Новосибирские ученые разработали концентрат для создания «умной» силиконовой резины

Сотрудники Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами» (ЦНФМ) на базе НГУ разработали концентрат на основе многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), который позволяет улучшать свойства силиконовых резин.

Новое решение открывает возможности для применения в самых разных отраслях: от медицины до нефтегазодобывающей промышленности. Разработка осуществлена в рамках проекта, финансируемого Фондом Национальной технологической инициативы.

«Мы подали заявку на выдачу патента РФ на изобретение «состав концентрата и способ его получения». Этот материал используется для модификации силиконов, как низковязких, так и высоковязких. Благодаря ему удаётся повысить прочность и задать материалу электропроводящие свойства, которые раньше было сложно достичь», — рассказал научный сотрудник ЦНФМ НГУ Андрей Скуратов. Силиконовые резины широко применяются в промышленности и медицине: из них делают уплотнительные кольца, прокладки, покрытия для металлов, конвейерные ленты, а также детали медицинского оборудования.

Стандартные способы введения нанотрубок в силикон не дают желаемого результата. По словам исследователей, если просто добавить порошок нанотрубок в материал, то он теряет свойства, быстрее разрушается, а заявленные антистатические свойства не реализуются. Команда ЦНФМ НГУ предложила принципиально иной подход: нанотрубки подвергаются предварительной обработке и распределяются в составе концентрата. Это позволяет избежать образования агломератов и равномерно «встроить» их в структуру силикона.

«Мы используем особый метод, при котором нанотрубки как бы “расплетаются” и диспергируются. На выходе получается рабочий продукт — концентрат. Использование концентрата нанотрубок легко встраивается в технологический процесс изготовления силиконовых резин, не изменяя его, что делает внедрение нашей разработки удобным для промышленности», — пояснил Андрей Скуратов.

Одним из ключевых преимуществ новых материалов стала возможность тонко регулировать уровень электропроводности за счёт подбора концентрации МУНТ в силиконовой матрице. Эффективный диапазон содержания нанотрубок составляет от 0,2 до 0,8 мас.%, что позволяет получать материалы с заданными электрическими характеристиками без ухудшения их эластичности и прочности. Такой подход дает возможность адаптировать материал под конкретные требования применения — от антистатических до токопроводящих свойств. В медицине это особенно важно, поскольку статическое электричество может притягивать пыль и вызывать загрязнение поверхности изделий. В нефтегазовой и горнодобывающей промышленности контролируемая электропроводность обеспечивает антистатический эффект, предотвращая искрообразование и повышая безопасность эксплуатации оборудования. Помимо этого, введение МУНТ существенно увеличивает механическую прочность силикона: разработчикам удалось повысить модуль упругости и сопротивление раздиру на 25–35 %. В результате изделия становятся долговечнее и устойчивее к механическим нагрузкам, включая трение и контакт с металлическими поверхностями.

Разработанный концентрат на основе нанотрубок открывает путь к созданию так называемых «умных» силиконовых материалов с заданными свойствами. Из них можно изготавливать детали для автомобильной, космической и горнодобывающей промышленности, медицинское оборудование, конвейерные системы.

«Мы смогли не только подтвердить улучшение физических характеристик, но и показать, что материал становится функционально гибким. С его помощью можно корректировать электрические свойства в зависимости от потребностей заказчика. А это открывает возможности для очень широкого применения», — отметил ученый.