Реферат Композиты. Матрицы, наполнители: их виды. Способы изготовления композиционных материалов. Свойства и основные области использования композиционных материалов. Влияние наполнителей на физико-химические и эксплуатационные характеристики материалов. Выполнил: Григорьев Д.В. 2022 г. Содержание ВВЕДЕНИЕ 1 ВИДЫ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ 1.1 Матрицы на основе термореактивных полимеров 1.2 Матрицы на основе термопластичных полимеров 1.3 Матрицы на основе эластомеров 2 ВИДЫ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 2.1 Дисперсные наполнители 2.2 Волокнистые наполнители 2.3 Листовые наполнители 2.4 Смеси полимеров 2.5 Пластификация полимеров 3 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПКМ И ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА НИХ 3.1 Деформационные свойства 3.2 Реологические свойства 4 СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПКМ 5 ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПКМ ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ С древних времен технический уровень развития цивилизации соответствует виду материала, из которого создают наиболее передовые орудия и средства производства (каменный век, бронзовый век...). Несмотря на то что полимерные композиционные материалы (ПКМ) появились еще 5000 лет назад в виде гончарных изделий, содержащих смолу как наполнитель, веком композиционных материалов принято называть настоящее время. Стремительное развитие техники и разработка новых технологий требуют новые материалы с заранее заданными свойствами. Современная наука о композиционных материалах обязана своему динамичному развитию в течение последних десятилетий, главным образом, применению композитов в ракетной технике и самолетостроении. В зависимости от области использования требуются материалы с такими свойствами как: сверхвысокая прочность, твердость, жаростойкость, коррозионноая стойкость, а так же с другими характеристиками с сочетанием этих свойств. На данный момент известно огромное количество некомпозиционных природных и искусственных материалов, свойства которых с каждым днем все меньше соответствуют требованиям необходимым промышленности. Аналогичная ситуация имеет место в области полимерного материаловедения – создания полимеров с фундаментально новыми свойствами практически не происходит. Поэтому модификация известных полимеров, комбинирование полимеров с различными веществами и между собой является сегодня одним из основных способов создания новых полимерных материалов. Главное преимущество ПКМ по сравнению с другими материалами – это то, что мы можем задавать этим материалам различные комбинации свойств и по сочетанию этих свойств они будут обходить большинство материалов, в которых доминирует одна-две характеристики. Сложность создания ПКМ состоит в том, что свойства многокомпонентных систем сложно зависят от состава и условий получения. Поэтому наиболее важными вопросами науки о ПКМ можно назвать следующие: почему свойства материала меняются именно так? Соединение каких веществ даст требуемое сочетание свойств? По своей структуре композиционный материал можно представить состоящим из нескольких фаз: одной непрерывной фазы и одной или более дисперсных фаз. Композиционный материал, непрерывная фаза которого образована полимером, называют полимерным композиционным материалом [1]. Следует уточнить некоторые термины. В композиционных материалах дисперсионную среду (непрерывную фазу) называют матрицей или связующим, а дисперсную фазу – наполнителем или диспергированным веществом [1]. Как и во многих областях науки в случае науки о композиционных материалах тяжело представить все многообразие имеющихся КМ в определенной классификации. Поэтому таких классификаций существует несколько. Далее приведены наиболее удачные и практически удобные классификации на мой взгляд. Одним из основных признаков КМ является материал матрицы. На этом основана первая классификация. Так как в основном выделяют три типа матриц, то КМ с металлической матрицей называют металлическими композиционными материалами (МКМ), с полимерной матрицей – полимерными композиционными материалами (ПКМ), с керамической – керамическими композиционными материалами (ККМ). Вторая классификация основана на геометрии армирующего материала. Здесь выделяют порошковые КМ, которые принято называть дисперсноупрочненными; волокнистые – армированные непрерывными или дискретными волокнами; пластинчатые – состоящие из чередующихся непрерывных и дискретных пластин. Также важной классификацией является разделение по схеме армирования. В данной классификации выделяют две основные группы – это изотропные и анизотропные КМ. Изотропными называют материалы, которые имеют одинаковые свойства во всех направлениях. Свойства анизотропных материалов зависят от направления в исследуемом объекте [2]. В макрообъеме КМ делят на хаотично-армированные и упорядоченноармированные. Хаотично-армированные КМ содержат армирующие элементы в виде дисперсных включений, дискретных или непрерывных волокон. Эти материалы могут быть изотропными или квазиизотропными. Термин «квазиизотропный» означает, что КМ является анизотропным в микрообъеме, но изотропным в объеме всего изделия [2]. В свою очередь упорядоченно-армированные КМ подразделяются на одноосно армированные (наполнитель ориентирован в одном направлении), двухосно-армированные (с плоскостным расположением арматуры) и трехосно-армированные (с объемным расположением арматуры) [2]. В данной работе будут рассмотрены КМ с полимерной матрицей – ПКМ. ВИДЫ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ От материала матрицы в большой степени зависят такие свойства ПКМ как прочность, теплостойкость, влагостойкость, влагоудерживающие свойства, метод получения изделия и другие. Полимеры используют в качестве матрицы в двух видах: в чистом виде или в виде связующего. Матрица в виде связующего представляет собой определенную систему. Данная система в зависимости от свойств, которыми должен обладать ПКМ, может кроме синтетического полимера содержать отвердители, катализаторы, ускорители отверждения, инициаторы, растворители, красители, пластификаторы, стабилизаторы и другие компоненты. Выделяют три основных вида полимерных матриц – это матрицы на основе термореактивных, терпопластичных полимеров или эластомеров. МАТРИЦЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ ПОЛИМЕРОВ Главной отличительной чертой термореактивных полимеров является то что под действием тепла или химически активных добавок они приобретают пространственную структуру в результате чего утрачивают текучесть. В случае использования термореактивных полимеров матрицу называют связующим, так как термореактивные полимеры редко применяются в чистом виде и обычно в них вводят различные добавки. В результате сочетания такой матрицы с наполнителем получают многокомпонентные материалы – реактопласты. В качестве связующих применяют реакционноспособные олигомеры с молекулярной массой до 1500, в молекуле которых имеется более двух функциональных групп. Процесс формования изделий облегчает то, что нa начальной стадии получения материалов и изделий термореактивные связующие имеют низкую вязкость. Различие в химической структуре термореактивных связующих, а также широкий спектр отвердителей, инициаторов отверждения, модифицирующих добавок, использование различных наполнителей позволяют получать конструкционные материалы с очень большим диапазоном прочностных, электротехнических, триботехнических и других эксплуатационных характеристик. В качестве примеров термореактивных связующих можно привести такие известные смолы как: фенолформальдегидные, аминосмолы, полиэфирные, эпоксидные и полиуретановые. Конечно термореактивных полимеров намного больше, но это наиболее популярные и широко используемые. Фенолформальдегидные смолы (ФФС) получают в результате взаимодействия фенолов и альдегидов. Интересно, что только один из получаемых видов ФФС относится к термореактивным полимерам – резольные – их получают при избытке формальдегида. Рис.1 – Схема получения ФФС Аминосмолы получают конденсацией карбамида с формальдегидом. Переход от низкомолекулярных продуктов линейного строения к трехмерному высокомолекулярному полимеру происходит постепенно с потерей растворимости и способности плавиться. Рис. 2 – Схема получения аминосмолы Полиэфирные смолы – это гетероцепные олигомеры, сырьем для получения которых служат ненасыщенные дикарбоновые кислоты и многоатомные спирты. Рис.3 – Схема получения полиэфиров Наверно наиболее известными смолами в случае ПКМ являются эпоксидные смолы. Эпоксидные смолы (ЭС) – соединения, в состав молекул которых входят не менее двух эпоксидных групп. ЭС обычно получают конденсацией в щелочной среде эпихлоргидрина с соединениями с подвижными атомами водорода. Полиуретановые смолы (ПУ) – это полимеры, содержащие в основной цепи уретановые группы. В промышленности для получения сшитых ПУ используют диизоцианаты и олигомеры, содержащие три гидроксильные группы в молекуле. МАТРИЦЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ Наиболее простым определением, которое можно дать термопластичным полимерам – это полимеры, которые размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. При использовании матрицы на основе термопластичного полимера получают ПКМ – термопласты. Для термопластичных полимерных матриц характерно то, что при обычной температуре они находятся в твердом состоянии. При повышении температуры они переходят в высокоэластическое и вязкотекучее состояния. В результате этого появляется возможность их формования. Важно также, что эти переходы обратимы, что делает возможным переработку изделий на основе данных матриц. Наиболее известными примерами термопластов являются: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливнилхлорид, полиметиленоксид, подитетрафторэтилен, поликарбонат. МАТРИЦЫ НА ОСНОВЕ ЭЛАСТОМЕРОВ Применение эластомеров как матриц для ПКМ затруднено тем, что они обладают пониженным сопротивлением тепловому старению и термоокисленой деструкции. Кроме этого такие характерные для эластомеров свойства как липкость и деформируемость не позволяют выпускать их в гранулированном виде. А это сильно затрудняет их использование. Поэтому эластомеры чаще всего применяются в качестве высокомолекулярных пластификаторов для снижения хрупкости полимеров. ВИДЫ НАПОЛНИТЕЛЕЙ Наполнители полимеров – твердые, жидкие и газообразные органические и неорганические вещества, которые распределяются в непрерывной фазе полимера (матрице) с образованием гетерофазной системы с выраженной границей раздела фаз [2]. Введение в полимеры различных наполнителей преследует одну из трех целей: улучшение физико-механических характеристик полимера, снижение себестоимости или придание полимеру специальных свойств. ДИСПЕРСНЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ В основном дисперсные наполнители используют для улучшения физико-механических характеристик полимера. Влияние этого типа наполнителя на свойства полимера сильно зависит от свойств самого наполнителя. Поэтому важно знать характеристики используемого наполнителя. Одна из самых главных и наиболее очевидных характеристик дисперсных наполнителей – это размер частиц. При определении этой характеристики следует учитывать, что частицы могут обладать абсолютно разной формой. Поэтому используется такая стандартная величина как диаметр эквивалентной сферы (ДЭС). Это диаметр такой сферы, объем которой равен объему частицы. Размер частиц используемых дисперсных наполнителей может меняться от нескольких нанометров до десятков микрометров. Форма частиц. Для большинства наполнителей она разная. Частицы могут быть сферические, кубические, призматические, пластинчатые, игольчатые и т.д. Кроме этого частицы могут иметь сложную форму. Так как форма частиц влияет на вязкость композиции и распределение напряжений в ПКМ, то для более точно ее учета используется коэффициент Эйнштейна (ke). Его значение может быть определено реологическим методом. С увеличением ke возрастает вязкость и концентрация напряжений в ПКМ. Удельная поверхность. Это также один из важных параметров частиц наполнителя. Это площадь поверхности приходящаяся на единицу массы. Различают геометрическую и адсорбционную удельные поверхности. Геометрическую удельную поверхность можно определить арифметически. Однако для частиц сложной формы такой метод не является достаточно точным. Поэтому для более точного определения используют адсорбционный метод, который заключается в адсорбции поверхностью твердой частицы низкомолекулярного вещества. Максимальная объёмная доля наполнителя. Это то максимальное количество наполнителя которое можно ввести в полимер. Данная величина зависит от формы частиц. Для идентификации дисперсных наполнителей используют две основные классификации. Первая различает наполнители по происхождению на природные и искусственные. Вторая позволяет отличить дисперсные наполнители по химическому составу. Здесь различают: оксиды, соли, силикаты, отдельные элементы (например металлы, графит) и органические наполнители. Следует также отметить, что химический состав поверхности и объёма частиц наполнителя может сильно отличаться. Поверхность может содержать функциональные группы не характерные для объёма частицы. Этот факт необходимо учитывать так как данные функциональные группы могут оказывать сильное влияние как на свойства получаемого ПКМ, так и на совместимость матрицы и наполнителя. ВОЛОКНИСТЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ Главная цель наполнения полимеров волокнами – это получение сверхпрочных и легких материалов. Волокно – это такая форма материала, которая имеет высокое отношение продольных размеров к небольшим поперечным. Для волокон характерна анизотропия свойств. Для получения материала из волокон их необходимо соединить или склеить и наиболее подходящим для этих целей является полимерное связующее. Связующее в ПКМ обеспечивает монолитность материала, а волокна несут основную нагрузку при деформировании. В пучке волокон, пропитанном связующим, нагрузка от волокна к волокну передается через связующее, поэтому деформационно-прочностные свойства такого пучка выше, чем пучка без связующего. На свойства волокнитов оказывают влияние различные факторы. В первую очередь это влияние содержание наполнителя. До определенной концентрации волокон в ПКМ его механические свойства увеличиваются пропорционально увеличению содержания наполнителя. Однако при концентрации волокна выше максимальной объёмной доли прочность ПКМ резко падает. Это объясняется нехваткой связующего для связывания всего волокна. Также на свойства волокнита оказывает влияние длина волокна. Здесь важным является то, что если волокна в ПКМ не являются непрерывными, то нагрузка в продольном направлении в каком-то участке будет передаваться через связующее. А так как прочность полимера ниже прочности волокон был введен такой параметр как критическая длина. Очевидно, что длина волокон должна быть больше критической длины. А соотношение длины волокна к его диаметру должно быть не менее 10. Здесь также необходимо сказать о таком явлении как адгезия между фазами. Данной явление также является важнейшим и в случае других наполнителей, так как определяет связь наполнителя и связующего. Адгезию можно охарактеризовать как молекулярную связь между поверхностями разнородных тел, приведенных в контакт [2]. В случае волокон низкая адгезия может привести к тому, что нагрузка будет плохо передаваться из-за проскальзывания волокон в матрице, и как следствие нагрузка будет приходиться только на часть волокон. В большинстве случаев для увеличения этого параметра используют аппреты. Это вещества с двойной функциональностью. Компоненты армированных ПКМ. При создании армированных ПКМ в качестве связующего чаще всего используют термореактивные олигомеры, которые отверждают после пропитки ими волокон. При их использовании легче добиться высокой адгезии. В мире выпускают огромное количество волокон. Основные и наиболее применимые при создании ПКМ это стеклянные, базальтовые, борные, углеродные и арамидные волокна. Каждый тип из этих волокон обладает уникальными свойствами, которые использует для придания необходимых свойств ПКМ. ЛИСТОВЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ Волокнистые наполнители применяют не только в виде первичных волокон. Им также придают форму различными методами. Листовые наполнители различного плетения применяют для создания слоистых пластиков. Наиболее популярным видом слоистых пластиков являются текстолиты. Для их изготовления применяют ткани. Природу волокна, вид плетения, массу и пористость выбирают в зависимости от требований, предъявляемых изделиям. СМЕСИ ПОЛИМЕРОВ Как и в случае остальных ПКМ полимеры смешивают для получения материалов с улучшенными либо новыми свойствами. Смешение полимеров – это более простой путь создания новых полимеров, чем их синтез. Смеси полимеров – это системы, полученные смешением двух или более полимеров в условиях, при которых компоненты могут необратимо деформироваться. Прежде всего следует отметить, что полностью растворимых пар полимеров крайне мало. Причины этого могут быть описаны с позиций термодинамики. Условием образования раствора (гомогенной однофазной системы) является выполнение неравенства: ∆𝐺см = ∆𝐻 − 𝑇∆𝑆 < 0 Чем больше молекулярная масса полимера, тем меньше приращение энтропии при смешении. Поэтому взаимная растворимость определяется в большей степени энтальпией смешения. Она в свою очередь зависит от энергии межмолекулярного взаимодействия. Для соблюдения приведенного выше неравенства величина энтальпии должна быть отрицательной или равна нулю. А для этого макромолекулы должны обладать более высокой энергией межмолекулярного взаимодействия, чем однородные. Поэтому взаимной растворимости ожидают в основном от полимеров с близким химическим строением или для полимеров, функциональные группы которых способны к сильному физическому взаимодействию. Наиболее показательным и удобным способом оценки совместимости полимеров является использование фазовых диаграмм. По ним можно определить взаимную растворимость полимеров при любой температуре. Также затрудняет создание полимерных смесей то, что полимеры обладают низкой взаимной адгезией. Для ее повышения могут быть использованы различные высокомолекулярные ПАВ (привитые или блоксополимеры). На данный момент существует много различных ПКМ на основе смесей полимеров. Немного подробнее хотелось бы остановиться на термоэластопластах. Это такой материал, который обладает высокой прочностью и эластичностью как резины, но при этом способный к многократной переработке как термопласт. Такой материал получают смешением жесткого термопласта с эластомером. Концентрация эластомера составляет 20 – 70%. Термоэластопласты дешевле обычных резин и требуют меньше затрат на переработку. ПЛАСТИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ Несмотря на то что введение пластификаторов в полимер – это скорее способ модификации полимера (матрицы), который в дальнейшем будет совмещен с наполнителями, мне хотелось выделить пластификацию отдельно, так как это базовый, важный и распространенный способ модификации полимеров. Истинные растворы полимеров в низкомолекулярных жидкостях представляют собой термодинамически устойчивые системы, обладающие высокой вязкостью. Если в растворе преобладает содержание полимерного компонента, то раствор сохраняет высокие деформационно-прочностные свойства. Пластификатор – вещество понижающее температуру стеклования полимера. С молекулярной точки зрения под пластификацией понимается увеличение подвижности структурных элементов полимера при введении в него специально подобранных жидкостей, не взаимодействующих химически с полимером [1],[4]. Основными факторами играющими роль при выборе пластификатора являются: обязательная растворимость пластификатора в полимере; молекулы пластификатора должны обладать значительно более высокой подвижностью, чем макромолекулы; пластификатор должен обладать низкой летучестью и высокой температурой кипения, а также плохо растворяться в воде; пластификатор не должен оказывать деструктивного влияния на полимер. Главным результатом использования пластификатора является понижение температуры стеклования и температуры текучести полимера. При этом полимер может находиться в высокоэластическом состоянии при более низкой температуре, а также снижается температура его переработки. Для жесткоцепных полимеров при использовании пластификаторов температура стеклования может понижаться на 100-160 градусов. Повышение подвижности макромолекул также ведет к понижению вязкости системы, что облегчает переработку полимеров, например методом экструзии. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПКМ И ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА НИХ Основные свойства, изменение которые преследует создание ПКМ это прочностные характеристики. Их изменение и характеристики системы композиционного материла, которыми они определяются приблизительно схожи для всех наполнителей и матриц. Поэтому в этом разделе будут рассмотрены данные характеристики на примере смесей полимеров и ПКМ с дисперсными наполнителями. Свойства смесей полимеров. Обобщая полученные данные можно сказать, что свойства любой гетерогенной системы в наибольшей степени определяются свойствами дисперсионной среды, а дисперсная фаза оказывает второстепенное влияние. Это правило в основном справедливо для таких свойств как модуль упругости, твердость, вязкость. В случае смесей полимеров на свойства системы оказывают влияние такие характеристики как: соотношение модулей упругости фаз, адгезия между фазами, диаметр частиц дисперсной фазы. При условии, когда модуль упругости среды больше модуля упругости фазы низкомодульная дисперсная фаза практически не мешает деформированию жесткой дисперсионной среды. В данном случае разрушение системы будет происходить при достижении максимальной нагрузки на матрицу. В обратном случае высокомодульная дисперсная фаза не деформируется вместе с дисперсионной средой. И из-за больших внутренних напряжений возникает разрушение. Соответственно также, чем крупнее частицы дисперсионной фазы, тем больше внутренние напряжения. Влияние адгезии только усиливает описанные выше закономерности. Чем ниже адгезия, тем хуже прочность ПКМ. Свойства полимеров с дисперсным наполнителем Основными характеристиками, оказывающими влияние на свойства ПКМ в данном случае являются: содержание наполнителя, размер и форма дисперсных частиц и межфазное взаимодействие. Первые две характеристики уже были частично рассмотрены ранее, поэтому здесь хотелось бы остановиться на межфазном взаимодействии. Для описания данной характеристики используют понятие межфазного слоя. Это определенный объем полимера-матрицы, прилегающий непосредственно к границе раздела полимер-наполнитель, свойства которого отличаются от свойств в объеме [2]. Граница раздела является наиболее слабым местом ПКМ. Именно тут начинаются разрушения при различных воздействиях. С одной стороны структура МФС определяются величиной адгезии, но в тоже время изменение структуры и свойств полимера в объеме МФС изменяет адгезионное взаимодействие на поверхности контакта. Для увеличения межфазного взаимодействия в матрицу вводят аппреты. Деформационные свойства Деформационные свойства полимеров можно разделить на две группы. Первая характеризует сопротивляемость тел деформации (вязкость, модуль упругости, предел текучести). Вторая характеризует предельную способность тел деформироваться. Для повышения сопротивляемости деформированию в полимер вводят твердые частицы. Они снижают способность макромолекул к перемещению и изменению конформации. Это обусловлено тремя причинами: наличием на поверхности частиц наполнителя адсорбированных макромолекул; образование дисперсными частицами пространственной коагуляционной сетки. Третья причина уже была описана выше и связана с большой разницей модуля упругости наполнителя и полимера. Реологические свойства Реологические свойства в случае ПКМ в большей степени выражаются вязкостью. Так как твердая частица наполнителя не деформируется вместе с матрицей, то она будет препятствовать течению полимера и увеличивать вязкость системы. Все возможные взаимодействия частиц между собой (столкновения, перколяция) будут также повышать вязкость. Наиболее удобным и хорошо описывающим реальное поведение систем является уравнение Муни: 𝜂 𝑘𝐸 𝜑2 𝑙𝑛 ( ) = 𝜂1 1 − 𝜑2 /𝜑𝑚 Из него следует, что при приближении доли наполнителя к максимальной отношение вязкости композита к вязкости полимера стремится к бесконечности. СПОСОБЫ ИЗОГОТОВЛЕНИЯ ПКМ Способов получения ПКМ достаточно много. В каждом конкретном случае способ получения определяется типом наполнителя и агрегатным состоянием полимера. Смешение Один из первых и достаточно популярных методов – это смешение. Его успешно применяют, когда степень наполнения не велика. При увеличении наполнения появляются проблемы с неоднородностью и неравномерностью распределения. Данный метод был усовершенствован Н.С. Ениколоповым. Он предложил сначала обрабатывать наполнитель инициатором полимеризации, который будет адсорбироваться на поверхности наполнителя. Далее в систему вводят мономеры. Полимеризацию проводят до тех пор пока не будет получена нужная толщина пленки. Этот метод называется полимеризационным наполнением и позволяет получить качественно новые материалы. Виды смешения очень разнообразны: это смешение через расплав; смешение двух жидких компонентов; смешение порошков и др. Безусловно перед этим компоненты проходят стадии подготовки. Такие как сушка, гранулирование, измельчение, обработка поверхности наполнителя. В зависимости от связующего и наполнителя также выбирают аппарат смешения. Полимерные растворы, эмульсии, мономеры и олигомеры вязкостью до 2∙103 Па∙с смешивают с дисперсными наполнителями в смесителях периодического действия типа мешалки [1]. Быстроходные смесители используются при смешении низковязких жидкостей и компонентов, близких по вязкости и плотности [1]. Тихоходные – для получения качественной смеси при содержании одного из компонентов не более 5 %, и если вязкость и плотность компонентов различаются более чем в 3 раза [1]. Для высоковязких сред (расплавы, пасто- и тестообразные композиции) наиболее применимы лопастные, червячные, валковые и роторные смесители. Смешение наполнителей с высоковязкими расплавами термопластичных полимеров, как правило, осуществляют в одно- и двухшнековых, дисковых экструдерах [1]. Высоконаполненные пресс-порошки на основе термореактивных связующих получают на валковых смесителях [1]. Пропитка Это процесс проникновения жидкого связующего в пористую структуру наполнителя. Пропиткой обычно получают ПКМ на основе волокнистых наполнителе разного типа ( слоистых, нетканных, объемных). Получение изделий ПКМ [1],[3] Дисперсно-наполненные полимеры в зависимости от вязкости, параметров структуры и вида изделий перерабатывают методами литья под давлением и без давления (заливки), экструзии, каландрования, прессования и другими методами. Заготовки ПКМ – полимеры, нанесенные на ткань, волокна, бумагу методом пропитки, промазки (вручную кистью) или напылением (распылением), далее выкладывают в формы и получают изделия различной конфигурации методами, основными из которых являются контактное формование; формование с эластичной диафрагмой; формование давлением; прессование в формах; намотка; пултрузия. ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПКМ Безусловно в современном в современном мире ПКМ используются во всех областях науки и техники, строительстве, сельском хозяйстве и во многих областях промышленности. Каждому из этих направлений посвящено большое количество монографий и статей. Поэтому в данной части хотелось бы немного рассказать о применении ПКМ в медицине. Широко известно применение полимеров в стоматологии, хирургии и протезировании, в создании медицинского оборудования. Кроме этого применение ПКМ в медицине возможно в качестве наружных повязок для лечения ран или ожогов. Этому посвящена моя диссертационная работа. Поэтому на ее примере хотелось бы показать перспективы использования ПКМ в этой области. В последние годы большое внимание в медицине и косметологии уделяется полимерным материалам с заданными физико-механическими свойствами. Гидрогели на основе акриловых полимеров – один из вариантов таких систем. Эти соединения представляют собой полиэлектролиты с различной степенью сшивки. Они способны поглощать и удерживать большие объемы различных жидкостей. Акриловые гидрогели нашли применение в различных областях, но наиболее перспективным их применение видится в медицине. Например в качестве контейнеров для доставки лекарственных веществ (ЛВ) или перевязочных средств для лечения ран и ожогов. Акриловые гидрогели обладают рядом важных свойств, которые обеспечивают им широкое применение, таких как: низкая стоимость, чувствительность к внешним условиям, высокая сорбционная емкость. Однако применение данных гидрогелей значительно усложняется их низкими физикомеханическими свойствами. Введение в полимерную матрицу активных наполнителей приводит к улучшению эксплуатационных характеристик таких как прочность, модуль упругости и т.п. Обладая широким спектром плюсов, акриловые гидрогели не обладают собственной биологической активностью, которая смогла бы вызвать какойлибо положительный эффект. Поэтому для придания ПКМ на основе акриловых гидрогелей фармокологического эффекта в полимерную матрицу вводят различные биологически активные вещества. В большинстве случаев матрицу гидрогеля наполняют лекарственными веществами, чтобы обеспечить необходимый терапевтический эффект. При этом появляется необходимость использования нескольких слоев геля, чтобы обеспечить необходимые механические свойства. Более полувека назад детонационным методом были получены наноалмазные частицы. Наноалмазы (НА) обладают рядом многообещающих свойств, таких как сверхтвердость, химическая инертность, особая структура поверхности и др. Более того, поверхность НА представляет пропорционально большое количество поверхностных атомов. Наличие функциональных групп на поверхности НА позволяет обеспечить конъюгацию с биомолекулами, лекарствами и полимерами. Кроме многообещающих физико-химических свойств НА обладают собственной биологической активностью. При этом важно отметить, что установлено, что ДНА практически нетоксичен (ЛД50 = 7000 мг/кг для белых крыс, per os). Способность проникать через клеточные мембраны и наличие большого количества разнообразных поверхностных функциональных групп делает ДНА не только потенциальным носителем биологически активных веществ, но и самостоятельным биологически активным материалом. Разнообразная биологическая активность ДНА отмечена рядом авторов [1]. Прооксидантная активность ДНА доказана результатами многочисленных исследований активации апоптоза и влияния на антиоксидантные ферменты, скорость образования метгемоглобина и процессы перекисного окисления белков [2]. Прооксидантный эффект ДНА должен обусловливать антимикробную активность этого материала. Хорошо известно, что усиление генерации активных форм кислорода является одним из основных инструментов подавления проникновения вирусов и бактерий в клетки. Фагоцитоз, то есть процесс поглощения чужеродных видов, включает усиленную генерацию активных форм кислорода фагоцитами. ДНА были протестированы на антимикробную активность, используя в качестве тестового материала как бактериальные культуры, так и микроскопические грибы. Установлено, что микромицеты более чувствительны к ДНА, чем бактерии. Таким образом можно сказать, что основная биологическая активность немодифицированных ДНА нарушает жизненный цикл вирусов, рост микромицетов и продукцию белка микроорганизмами. В тоже время НА, являясь неорганическим наполнителем, могут значительно улучшить механические характеристики гидрогелей. Поэтому использование в качестве наполнителя наноалмазов может стать ключом к одновременному повышению физико-механических свойств и приданию материалам биологической активности, необходимой для их медицинского использования. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной работе были рассмотрены одни из самых перспективных материалов ближайшего будущего – ПКМ. Данные материалы отличаются тем, что сочетают в себе несколько полезных свойств, важных для будущего изделия. Данные свойства зависят от матрицы и наполнителя – двух основных компонентов системы ПКМ. Выбор этих компонентов также определяет способ получения как заготовки, так и будущего изделия. Трудности при создании ПКМ связаны с большим количеством факторов, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечить, как наилучшую совместимость компонентов, так и возможность переработки заготовки в изделие. Для этих целей используют различные добавки, основными из которых являются аппреты и пластификаторы. Методы создания ПКМ также не стоят на месте. Основной целью разработки новых методов является лучшая совместимость компонентов системы. Развитие науки о композиционных материалах подталкивается активным развитием промышленности и медицины и, как следствие, необходимостью создания функционально новых материалов с заданными свойствами. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Основы создания полимерных композиционных материалов А.Е. Заикин, М.Ф.Галиханов; Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2001. 140 с. 2. Полимерные композиционные материалы (часть 1): учебное пособие / Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 118 с. 3. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: уч. пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под ред. А.А. Берлина. – СПб: Профессия, 2008 – 560 с. 4. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. Издание 4-е, переработанное и дополненное. - М.: Научный мир. 2007. – 576с.
