоятельных материалов для создания деталей, которым необходимы коррозионная стойкость и прочность при малом, по сравнению с неполимерными материалами, весе. На протяжении многих лет эпоксиды активно использовались в качестве матриц для полимерных композиционных материалов с высокими механическими характеристиками. Однако эксплуатационных характеристик чистых эпоксидных материалов недостаточно для работы при больших нагрузках. Поэтому эпоксиды модифицируют особыми полимерами — жесткоцепочечными термопластами, такими как полисульфон (PSU), полиэфирсульфон, полиэфиримид, полиэфирэфиркетон и другими. Добавление таких термопластов одновременно повышает теплостойкость и увеличивает трещиностойкость материала.
Недостаток термопластов состоит в том, что при их добавлении увеличивается вязкость смеси и, следовательно, затрудняется перемешивание компонентов. Поэтому в эпокси-термопластичную смесь добавляется активный разбавитель, уменьшающий вязкость и улучшающий технологические качества смеси. Трехкомпонентная система из эпоксидного олигомера, термопласта и активного разбавителя после химического отверждения создает функциональный полимерный материал с уникальными физико-механическими характеристиками. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.
Telegram 
Дзен 
VK Изучив поведение 69 видов птиц в разных областях Западных Гат (Индия), международная исследовательская группа наконец объяснила, почему территориальные и всеядные птицы чаще других поют по утрам.
Среди ныне живущих морских обитателей осталось всего несколько так называемых «живых» ископаемых вроде латимерии или мечехвоста. Остальных мы знаем по уцелевшим остаткам. Новый вид древней рыбы обнаружили палеонтологи в девонском песчанике Канадской Арктики. Судя по найденным зубам и челюстям, рыба была в разы меньше своих родственников, а значит, могла жить в реках, что необычно для этих существ.
Наблюдая ранние этапы рождения землеподобных миров, астрономы приблизились к решению «метрового барьера» — проблемы роста пылевых зерен до размеров, необходимых для формирования планет.
Изучив поведение 69 видов птиц в разных областях Западных Гат (Индия), международная исследовательская группа наконец объяснила, почему территориальные и всеядные птицы чаще других поют по утрам.
Среди ныне живущих морских обитателей осталось всего несколько так называемых «живых» ископаемых вроде латимерии или мечехвоста. Остальных мы знаем по уцелевшим остаткам. Новый вид древней рыбы обнаружили палеонтологи в девонском песчанике Канадской Арктики. Судя по найденным зубам и челюстям, рыба была в разы меньше своих родственников, а значит, могла жить в реках, что необычно для этих существ.
Наблюдая ранние этапы рождения землеподобных миров, астрономы приблизились к решению «метрового барьера» — проблемы роста пылевых зерен до размеров, необходимых для формирования планет.
Вид антилоп, с ледникового периода привыкший к массовым миграциям, пытается вернуться в свой исторический ареал, когда-то достигавший Днепра. Однако их нетипичные для травоядных привычки вызывают сильнейшее отторжение у сельских жителей, предлагающих массово уничтожать их с воздуха. С экологической точки зрения возвращение этих животных весьма желательно, но как примирить их с фермерами — неясно.
Недавно вышел второй сезон сериала «Одни из нас» (TheLastofUs), созданного по сюжету популярнейшей видеоигры. Ученые Пермского Политеха решили разобраться, насколько реален сценарий грибной пандемии, превращающей людей зомби? Чем живет кордицепс и как он «ищет» своих жертв, действительно ли паразит способен эволюционировать настолько, чтобы поражать человеческий организм и подчинять себе его волю, был бы у людей шанс выжить, какие грибы уже поселились в наших телах и выручит ли нас иммунитет, сформированный тысячелетиями.
Казахстанский Алматы — город контрастов, где горы соседствуют с урбанистическими пейзажами, а бизнес-центры — с историческими кварталами. Неизменным остается одно — пробки. Ежедневно сюда приезжает более 700 тысяч автомобилей из пригородов, при этом в самом мегаполисе зарегистрировано порядка 600 тысяч транспортных средств. В результате по улицам ежедневно движется более миллиона транспортных средств.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно