Уникальность разработки заключается в том, что новый материал не только соответствует, но и превосходит природный аналог по ключевым характеристикам, таким как когезионная прочность — прочность сырой резиновой смеси. Данный показатель является одним из важнейших технологических свойств при производстве таких изделий, как крупногабаритные шины. Как отмечает один из авторов исследования, преподаватель кафедры химии и технологии переработки эластомеров РТУ МИРЭА Сергей Чернышов: «Наша разработка позволяет решить одну из главных проблем синтетического изопренового каучука — низкую когезионную прочность самого каучука и резиновой смеси (сырой резины) на его основе. Добавление всего 7% полиэтилена высокой плотности делает эластомерный материал вдвое прочнее натурального...
Как отмечает один из авторов исследования, преподаватель кафедры химии и технологии переработки эластомеров РТУ МИРЭА Сергей Чернышов: «Наша разработка позволяет решить одну из главных проблем синтетического изопренового каучука — низкую когезионную прочность самого каучука и резиновой смеси (сырой резины) на его основе. Добавление всего 7% полиэтилена высокой плотности делает эластомерный материал вдвое прочнее натурального каучука на этапе производства, что особенно важно для крупногабаритных и цельнометаллических шин».
Натуральный каучук долгое время оставался незаменимым полимером для ответственных изделий, таких как авиационные и грузовые шины. Однако его производство зависит от природных условий, а синтетические аналоги до сих пор уступали по свойствам. Ученые РТУ МИРЭА нашли решение, совмещая синтетический полиизопрен с полиэтиленом. Это не только улучшает свойства эластомерного материала на их основе, но и делает технологию более простой и экологичной, так как не требует применения токсичных химических веществ.
«Мы доказали, что физическое смешивание полимеров может быть не менее эффективным, чем химические методы,— добавляет Людмила Люсова, заведующая кафедрой химии и технологии переработки эластомеров имени Ф. Ф. Кошелева из РТУ МИРЭА, доктор технических наук, профессор.— При этом наш материал сохраняет все эксплуатационные характеристики, присущие резине на основе натурального каучука, а по устойчивости к динамическим нагрузкам даже превосходит его на 28%».
Разработка уже вызвала интерес у промышленников, так как ее внедрение не требует перестройки производственных линий. Новый материал может сократить зависимость от импорта натурального каучука и повысить качество резиновых изделий.
Ученые РТУ МИРЭА продолжают исследования, чтобы расширить область применения своего изобретения и сделать его доступным для различных отраслей промышленности. Результаты исследования были опубликованы в рецензируемом международном научном журнале «Военно-технический вестник» (Vojnotehniki glasnik / Military Technical Courier).
Сергей Чернышов, ассистент кафедры ХТПЭ ИТХТ РТУ МИРЭА, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:
— В чем принципиальное отличие нового материала от существующих синтетических аналогов?
— Существующие синтетические аналоги схожи с натуральным каучуком по структуре полимера, но отличаются по свойствам. Они уступают натуральному каучуку прежде всего по когезионной прочности самого каучука и резиновых смесей на его основе — очень важной характеристике технологичности материала. Материал, который разработали, не уступает натуральному каучуку по данному показателю. Принципиальное отличие нового материала состоит в том, что это смесь полимеров — смесевая эластомерная композиция.
— Почему до сих пор не удавалось создать полноценную замену натуральному каучуку?
— Последние несколько десятилетий для решения данной проблемы шли по пути химической модификации синтетических аналогов. Но в конечном счете химически модифицированные синтетические аналоги не дошли до промышленного выпуска (не нашли дальнейшего развития) по разным причинам: канцерогенность и токсичность модификации, неудовлетворительная технологичность, а также сложности при масштабировании до реального производства. В настоящее время ни один из способов данной модификации не показал требуемую эффективность в промышленных условиях.
— Как добавление всего 7% полиэтилена радикально меняет свойства материала?
— Механизм усиления на данный момент уточняется. Хорошее распределение и диспергирование полиэтилена в матрице каучука и большое межфазное взаимодействие этих полимеров обеспечивают упрочнение синтетического изопренового каучука. Размер включений полиэтилена в среднем составляет несколько сотен нанометров. Именно такое содержание полиэтилена позволяет сохранить эластические свойства материала.
— Какие преимущества дает новая технология с экологической точки зрения?
— Предложенная технология модификации, то есть использование смесей полимеров (совмещение синтетического изопренового каучука с полиэтиленом), не требует применения токсичных химических веществ. Более того, в рамках этой модификации можно использовать вторичный полиэтилен, что увеличивает экологичность технологии.
— Какие перспективные области применения, кроме шин, рассматривают ученые?
— Разработанный нами эластомерный материал можно использовать в тех же областях применения, где используется натуральный каучук. Это резинотехнические изделия (например, резиновые изделия систем подвески автомобилей), изделия медицинского (например, медицинские трубки), пищевого, бытового и спортивного назначения. Более того, резина на основе разработанного материала имеет лучшую грибостойкость, чем резина на основе натурального каучука
— Потребует ли внедрение материала перестройки существующих производственных линий?
— Не потребуется дополнительных технологических операций или перестройки существующих производственных линий при его промышленном производстве и применении.
— Какой следующий этап исследований планирует команда РТУ МИРЭА?
— Следующим этапом исследований будет являться уточнение механизма усиления каучуков полиэтиленом, установление зависимости выходных характеристик эластомерных материалов от молекулярно-структурных параметров полиэтилена, а также расширение промышленного применения разработанного материала. Отдельным этапом исследований будет опробование использования вторичного полиэтилена для улучшения свойств эластомерных материалов на основе синтетического изопренового каучука.