Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Для оценки климатической устойчивости модельных систем двухслойного материала из СВМПЭ и БНКС-18, не содержащего противостарителей, проведена натурная экспозиция образцов на полигоне СВФУ в г.Якутске. В настоящее время получена и обработана информация об изменении свойств в течение 6 месяцев. Климатические испытания подобных материалов проводятся впервые. Для оценки динамики изменения свойств в процессе старения были выбраны следующие характеристические показатели: физико-механические свойства (прочность и относительное удлинение при разрыве, напряжение (модуль) при заданном удлинение) и усилие расслаивания материала, по которым в процессе старения были рассчитаны коэффициенты старения. Структуру полимеров при натурной экспозиции фиксировали с помощью оптической и электронной микроскопии, а химические изменения на поверхности материала – с помощью ИК-НПВО спектроскопии. При натурной экспозиции двухслойного материала на основе БНКС-18 и СВМПЭ в результате одновременного воздействия термо- и фотоокислительного, озонного старения слои претерпевают разные виды изменений. Эластомерный слой дополнительно структурируется, становится жестким, его прочность увеличивается до 40%, а слой СВМПЭ после 6 мес. экспозиции хрупко разрушается в связи с переходом процессов старения в стадию фотолиза. Результаты старения двуслойных образцов существенно зависят от уровня инсоляции: на какую из поверхностей при экспозиции падают прямые солнечные лучи, та и претерпевает более значительные деградационные изменения. Процессы деструкции в слое СВМПЭ при атмосферном старении двухслойного материала сопровождаются образованием карбонильных, альдегидных, эфирных групп на поверхности, что было зафиксировано с помощью ИК-спектроскопии. Рассчитан индекс окисления после 6 мес. экспонирования, составляющий 0,1- 0,15. Предложен метод для определения механических свойств поверхностных слоев высокоэластичных материалов по результатам наноДМА испытаний, который позволил определить функции релаксации и ползучести материала, а также частотные зависимости динамических действительного и мнимого модулей. Проведен расчет и анализ механических свойств для двух типов морозостойких резин при различной степени износа их поверхностей, а также до и после климатического старения. Установлено, что изнашивание поверхностей приводит к увеличению жесткости поверхностных слоев и снижению их релаксационных свойств, при этом изменения в поверхностном слое резины на основе изопренового каучука менее выражены, чем для резины основе бутадиен-нитрильного каучука. Климатическое старение привело к повышению жесткости резины на основе бутадиен-нитрильного каучука, при этом релаксационные свойства материала практически не изменились. Трибологические испытания резин в паре со стальной гладкой поверхностью в диапазоне температур от -25 до +60 °С показали существование зависимости скорости формирования поврежденности приповерхностных слоев от температуры испытания резины, при этом исследования микротопографии поверхностей испытанных образцов демонстрирует отсутствие ее эволюции в процессе трения на заданном в работе пути трения. Было проведено экспериментальное исследование износоконтактных характеристик покрытий СВМПЭ на морозостойкой резине различной толщины после климатического старения. Испытания были проведены при контактном взаимодействии исследуемых материалов в форме кольца с плоской стальной поверхностью диска при варьировании нагрузочно-скоростных параметров и изменении температуры от -25 до 60 ℃. Показано, что для всех материалов повышение скорости скольжения приводит к увеличению коэффициента трения, вместе с тем не влияя на их износостойкость. При увеличении нагрузки ¬коэффициент трения снижается, хотя кратно увеличивается износ. Было установлено, что коэффициент трения материалов чувствителен к температуре. В то же время, в условиях низких температур скорость износа не изменяется. Установлено, что трибологические характеристики материалов после ускоренного старения не ухудшаются. Проведено моделирование контакта шарика и двухслойного материала в условиях однонаправленного скольжения с целью получения зависимостей деформационной составляющей трения от скорости скольжения для покрытий различной толщины. СВМПЭ чувствителен к фрикционному нагреву, поэтому решена также тепловая задача определения температуры в зоне контакта. Показано, что минимальный коэффициент трения имеет место для покрытий толщиной 600 мкм. В то же время в случае покрытия толщиной 300 мкм поверхность дорожки трения практически не отличается от исходной. Таким образом, исследуемая комбинация полимеров обеспечивает антифрикционные свойства и износостойкость поверхностного слоя при сохранении демпфирующих свойств резины. На основе решения задачи о скольжении с постоянной скоростью ограниченной и периодической системы инденторов по границе вязкоупругого полупространства с покрытием Проведен анализ эффекта взаимного влияния на контактные и внутренние напряжения при наличии сил трения для покрытий разной толщины. Анализ показал, что существуют оптимальные и нежелательные значения толщины покрытия, которые определяются условиями нагружения (геометрией контакта, нагрузкой, скоростью). Критерием являются максимальные значения напряжений, от которых может зависеть разрушение композита покрытие-подложка. Это растягивающие, максимальные касательные и приведенные напряжения. Наличие сил трения в диапазоне коэффициентов от 0.02 до 0.25, экспериментально зафиксированных для СВМПЭ, в случае множественного контакта может приводить к парадоксальному результату – снижению максимальных значений напряжений с ростом величины коэффициента трения. Этот эффект характерен для более тонких покрытий.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Экспериментально установлено, что для формирования максимально прочного адгезионного соединения между изопреновым эластомером, содержащего в вулканизационной группе сульфенамид Ц, с поверхностью спеченного СВМПЭ необходим контакт сырой резиновой смеси с последующей совместной вулканизацией. При этом технология обертывания эластомера пленкой СВМПЭ с последующей вулканизацией позволяет получить композитный материал с высокой стойкостью к углеводородным средам, сохраняющий свои основные эксплуатационные свойства. Полученные данные возможно применять для создания уплотнительных элементов, работающих при трении, износостойких демпфирующих покрытий и других изделий, работающих в контакте с агрессивными жидкостями. Нанесение тонкого покрытия СВМПЭ на эластомерную матрицу позволяет максимально сохранить ее демпфирующие свойства. Продолжено исследование климатической устойчивости двухслойного композитного материала на основе СВМПЭ и БНКС-18 в холодном резко-континентальном климате Якутии. Показано комплексное влияние климатических факторов (температура окружающей среды и ее резкие суточные перепады, влажность, солнечная радиация, в том числе UF-излучение, кислород и озон) на физико-механические показатели и структуру при атмосферном старении двухслойного композита. Испытания проводили согласно ГОСТ 9.708-83 на полигоне Северо-Восточного федерального университета в Якутске, образцы экспонировали в течение 18 месяцев. За последний год изучены особенности старения материала на основе СВМПЭ/БНКС на разных стадиях экспозиции в зависимости от способа расположения образцов и уровня инсоляции, оценен уровень деградационных изменений. Впервые проведен комплекс научных исследований, охватывающий оценку состояния материала на трех иерархических уровнях организации вещества: на молекулярном (химический состав макромолекул), надмолекулярном и макроскопическом. В ходе экспериментов посредством инфракрасной спектроскопии фиксировали изменения химической структуры поверхностных слоев СВМПЭ; с помощью оптической микроскопии исследовали их морфологию и нарастание деградационных изменений; методом дифференциально-сканирующей калориметрии определяли степень кристалличности СВМПЭ; осуществляли оценку влияния условий экспозиции на изменение физико-механических свойств материала и прочность связи на границе раздела фаз. По спектральным полосам поглощения, характеризующих химические превращения функциональных групп материала в результате протекания радикальных процессов старения, рассчитаны индексы окисления, свидетельствующие о существенной степени протекания радикальных процессов старения. По полученным показателям эластичности и прочности, материалов оценены коэффициенты сохранения свойств после атмосферного старения: до полугода экспозиции преобладали процессы структурирования полимеров, а затем их деструкции. Определены динамические модули (E', E'') и механические потери (tanδ) приповерхностных слоев морозостойких резин в диапазоне температур от -65 до +60 °С. Установлено, что с повышением частоты деформации поверхностного слоя как для БНКС-18, так и для СКИ-3 динамические модули увеличиваются для обоих типов резин. Понижение температуры образцов резины до -50°С приводит к значительному увеличению динамических модулей и снижению механических потерь приповерхностных слоев обоих типов морозостойких резин, то есть приповерхностный слой не изношенной резины марки СКИ-3 значительно лучше сохраняет свои реологические свойства с понижением объемной температуры. Изнашивание поверхности резины в контакте со стальной поверхностью для БНКС-18 резины приводит к повышению динамических модулей E', E'', при этом разницы между изнашиванием на пути трения 4 и 20 км практически не наблюдается. Для резины марки СКИ-3 степень изнашивания поверхности мало влияет на изменение динамических модулей поверхностного слоя с тенденцией к слабому снижению динамических модулей (не более 5%). Получены параметры модели Кельвина-Фойгта. Определены параметры функций релаксации и ползучести поверхностных слоев морозостойких резин. Было получено, что для БНКС-18 резины с уменьшением температуре ниже -45°С функция релаксации не изменяется, при этом для резины СКИ-3 значения функции релаксации снижаются вплоть до температуры равной -65 °С, что свидетельствует о сохранении вязкоупругих свойств поверхности этой резины во всем диапазоне исследуемых температур. Изучено влияние количества введенного в состав эластомеров модификатора порошка наноалмазов на их механические, реологические и трибологические свойства. Как показали результаты трибоиспытаний и наноДМА тестирования, что введение в ЭПХГ 3 и 5 масс. ч. наноалмазов на 100 мас. частей резины приводит к упрочнению эластомера и повышает его трибологические характеристики, увеличивает модуль упругости, но несколько снижает демпфирующие свойства. Проведено исследование характеристик (трение, износ, геометрия поверхности) двухслойных материалов СВМПЭ – морозостойкая резина после климатического старения различной продолжительности. Нагрузка и скорость варьировались. С увеличением времени экспонирования коэффициент трения падает из-за снижения поверхностной энергии и, соответственно, адгезионной составляющей силы трения. Износостойкость незначительно увеличивается спустя два месяца экспонирования и сохраняется в течение следующих четырех. В результате климатического старения на протяжении 6 месяцев выдержки трибологические свойства композита резина – СВМПЭ (коэффициент трения и износостойкость) не теряются. Слабая зависимость коэффициента трения от скорости для состаренного материала свидетельствует о потере его деформационных свойств, что может отрицательно сказаться на качестве уплотнений. При многоцикловом контактном нагружении изменений в амплитуде, ожидаемых при появлении разрушения, не было зафиксировано. Не было и обнаружено и дефектов под поверхностью (исследования проводились на срезах, методика изготовления которых была разработана ранее). Таким образом, мы показали устойчивость композита к вибрационным нагрузкам. Состаренный хрупкий и жесткий СВМПЭ при подобном контакте быстро разрушается. Проведен анализ напряженного состояния, возникающего в материалах покрытия и подложки на границе раздела в условиях фрикционного контакта вязкоупругого основания с жестким покрытием и гладкого индентора при синусоидальном характере изменения приложенной нагрузки. Сформулирован критерий накопления поврежденности для границы раздела покрытия с подложкой со стороны резины, позволяющий оценить усталостную долговечность композита. В зависимости от условий эксплуатации ресурс материала будут определять два взаимосвязанных фактора – накопление усталостных повреждений (преимущественно в резине) и старение обоих полимеров, причем наиболее опасно охрупчивание СВМПЭ.