Прорыв в резинотехнике

Группа ученых из Института тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова РТУ МИРЭА разработала материал на основе синтетического полиизопрена, который может стать достойной заменой натуральному каучуку в производстве шин и других резиновых изделий. 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.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

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.

Подготовила пресс-служба РТУ МИРЭА