ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКОГО ФАКТОРА В ОЧЕНЬ ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ МЕТОДОМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Список литературы

1. Распоряжение Главы Республики Саха (Якутия) № 649-РГ от 13 августа 2018 г. « Об утверждении Концепции развития сбора, изучения, использования, переработки и реализации палеонтологических материалов мамонтовой фауны на территории Республики Саха (Якутия)» - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/550166534/

2. Соловьев Т.М., Петухова Е.С., Ботвин Г.В. Исакова Т.А., Павлова В.В. Анализ состава и структуры бивня мамонта Mammuthus primigenius методами термогравиметрического и рентгенофазового анализа // Материаловедение. 2021. № 2. С. 9-12.

3. Freund A., Eggert G., Kutzke H., Barbier B. On the Occurrence of Magnesium Phosphates on Ivory // Studies in Conservation. 2002. Vol. 47 (3). P. 155-160.

4. Fernández-Jalvo Y., Sánchez-Chillón B., Andrews P., Fernández-López S., Martínez L.A. Morphological Taphonomic Transformations of Fossil Bones in Continental Environments and Repercussions on Their Chemical Composition // Archaeometry. 2002. Vol. 44. P. 353-361.

5. Pfeifer S.J., Hartramph W.L., Kahlke R-D, Muller F.A. Mammoth ivory was the most suitable osseous raw material for the production of Late Pleistocene big game projectile points // Scientific Reports. 2019. Vol. 9(1). P. 1-10.

УДК 678

DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-205-209

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКОГО ФАКТОРА В ОЧЕНЬ ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ МЕТОДОМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Кычкин А.А.1, Сивцев С.И2, Кычкин А.К.3

1 Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения

Российской академии наук», г. Якутск

2 Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения

Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск

3 Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения

Российской академии наук», обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск

E-mail: [email protected]

Аннотация. В данной работе приведены результаты исследования методом ядерного магнитного резонанса полимерных пластмассов, экспонированных в открытом полигоне ЦКП ФИЦЯНЦ СО РАН в г. Якутске в очень холодном климате под воздействием естественных климатических факторов. Раскрываются химические изменения полимера под воздействием климатического фактора. Ключевые слова: полимерные материалы, эпоксидное связующее, натурные климатические испытания, ядерный магнитный резонанс.

В качестве связующего материала для полимерных композитных материалов (ПКМ) наибольшее практическое применение в промышленности получили эпоксидные связующие, отвержденные ангидридами дикарбоновых кислот (ЭДИ) из-за сочетания в себе высоких механические и адгезионные характеристики к армирующим волокнам, технологичности связующих - обеспечивающая создание высокопроизводительных процессов пропитки армирующих элементов, формования и окончательного получения изделия.

Полученные ПКМ конструкционного назначения представляют большой интерес для изучения эксплуатационной стойкости и стойкости к климатическим воздействиям в различных условиях и зонах применения данных материалов [1-3].

Основным показателем оценки климатического воздействия для ПКМ являются механические свойства, полученные методами исследования предела прочности и модуль упругости

при растяжении, изгибе, сжатии и межслоевого сдвига. Авторами [4] был проведен анализ влияния климата на механические свойства ПКМ по данным отечественных и зарубежных источников и выявлены показатели более 30% случаев улучшения механических показателей после пребывания ПКМ в открытых климатических условиях. В большинстве случаев увеличения показателей объясняется эффектами доотверждения полимерной матрицы [5-6], но не раскрывается какие именно структурные изменения происходит с ПКМ под воздействием климатического фактора. В данной работе представлено доказательства доотверждения полимерного пластика на основе полученных результатов методом ядерно магнитного резонанса.

Основу связующего ЭДИ для ПКМ составляет эпоксидиановая смола ЭД-20, отвержда-емая изо-метилтетрагидрофталевым ангидридом (изо-МТГФА) в присутствии ускорителя 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенола (УП-606/2), приготавливаемое по рецептуре согласно РТП-СП2-20994511- 1999Т.

Таблица 1 - Состав рецептуры эпоксиангидридного связующего ЭДИ

Наименования компонентов Назначение компонентов Массовое содержание компонентов, %

ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) Основа связующего 56,7 ± 0,5

Изо-МТГФА (ТУ 6-09-124-91) Отвердитель 42,5 ± 1,5

УП-606/2 (ТУ 6-00209817.035-96) Ускоритель отверждения связующего 0,8 ± 0,02

Наиболее востребованная и популярная смола, которая имеет низкую цветность, без примесей и включений воды. ЭД-20 на основе эпихлорнидрина и дифенилолпропана представляют собой растворимые и плавкие реакционноспособные олигомерные продукты [7]. Эпоксидиановая смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) имеет структурную формулу:

Изо-МТГФА используется в качестве отвердителя горячего отверждения эпоксидных смол и составов на их основе. Обеспечивает высокие физико-механические характеристики отвержденных систем, отличные влагозащитные свойства, хорошие электрические показатели, климатическую стойкость. Представляет собой жидкую смесь изомеров метилтетрагид-рофталевого ангидрида.

Поскольку отверждение эпоксидных смол ангидридами протекает крайне медленно, в эти системы, как правило, вводят ускорители. Выбор в качестве ускорителя УП-606/2 обусловлен его высокой каталитической активностью, связанной с наличием в этом соединении сразу трех третичных аминогрупп и кислого фенольного гидроксила:

Ангидриды кислот взаимодействуют с эпоксидными смолами с образованием сложных эфиров. В настоящее время твердо установлено, что процесс отверждения определяется в основном двумя реакциями. Чтобы эта реакция произошла, требуется раскрытие ангидридного цикла. Небольшое количество протон-содержащих веществ (кислоты, спирты, фенолы и вода) или оснований Льюиса способствует размыканию кольца [8].

3-метил-1,2,3,6 ТГФА

4-метил-1,2,3,6 ТГФА

к

о + -- п т \

о о

Карбоксильная группа

Рисунок 1 - Реакция изо-МТГА с ускорителем

Таким образом, ускорители используются для увеличения количества активных центров отверждения смолы. Возможный механизм активации (ускорения) реакции отверждения путем увеличения количества карбоксильных групп.

о

о

он

Рисунок 2 - Увеличение количества карбоксильных групп ускорителем

Образующиеся карбоксильные группы реагируют с эпоксидными группами раскрывая его с образованием ОН-группы.

к

о N

\ +

ОН; ОН;

Эпоксидная группа Рисунок 3 - Реакция эпоксида с карбоксильной группой

Далее ОН-группа эпоксидной смолы реагирует с ангидридом и образует новую карбоксильную группу.

'¡гЧНО^у

ОН-группа

к

о ^

к

о N

о^ О

Новая карбоксильная Ф о' группа

Рисунок 4 - Реакция ОН-группы с ангидридом (изо-МТГФА)

В результате таких реакций образуется твердая смола трехмерной структуры. Реакция полимеризации ЭД-20 с отвердителем изо-МТГФА имеет следующий вид:

о

о

о

Рисунок 5 - Реакция между эпоксидной смолой и ангидридным отвердителем (изо-МТГФА)

Рисунок 6 - Связь пиков с соответствующими углеродами в ароматической части спектра полимерного пластика с иходным и после климатического воздействия

Спектры 13С-ЯМР высокого разрешения в твердом теле регистрировались на приборе "Bruker AVANCE III 400" на частоте 100 МГц с использованием стандартной методики кросс-поляризации и вращением под магическим углом (CPMAS). Спектография снималась по 3 образца с каждой партии. Получение спектров проводилось на образцах размерами до 4 мм в роторе машины со скоростью вращения 8 кГц. Как показывает спектрограммы на них присутствуют от 8 до 9 сигналов карбонильных групп атома углерода в соединениях С=О, СН=О, но после 12 месяцев выставления в открытом полигоне в условиях очень холодного климата, наблюдается отсутствие пиков карбонильной группы.

Заключение. Анализ с помощью ядерно-магнитного резонанса позволяет выявить изменение в химической структуре полимеров и определить отверждения полимерных материалов, что позволит учесть в моделировании деструкции при климатических испытаниях и произвести корректировки в технологический процесс получения композиционных материалов.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ FWRS-2022-0001). Исследования выполнены с использованием научного оборудования ЦКП Федерального исследовательского центра Якутского научного центра СО РАН».

Список литературы

1. Maxwell A.S., Broughton W.R., Dean G., Sims G.M. Review of accelerated ageing methods and lifetime prediction techniques for polymeric materials. NPL Report DEPC MPR 016, 2005. P. 84.

2. Kablov E.N., Startsev O.V., Krotov A.S., Kirillov V.N. Climatic aging of composite aviation materials: 3. Significant aging factors // Russian Metallurgy (Metally). 2012. No. 4. P. 323-329.

3. Kychkin A.K. The Initial Stage of Climatic Aging of Basalt-Reinforced and Glass-Reinforced Plastics in Extremely Cold Climates: Regularities / A.K. Kychkin, A.A. Gavrilieva, A.A. Kychkin, I.G. Lukachevskaya, M.P. Lebedev // Polymers. 2024. Vol.16. Article number 866. DOI: 10.3390/polym16070866

4. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2 (51). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sistemnyy-analiz-vliyaniya-klimata-na-mehanicheskie-svoystva-polimernyh-kompozitsionnyh-materialov-po-dannym-otechestvennyh-i (дата обращения: 19.06.2024).

5. Nishizaki I., Sakurada H., Tomiyama T. Durability of pultruded GFPR through ten-year outdoor exposure test // Polymers. 2015. Vol. 7. P. 2494-2503.

6. Николаев Е.В., Барботько С.В., Андреева Н.П., Павлов М.Р., Гращенков Д.В. Комплексное исследование воздействия климатических и эксплуатационных факторов на новое поколение эпоксидного связующего и полимерных композиционных материалов на его основе. Часть 4. Натурные климатические испытания полимерных композиционных материалов на основе эпоксидной матрицы // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. № 6. Ст. 11. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.12.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-6-11-11.

7. Смолы эпоксидно-диановые неотверждённые. Технические условия [Текст]: ГОСТ 10587-84.

8. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам. Книга 1 / Любин Дж. Москва: Машиностроение, 1988. 448 с.

УДК 004.89:94;539.42;620.1

DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-209-211

ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ЦЕНТРА НОВЫХ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В РЕСПУБЛИКЕ САХА (ЯКУТИЯ)

Лепов В.В.1, СоколоваМ.Д.2, Пермяков П.П.1 1 Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск 2 Институт проблем нефти и газа СО РАН, ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск

E-mail: [email protected]

Аннотация. Рассмотрены особенности и проблемы, возникающие при создании центра климатических испытаний, разработки и сертификации новых цифровых технологий в области энергетики и транспорта в Республике Саха (Якутия). Низкие экономическая эффективность и безопасность строительства в области криолитозоны, транспортная доступность региона, недостаток квалифицированных кадров, высокая значимость тепловой энергетики, суровые климатические условия проживания населения повышают риски инвестиций в производство промышленной продукции в регионе. Создание задела в области цифровых технологий обеспечивает положительный прогноз устойчивого социального развития региона, его энергообеспечения и энергоэффективности, снижения экологических рисков. Показаны перспективы применения полученного задела в области численного моделирования и машинного обучения для построения постиндустриального общества в экстремальных климатических условиях Арктики и Субарктики.

Ключевые слова: климатические испытания, новые материалы, цифровые технологии, численное моделирование, машинное обучение, транспортная доступность, энергетическая безопасность, при-родно-техногенная безопасность криолитозоны.

Республика Саха (Якутия) богата природными ресурсами, такими как, алмазы, нефть, газ, золото и многое другое. Более того, территория республики непосредственно прилегает к Арктическому шельфу, где по оценкам специалистов имеются огромные запасы углеводородного сырья. Однако, суровые климатические условия, огромные расстояния и низкая плот-