Новости химической науки > Как сделать эластомеры прочнее?

Эластичные полимеры, они же эластомеры, представляют собой весьма востребованные материалы, поскольку они способны к неоднократной деформации и возврату к исходной форме. Однако такая способность изменять форму нередко достается большой ценой – эластомеры, как правило, обладают незначительной механической прочностью, приводящей к разрушению деталей из этих материалов при высоких механических усилиях.

Решить эту проблему может новая стратегия, основанная на двухстадийной полимеризации, разработанной исследователями из Франции. Как отмечает руководитель исследования, Константино Кретон (Costantino Creton), стратегия является попыткой применения метода, использованного для упрочнения гидрогелей, который ранее мог применяться лишь для этих водорастворимых полимеров.

Рисунок из Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1248494

До настоящего времени прочность эластомеров, применявшихся для изготовления конструкционных деталей, предназначенных для выдерживания значительных механических воздействий, например покрышек для автомобильных шин, повышалась с помощью внесения механических добавок, например частиц (или наночастиц) углерода, однако введение в эластомер этих добавок сопряжено с рядом практических сложностей.

Исследователи из группы Кретона использовали так называемую стратегию двойных гидрогелевых сетей (hydrogel double-network strategy). Первоначально исследователи с помощью полимеризации получили короткие цепи полиэтилакрилатного эластомера. Затем они погрузили полученный эластомер в жидкий мономер для образования второго эластомера – полиметилметакрилата, добившись набухания полученного эластомера. На следующем этапе они инициировали полимеризацию метилакрилата, получив второй полимер, внедренный в сетку первого.

Как отмечает Кретон, первый эластомер, в результате набухания и растяжения обеспечивает высокую прочность материала по отношению к механическому воздействию, а второй, интеркалированный полимер обеспечивает полученный материал эластичностью, поскольку во втором полимере молекулы не растянуты до максимума.

Энергия разрыва для каждого из полимеров, образующих композитный материал, относительно низка – 1 Дж/м² для полиэтилакрилата и 10 Дж/м² – для полиметилметакрилата, однако энергия разрыва гибридного полимера составляет 1000 Дж/м². Результаты исследования показывают, что при относительно низких температурах, при которых происходит эксплуатация большинства изделий из эластомеров, прочность гибридного полимера сравнима с прочностью композитных материалов, упрочненных за счет наночастиц. При этом, при температуре 100°C, при которой большинство усиленных наночастицами эластомеров уже не могут обеспечить достаточную прочность, гибридный полимер еще можно эксплуатированный.

Как отмечает Жиган Суо (Zhigang Suo), специалист по материаловедению из Гарварда, Кретоном предложен привлекательный метод для упрочнения эластомеров. Он добавляет, что отмечает, что получаемые таким способом эластомеры могут найти применение при изготовлении автомобильных покрышек или герметичных прокладок, а также в робототехнике, системах для мониторинга состояния окружающей среды, а также для систем переработки энергии.

Источник: Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1248494

метки статьи: #новые материалы, #химия полимеров