Проспект лаборатории физической химии материалов

Учреждения Российской академии наук

Института проблем машиноведения (ИПМаш РАН).  2011 г.

 

Лаборатория образована в 1997 г.

Зав. лаб.: засл. деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор

Гинзбург Борис Моисеевич

Тел: (812) 321-47-83 сл., 230 77 11 дом.; 8 952 214 69 80 моб.; факс: (812) 321 47 71

e-mail: bmginzburg@gmail.com

 

Основной штат:

ПОЗДНЯКОВ Алексей Олегович, канд. физ.-мат. наук, снс, доц.;

ТОЧИЛЬНИКОВ Давид Григорьевич,  канд. техн. наук, снс;

ШЕПЕЛЕВСКИЙ Андрей Алексеевич, канд. физ.-мат. наук, снс;

ШИЯН Павел Анатольевич, аспирант с окт. 2009.

КУПЧИН Алексей Николаевич, соискатель с окт. 2009.

 

Лаборатория сотрудничает с коллегами из:

Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН (кфмн О.Ф.Поздняков; кфмн А.И.Ляшков);

Института высокомолекулярных соединений РАН (дфмн Т.Е.Суханова;

В.К. Лаврентьев; кхн Е.Ю.Меленевская);

Института химии силикатов им. И.В.Гребенщикова РАН (кхн В.Л.Уголков);

ФГУП НИИ синтетических каучуков им. акад. С.В.Лебедева (дхн А.П.Возняковский);

Таджикского Национального Университета, Республика Таджикистан, Душанбе (дфмн Ш.Туйчиев, кфмн Д.Рашидов, кфмн С.Х.Табаров);

ООО "Фактория ЛС", С.-Петербург (ген. директор В.П.Пониматкин)  

 

 

2005 - 2011 г.г.                              

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. Трибологические свойства минеральных жидких и консистентных смазок с

     наноразмерными микродобавками (фуллеренсодержащими материалами – ФСМ,

     наноалмазами и др.).

2. Трибологические, механические и термические свойства твердосмазочных

    полимерных материалов и композитов с наноразмерными микродобавками.

3. Деструкция (термическая, механическая и т.п.) фуллеренополимерных систем на

    различных масштабных уровнях структуры.

4. Структура и свойства растворов фуллеренов.

5. Механические свойства, структура и структурная  механика полимерных

    термопластов на молекулярном и надмолекулярном уровнях.

6. Модули упругости кристаллических решеток и структурная  механика новых

    полимерных суперпластиков и композитов на их основе

 

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. жидкие смазочные масла, консистентные смазки  и твердые смазочные материалы с микродобавками (ФСМ, наноалмазами и др.);

2. твердые полимерные пленки, содержащие ковалентно и нековалентно связанные с ними фуллерены;

3. растворы фуллеренов и фуллеренополимерных систем;

4. твердые полимерные композиты, главным образом, на основе препрегов из углеродных тканей и связующих суперпластиков, в  том числе, триботехнического,

конструкционного и электротехнического назначения.

 

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Проводятся измерения коэффициента трения, интенсивности изнашивания и др. (до 12) триботехнических параметров при трении скольжения, в широком интервале рабочих давлений – от единиц до сотен МПа. В сотрудничестве с другими организациями для изучения структуры и др. свойств исследуемых объектов используются методы малоугловой и широкоугловой рентгенографии, различных модификаций масс-спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, дифференциальной термогравиметрии, ЭСХА, темнопольной, просвечивающей, сканирующей и атомно-силовой микроскопии, методы механических испытаний. Особо следует отметить масс-спектрометрический термический анализ материалов in situ при нагревании, трении, расколе и т.п.

 

ОСНОВНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ-ПАРТНЕРЫ

Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, С.-Петербург;

Институт высокомолекулярных соединений РАН, С.-Петербург;

ЦНИИ синтетических каучуков им. акад. С.В.Лебедева, С.-Петербург;

Таджикский Национальный Университет, Республика Таджикистан, Душанбе.

 

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

НАПРАВЛЕНИЕ 1.

Трибологические свойства минеральных жидких и консистентных смазок с наноразмерными микродобавками

1. Определены различные характеристики трибологических свойств жидких и консистентных смазок при граничном трении скольжения контртел различной химической природы, при различных типах контактирования, значениях контактных давлений и т.д. (Рис. 1-1).

 

Рис. 1. Определяемые триботехнические параметры. Не все из них являются независимыми. Их определение обусловлено информативностью представления и удобством сопоставлений с литературными данными.

 

2. Различными физическими и физико-химическими методами установлен молекулярный механизм действия фуллерен-содержащих микродобавок к жидким минеральным маслам и консистентным смазкам на их антифрикционные, противоизносные и антизадирные свойства. Фуллерены инициируют образование на контртелах защитной фуллерено-полимерной пленки толщиной ~ 100 нм, которая обеспечивает улучшение указанных свойств (рис. 2-1).

Рис. 2.

 


Табл. 1. Эффективность применения разработанных модифицированных масел и пластичных смазок при их потенциальном применении в узлах трения различных видов типового промышленного оборудования.

 

   Материалы, добавки,

     условия трения

Эффективность 1–5 % добавки

Узлы трения, в которых перспективно

применение фуллеренсодержащих

 материалов

индустриальное масло

И-40 А, добавка сажи

(С+С60),граничное трение

скольжения стали по стали

при скорости 1 м/с

 

снижение энергопотерь на трение

                                               – на   10-25%;

снижение износа                  – в 1,5-3 раза;

повышение нагрузок задира  – на   10-50%

 

коробки передач; трансмиссии

станочного и промыслового оборудования, подвижного состава; редукторы и др. системы без фильтров

тонкой очистки

пластичные смазки типа

солидол-Ж и литол-24,

добавка сажи (С+С60),

граничное трение

скольжения стали по стали

при скорости 1 м/с

снижение энергопотерь на трение 

                                                  – на   10-25%;

снижение износа                     – в 1,3-2 раза;

повышение нагрузок задира  – на   20-50%;

оптимизация   приработки

 

узлы трения крупногабаритной запорной

арматуры трубопроводов, подшипники

качения промышленного и промыслового

оборудования

 

публикации ПО НАПРАВЛЕНИЮ 1:

1. Патент РФ №2268291. Пластичный   смазочный материал.  2006. Бюл. №02.

2. Б.М.Гинзбург, Л.А.Шибаев, О.Ф.Киреенко, А.А.Шепелевский, Е.Ю.Меленевская,

    В.Л.Уголков. Термическая деструкция фуллеренсодержащих полимерных систем и

    образование трибополимерных пленок. Высокомолек. соед., 2005, 47 (2), 296-314

3. Ginzburg B.M., Kireenko O.F., Shepelevskii A.A., Shibaev L.A., Tochilnikov D.G.,

     Leksovskii A.M. Thermal and Tribological Properties of Fullerene-Containing Composite

     Systems. P. 2. Formation of Tribo-Polymer  Films during Boundary Sliding Friction in the

     Presence of Fullerene C60.  J. Macromol. Sci., B, Physics. 2005, 44. (1), 93-115.

4. Б.М.Гинзбург, Л.А.Шибаев, О.Ф.Киреенко, А.А.Шепелевский, Е.Ю.Меленевская,

    В.Л.Уголков // Термическая деструкция фуллеренсодержащих полимерных систем и

    образование трибополимерных пленок  // Высокомолек. соед., А, 2005, 47 (2), 296-314

5. Точильников Д.Г., Купчин А.Н., Шепелевский А.А.,  Гинзбург Б.М., Пониматкин В.П. 

    Влияние продуктов изнашивания на антифрикционные и противоизносные свойства

    индустриальных масел И-20А и И-40А при трении стали по стали // Трение и износ.

    2011. 32(3). 296-302

 

НАПРАВЛЕНИЕ 2.

ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОСМАЗОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОЗИТОВ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ МИКРОДОБАВКАМИ.

 

С помощью микродобавок фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) улучшены противоизносные свойства и несущая способность ряда фторопластов и углепластиков, широко используемых в промышленности, в частности, при смазывании водой. Получены новые материалы. Предложена модель механизма действия ФСМ, согласно которой происходит "залечивание" микротрещин путем ковалентного соединения макрорадикалов, образующихся в устьях микротрещин и приближающихся к фуллеренам.

Рис. 3. Схема распространения микротрещины в полимерной матрице, модифицированной молекулами С60: a — начальная стадия; б — образование ковалентных связей и частичное втягивание молекулы С60 в микротрещину; в — полное втягивание молекулы С60 в микротрещину и ее “залечивание”

 

ПУБЛИКАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 2.

1. Патент РФ № 2290416. Антифрикционный композиционный полимерный материал.

    2006. БИ №36. (На основе фторопласта Ф4 и шунгитов).

2. Патент РФ №2378297. Антифрикционный полимерный  материал. 2009. (На основе

    полиуретанов и наноалмазов).

3. Патент РФ №  237 6327.  Антифрикционный композиционный  материал.

   (Углепластик на основе полифениленульфида). 2009.

4. Б.М.Гинзбург, Д.Г.Точильников, В.Е.Бахарева, А.В.Анисимов,  О.Ф.Киреенко.

    Полимерные материалы для подшипников скольжения, смазываемых водой. Обзор.

    Журн. прикл. химии. 2006, 79 (5), 705-716.

5. Б.М.Гинзбург, Ш.Туйчиев, С.Х.Табаров, А.А.Шепелевский // Исследование

    структуры порошкообразного фуллерена С60 и фуллереновой сажи методом

    малоугловой рентгенографии. Кристаллография. 2007. Т.52. №2. 211-214.

6. А.О. Поздняков, Б.М. Гинзбург, М.А. Иванов, С.В. Степанов, О.Ф. Поздняков. //

    Исследование трения полимеров по металлу методом термодесорбционной масс-

    спектрометрии. Письма в ЖТФ. 2007.Т. 33. В.11, 26-33.

7. Гинзбург Б.М., Ляшков А.И.,  Савицкий А.В., Соболев Н.З., Точильников Д. Г.

    Сравнение трибологических свойств различных углепластиков при трении

    скольжения и смазывании водой. Трение и износ. 2009,  30(1), 72-77.

8. Гинзбург Б.М., Точильников Д.Г., Ляшков А.И., Лаврентьев В.К., Лексовский А.М.,

    Поздняков А.О.,  поздняков о.ф., суханова т.е. шепелевский А.А.// Поли-пара-

    фениленсульфид как материал для подшипников скольжения, смазываемых водой.

    Трение и износ. 2010, 31(4). 394-402.

9. Б.М. Гинзбург,  Д.Г. Точильников, А.И. Ляшков, В.М. Гайсин, И.В. Пермяков, В.П.

    Пониматкин. Трибологические свойства полиоксиметилена  при трении по стали и

    смазывании водой.  Трение и износ. 2011. 32(3). 296-302

10. Б.М. Гинзбург, Точильников Д.Г., Поздняков А.О., Шиян П.А. // Несущая

       способность полимеров и полимерных композитов при трении по металлам и

       смазывании водой. Трение и износ. 2011. 32( 3). 214-228

11. Ginzburg B. M., Tochilnikov d. g., Lyashkov a.i., Ugolkov v. l., Lavrentev v. k.,

       shijan p. a., ponimatkin v.p. // tribological properties of poly(para-phenylene sulfide)

       and its carbon fiber composites with water lubrication // j. macromolecular sci. b,

       physics. 2011. V.50. N6. 1047-1061

12. Б.М. Гинзбург, Д.Г. Точильников, П.А. Шиян, В.П. Пониматкин // Влияние добавок

      фуллереновой сажи на трибологические свойства АРМАМИДА ПА СВ30-1 // Журн.

      прикл. химии. 2011. 84(9).

13. Гинзбург Б.М.,Точильников Д.Г.,  Шиян П.А., Поздняков А.О.// Несущая

      способность полимеров и полимерных композитов при трении по металлам и

      смазывании водой. Трение и износ. 2011. Т. 32. № 3. 30-44.

14. Б.М. Гинзбург,  Д.Г. Точильников, Ляшков А.И.; В.М. Гайсин, И.В. Пермяков, В.П.

      Пониматкин. Трибологические свойства полиоксиметилена  при трении по стали и

      смазывании водой.  Трение и износ. 2011. 32(4). 331-336

 

Направление 3.

Деструкция  Фуллерено-полимерных систем

 

обнаружено сильнейшее влияние фуллерена C60 на термостабильность ковалентно присоединенных к нему полимерных цепей. Например, температура максимальной скорости деструкции атактического полистирола уменьшается более, чем  на 1000С  (Рис. 5). 

Рис. 5.

 

В случае смесей с полимерами фуллерен C60 играет роль ловушки свободных радикалов, что обеспечивает повышение термостабильности со стороны низких температур (например, для атактического  свободно-радикального полиметилметакрилата, рис. 6).

Рис. 6.

 

В случае термо-окислительной деструкции свободно-радикального ПММА небольшие количества С60 (1-2%) в смеси его с ПММА вытесняют кислород из реакции окисления и смещают процессы деструкции, окисления и выделения тепла в сторону более высоких температур.

            Развиты масс-спектрометрические исследования полимеров непосредственно в камере спектрометра при различных механических воздействиях на образец (трении, расколе, сжатии и т.д.).

 

ПУБЛИКАЦИИ ПО НаправлениЮ 3:

1. Б.М.Гинзбург, А.О.Поздняков, В.Н.Згонник, О.Ф.Поздняков, Б.П.Редков,

    Е.Ю.Меленевская, Л.В.Виноградова // Влияние фуллерена на термостойкость

    свободного и привитого к  нему полистирола // Письма в ЖТФ.  1996. Т. 22. Вып.4.

    С.73-77               

2. А.О. Поздняков, Б.М Гинзбург, Т.А. Маричева, В.В.Кудрявцев, Яговкина М.А., О.Ф.

    Поздняков. Термодесорбционные состояния С60 в полимерных матрицах. Физика

    твердого тела, 2005, 47(12), 2239-2245.

3. L. A. Shibaev, E.Yu. Melenevskaya, B.M. Ginzburg, A.V.Yakimanskii, O.V. Ratnikova,

    A.V. Gribanov. Thermal and Tribological Properties of Fullerene-Containing Composite

   Systems. Part 3. Features of the Mechanism of Thermal Degradation of Poly-(N-Vinyl-

    Pyrrolidone) and Its Compositions with Fullerene C60. J. Macromol. Sci., B, Physics, 2008,

    V. 47. N2. 276-287.

4. А.О. Поздняков , О.Ф. Поздняков, Л.В. Виноградова, Б.М. Гинзбург. Особенности

    термической деструкции  гетеролучевого звездообразного полимера с фуллереном

    С60 в качестве центра ветвления. Журн. прикл. химии. 2009.  Т.82. №4. 655-660.

5. A.O. Pozdnyakov, Mass Spectrometric Research of Polymer-fullerene Composites, Ch. 4 in

    book: Fullerene Research Advances, Ed. Carl N. Kramer, Nova Science Publishers, Inc.

    2007, pp. 89-105.

6. A.O. Pozdnyakov, K. Friedrich, Thermal and wear studies of polymer-fullerene composites,

    Ch. 8 in book: Leading-Edge Composite Material Research, Ed. Tobias G. Wouters, ISBN:

    1-60021-995-0, 2008, pp. 333-348.

7. Popov,EO; Pashkevich,AA; Pozdnyakov,AO; Pozdnyakov,OF. Multi-walled nanotube

    рolymer composite degradation under high emission current regime as revealed by mass-

    spectrometry. J. Vac. Sci. Technol. B, 2008. v. 26, № 2, 745-750

8. A.O. Pozdnyakov, M.M. Brzhezinskaya, A.S. Vinogradov, K. Friedrich,

    NEXAFS spectra of polymer-nanocarbon composites, Fullerenes, Nanotubes,

    and Carbon Nanostructures, 2008, vol. 16, Iss.5-6, pp. 471-474

9. Б.М. Гинзбург, А.О.Поздняков, Д.Г. Точильников, Ш.Туйчиев, А.А.Шепелевский,

    Трибологические свойства композитов политетрафторэтилен-фуллереновая сажа,

    Высокомолек. соед., А, 2008. Т. 50, №8. 1483-1492.

10. Поздняков А.О., Гинзбург Б.М., Поздняков О.Ф. // Масс-спектры молекулярных

      продуктов, образующихся при трении  полимеров //Письма в ЖТФ. 2010.  Т. 36. № 5.

      C. 20-28.

11. А.О. Поздняков, У.А. Хандге, А.А. Кончиц, Ф. Альтштадт. Термостабильность

      нанокомпозита полиметилметакрилат-фуллерен C60: спектроскопические

      исследования, Письма в ЖТФ, 2010, Т. 36, В. 20, 67-74.

12. A.O. Pozdnyakov,  Micro and nanogram wear of polymer composites as revealed by mass-

      spectrometry, Proceedings 3rd Vienna International Conference, Viennano 09, 2009.

      Osterreichische tribologische gesellschaft, pp.167-172.

13. A.O. Pozdnyakov,  B.M. Ginzburg, Molecular mechanisms of polymer composites wear as

      revealed by mass-spectrometry, Proceedings of 4rd World Tribology Congress, Kyoto,

      2009. Japanese Society of Tribologists, Science Council of Japan, G-211, p. 354.

14. A.O. Pozdnyakov, U.A. Handge, A. Konchits and V. Altstädt. Thermal decomposition

      study of poly(methyl methacrylate)/carbon nanofiller composites. Polymer advanced

      technologies. 2010.

 

НАПРАВЛЕНИЕ 4.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ФУЛЛЕРЕНОВ

На основе результатов исследований методами малоуглового и широкоуглового рассеяния рентгеновских лучей, денсиметрии, дифференциальной термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии предложена модель надмолекулярной организации растворов фуллерена С60 в одноядерных ароматических растворителях и ее изменений при вариации концентрации. На базе литературных данных (для более, чем 60 соединений) впервые проведен анализ влияния молекулярной структуры одноядерных ароматических соединений на их температуры кипения и плавления. Для охвата всего поля температур кипения выделено три линейных зависимости от молекулярной массы. Наиболее высокотемпературная зависимость характерна для растворителей с сильным межмолекулярным взаимодействием, обусловленным наличием в их структуре специфических – гидроксильных, аминных, амидных, нитрильных, сложноэфирных и других групп, способных к формированию межмолекулярных водородных или сильно полярных (диполь-дипольных) связей.

Наиболее низкотемпературная зависимость характерна для растворителей, содержащих в своей молекулярной структуре атомы галогенов, не образующих водородные связи. Сделано предположение, что наличие атомов галогенов в молекулярной структуре растворителей приводит к ослаблению межъядерных взаимодействий.

Третью, промежуточную по температурному положению зависимость дают все прочие растворители плюс те из них, которые содержат в своей структуре и указанные специфические группы, и атомы галогенов.

Рассмотрена роль структурной изомерии (и связанной с ней симметрии молекул) в двухзамещенных соединениях. Симметрия молекул в сильной степени влияет на температуру плавления ароматических соединений: пара-положение заместителей в двухзамещенных соединениях, как правило, приводит к значительному повышению температур плавления. Орто-положение заместителей может приводить как к повышению, так и к понижению температур кипения.

Обнаружено влияние симметрии молекул растворителя на характер концентрационных зависимостей температур кипения растворов фуллеренов С60.

Введен параметр – температура кипения растворителя, отнесенная к его молекулярной массе. Обнаружена корреляция этого параметра с растворяющей способностью растворителя. Показана особая роль галогеносодержащих растворителей в процессах  растворения фуллерена и опосредованно – в формировании механических свойств пленок, полученных из общих растворов фуллерена и полимера. Определено место расположения фуллерена в различных областях надмолекулярной структуры пленок. В пленках, отлитых из общих растворов полиэтилена и фуллерена в бромбензоле, образуются кристаллосольваты С60×6H5Br. Методами эбулиоскопии и криоскопии определены параметры взаимодействия фуллерена С60 с различными растворителями.

Предложена модель надмолекулярной структуры бензола и ее изменений при введении фуллеренов. В чистом бензоле доминирующей структурой являются протяженные ассоциаты с PD1-конфигурацией (parallel displacement configuration); с ней сосуществуют ассоциаты с удвоенным периодом, обладающие PD2-конфигурацией, либо Т-конфигурацией (transversal configuration). При введении в растворитель фуллеренов происходит переход структуры с PD1-конфигурацией в структуру с удвоенной периодичностью. Аналогичные исследования будут предприняты относительно алифатических производных бензола – толуола и ксилолов.

Определены частотные зависимости диэлектрической проницаемости растворов фуллерена С60 в п-ксилоле при вариации концентрации фуллерена.

 

ПУБЛИКАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 4:

1. Б.М.Гинзбург, Ш.Туйчиев, С.Х.Табаров, А.А.Шепелевский. Структурирование

    растворителя при взаимодействии с фуллереном С60. Кристаллография. 2005, 50 (4),

    597-600.

2. Б.М.Гинзбург, Ш.Туйчиев, С.Х.Табаров, В.К.Лаврентьев, Е.Ю. Меленевская,

    А.О.Поздняков, О.Ф. Поздняков, А.А.Шепелевский,  Л.А.Шибаев. Структурирование

    толуола под действием фуллерена С60 . Журн. прикл. химии. 2005, 78 (6), 1047-1049.

3. B.M. Ginzburg, Sh. Tuichiev. On the Supermolecular Structure of Fullerene C60 Solutions. 

    J. Macromol. Sci., B, Physics. 2005, 44 (4), 517-530.

4. Б.М.Гинзбург, В.Л.Уголков, Г.Н.Федорова, Е.Ю.Меленевская, Л.А.Шибаев,

    Ш.Туйчиев. Влияние фуллерена С60 на кинетику испарения толуола. Журн. прикл.

    химии. 2006, 79 (7), 1212-1213.

5. Б.М.Гинзбург, Ш.Туйчиев. Изменения структуры ароматических растворителей

    под действием микродобавок растворенного в них фуллерена С60. Кристаллография.

    2007, 52. №1. 109-112.

7. Б.М.Гинзбург, Ш.Туйчиев. Изменения структуры ароматических растворителей под

    действием растворенного в них фуллерена С70 . Кристаллография. 2008. Т.53. №4.

    661-665.

8. Б.М. Гинзбург,  Ш. Туйчиев, С.Х.Табаров. Влияние фуллерена С60 на температуру

    кипения его растворов в некоторых ароматических растворителях. Журн. прикл.

    химии. 2009. Т.82.  №3. 395-398

9. Б.М. Гинзбург, Ш. Туйчиев, С.Шухиев. Влияние малых концентраций фуллерена С60

     на диэлектрическую проницаемость его растворов в п-ксилоле. Письма в ЖТФ.

     2009. т.35. В. 11. С.18-24.

10. Б.М.Гинзбург,  Ш.Туйчиев, С.Табаров, Ш.Акназарова, А.Аловиддинов. Свойства

      растворов фуллерена С60 в бромбензоле. Докл. АН Республики Таджикистан. 2009,

      Т.52, №3, С.212-216.

11. Б.М. Гинзбург,  Ш. Туйчиев. О влиянии молекулярной структуры на температуры

     фазовых переходов в одноядерных ароматических соединениях.  Журн. прикл.

     химии. 2009. Т.82. № 7. 1082-1091.

12. Гинзбург Б. М., Туйчиев Ш., Якиманский А.В. // Надмолекулярная структура

      бензола и ее изменения под действием растворенных фуллеренов. Кристаллография.

      2011. 56(2). 263-266.

 

направление 5 :

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, СТРУКТУРА И СтруктУрная 

механика полимерных термопластов на

молекулярном и надмолекулярном уровнях

 

Предложена новая концепция надмолекулярной организации и механизмов деформации аморфно-кристаллических термопластов. В основе концепции лежит представление о существовании критического угла сдвига кристаллитов, по достижении которого кристаллиты становятся термодинамически неустойчивыми.

С позиций этой концепции проанализированы структурные изменения в различных точках деформационной кривой. Пересмотрены представления о «холодной» вытяжке полимеров. Предложена простая рентгенографическая методика определения плоскостей наиболее легкого скольжения в полимерных кристаллитах. Развиты представления о существовании в аморфно-кристаллических полимерах кристаллоподобных тяжей, наличие которых объясняет различные проявления нелинейной вязкоупругости в ориентированных волокнах и пленках аморфно-кристаллических полимеров.

Дана интерпретация различных стадий деформации в терминах сдвиговой деформации кристаллитов, обсуждены различные явления, сопутствующие деформационному процессу, в частности, образование шейки. Обсуждается аналогия деформационных кривых и изотерм Вандерваальса для перехода пар – жидкость. Аналогия позволила объяснить широкий спектр экспериментальных наблюдений различных авторов при изучении деформации ориентированных и неориентированных образцов аморфно-кристаллических полимеров в различных условиях. Сформулированы условия образования "зуба текучести" на деформационных кривых.

 

 ПУБЛИКАЦИИ ПО НаправлениЮ 5:

1. B. M. Ginzburg. On the "Cold Drawing" of Semicrystalline Polymers.  J. Macromol. Sci.,

    B, Physics. 2005, 44 (2), 217 – 223.

2. Stalevich A. M.; Ginzburg B.M. Crystal-Like Bundles in Intrafibrillar Amorphous Regions

    and Non-Linear Viscoelasticity of Oriented Semicrystalline Polymers. J. Macromol. Sci., B, 

    Physics. 2006, 45 (2), 377 –  394. 

3. Geil Ph.H.; Ginzburg B.M. On the Terminology and Structural Interpretation of Stress-

    Strain Curves During Uniaxial Stretching of Soft-Chain Semicrystalline Polymers.

    J. Macromol. Sci., B, Physics. 2006, 45 (2), 291-323.

4. A.A. Romanova, A.M. Stalevich, P.P. Rymkevich, A. S. Gorschkov, B.M. Ginzburg. A New

     Phenomenon – Amplitude-Modulated Free Oscillations (Beatings) in the Loaded Highly

     Oriented Fibers from Semicrystalline Polymers. J. Macromol. Sci., B, Physics. 2007 (46).

     №3, 467-474

5. А.П. Возняковский, Б. М. Гинзбург, Рашидов Д., Точильников Д.Г., Туйчиев Ш. //

    Структура, механические и трибологические свойства полиуретана,

    модифицированного наноалмазами. Высокомолек. соед., А, 2010. 52 №10. 1790-1796

6. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Рашидов Д., Табаров С.Х., Иващенко П.И. // Влияние

    многостенных углеродных нанотрубок на деформационные кривые при растяжении

    полимерных аморфно-кристаллических термопластов. Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36.

    В.17. 54-60

7. Б. М. Гинзбург, Ш. Туйчиев, Д. Рашидов, С. Х. Табаров, Т. Е. Суханова, М. Э.

    Вылегжанина, А. А. Кутин, В. Л. Уголков// Влияние фуллерена С60 на структуру и

    механические свойства полиэтилена: технологический аспект. Высокомолек. 2011. Т.

    53. № 6. 883-896

8. Ginzburg Boris M., Tochilnikov David G., Lyashkov Alexander I., Ugolkov Valerij L.,

    Lavrent’ev Victor K., Shijan Pavel A., Ponimatkin Vladimir P. // Tribological Properties 

    of Poly(para-Phenylene Sulfide) and Its Carbon Fiber Composites with Water Lubrication

    // J. Macromolecular Sci. B, Physics. 2011.  50(6), 1047-1061

 

направление 6 (поисковое) :

Модули упругости кристаллических решеток и СтруктУрная  механика новых полимерных суперпластиков и композитов на их основе

 

            Запись уравнений Миязава – первый этап теоретического описания модуля упругости ЕС  кристаллической решетки полимера вдоль направления оси макромолекулярной спирали через значения коэффициентов податливости элементов спирали (валентных связей, валентных углов и углов внутреннего вращения).

Уравнения Миязава связывают длину проекции d повторяющегося звена (ПЗ) макромолекулярной спирали на ее ось  c указанными элементами спирали. Ранее методом несовершенной математической индукции был "угадан" алгоритм написания уравнений Миязава для произвольного числа узловых атомов в ПЗ [1]. С другой стороны, методом широкоугловой рентгенографии были определены значения ЕС для 16 ароматических полиимидов [2 – 4]. Установлена связь упругости макромолекул с конформациями цепей в решетках и их химической структурой. На основании сопоставления полученных значений упругости цепей близких по химическому строению впервые были определены упругие характеристики отдельных фрагментов цепей (например, ароматических, бензимидных, флуореновых и др. циклов). Фактически в дополнение к спектральным методам был предложен новый физический метод определения силовых констант деформации различных атомных группировок, причем в случае указанных сложных циклических группировок метод является пока единственным.

В рамках направления 6 предполагается следующая межинститутская программа исследований. 

1. Доказательство справедливости (методом математической индукции) предложенного ранее алгоритма записи уравнений Миязава для произвольного числа узловых атомов в молекулярной спирали.

2. Запись уравнений Миязава для некоторых суперпластиков – поли-п-фенилен-сульфида (ПФС), поли-эфир-эфир-кетона (ПЭЭК), поли-эфир-кетона (ПЭК). Расчет жесткости цепей и модуля Юнга ЕС кристаллических решеток вдоль оси молекулярной спирали. Учет возможного полиморфизма.

3. Расчет распределения нагрузки по различным элементам молекулярной спирали (ароматическим фрагментам, ковалентным связям, валентным углам, углам внутреннего вращения).

4. Сравнение расчетов с имеющимися экспериментальными данными и предсказание значений ЕС для новых полимерных суперпластиков. Определение коэффициентов податливости фрагментов молекулярных цепей.

5. Определение ЕС для новых суперпластиков методом широкоугловой рентгенографии 6. Исследование надмолекулярной структуры суперпластиков методами малоугловой и широкоугловой рентгенографии, оптической, электронной и атомно-силовой микроскопии

7. Исследование молекулярных и надмолекулярных механизмов деформации суперпластиков.

8. Сопоставление показателей жесткости суперпластиков (пленок) на макро- и микроуровнях.

9. Исследования взаимодействия суперпластиковых матриц (ПФС, ПЭЭК) с углеродными, стеклянными, базальтовыми и полимерными тканями и волокнами на молекулярном, надмолекулярном и макроскопическом уровнях. Упругость наполнителей в композите, передача механических напряжений через матрицу (ПФС).

10. Влияние наноуглеродных добавок в матрицы на указанные в п.9 взаимодействия.

11. Определение усилий, разрушающих адгезионные связи между различными матрицами и наполнителями. Влияние технологических режимов на свойства комопзитов с суперпластиковыми матрицами.

12. Исследования композитов на основе полисульфоновых матриц.

13. Трибология суперпластиков и композитов на различных структурных уровнях.

 

Предполагаемые участники программы:

Институт проблем машиноведения РАН, С.-Петербург;

Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, С.-Петербург;

Институт высокомолекулярных соединений РАН, С.-Петербург;

ФГУП НИИ синтетических каучуков им. акад. С.В.Лебедева, С.-Петербург;

Таджикский Национальный Университет, Республика Таджикистан, Душанбе.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, С.-Петербург.

 

ПУБЛИКАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 6:

1.(125)A.V.Kandakov, B.M.Ginzburg. Expansion of Miyazawa's Equations to the Case of an

   Arbitrary Number of Junction Atoms in a Molecular Helix. J. Polymer Sci., B, Polymer

   Physics. 1993. V.31. P. 249-254.

2. Магдалев Е.Т. Упругость цепей и кристаллических решеток ароматических

    полиимидов. Дис.… канд. физ.-мат. наук. СПб. ИВС РАН. 1980.

3.(96) Б.М.Гинзбург, Е.Т.Магдалев // Конформация цепей и жесткость ароматических

    полиимидов с одной шарнирной группировкой в диангидридном компоненте //

    Высокомолек. соед.  А. 1987. Т.29. № 2. С.332-337 

4.(97) Б.М.Гинзбург, Е.Т.Магдалев //Упругость кристаллической решетки и жесткость

    макромолекул полиимида ПМ //Высокомолек. соед.  А. 1987. Т.29. № 2. С.338-342 

5. Туйчиев Ш., Гинзбург Б.М., Осава Е., Аловиддинов А., Нуралиев Д. Исследование

    микродеформационных свойств облученных полимеров. Доклады АН РТ, 2008, Т.51,

   №4, С.286-289.

6. Ш. Туйчиев, С.Х.Табаров, Б.М. Гинзбург. Влияние добавок фуллерена С60­ на

    механические свойства полибутадиенстирольного каучука. Ж. технич. физики. 2008.

    Т. 78. №7. 140-144.

7. Д.Рашидов, У.Шоимов, Ш.Туйчиев, Б.М.Гинзбург. Влияние фуллерена С60  на

    структуру и механические свойства полиэтилена. Журн. прикл. химии. 2008. 81.

    № 9. 1543-1546

8. Гинзбург Б.М., Ляшков А.И.,  Савицкий А.В., Соболев Н.З., Точильников Д. Г.

    Сравнение трибологических свойств различных углепластиков при трении

    скольжения и смазывании водой. Трение и износ. 2009. Т.30. №1. 72-77.

9. Патент РФ №  237 6327.  Антифрикционный композиционный  материал.

      (Углепластик на основе ПФС). Авторы и патентообладатели: Гинзбург Б.М., 

      Ляшков А.И., Михайлов Б.И.,  Прокофьев В.М., Точильников Д.Г., Соболев Н.З.,

      Оленин Ю.В., Савицкий А.В.

10. Патент РФ №2378297. Антифрикционный полимерный  материал. (На основе ПУ и

      наноалмазов). Патентообладатель – Институт проблем машиноведения РАН.

      Авторы: Гинзбург Б.М., Возняковский А.П., Евлашенко С.И., Точильников Д.Г.

      Приоритет от 18.07.2008 г.

11. Pozdnyakov A., Ginzburg BMolecular mechanisms of polymer composites wear as

       revealed by mass-spectrometry. Proceedings 4rd World Tribology Congress. Japan,

       Kyoto, September 6 – 11, Japanese Society of Tribologists, Science Council of Japan, G-

       211, 2009, p. 354.

12. Гинзбург Б.М., Точильников Д.Г., Ляшков А.И., Лаврентьев В.К., Лексовский А.М.,

      Поздняков А.О.,  Поздняков О.Ф., Суханова Т.Е.,  Шепелевский А.А.// Поли-пара-

      фениленсульфид как материал для подшипников скольжения, смазываемых водой.

      Трение и износ. 2010, №4. 394-402.

13. А.П. Возняковский, Б. М. Гинзбург, Рашидов Д., Точильников Д.Г., Туйчиев Ш. //

       Структура, механические и трибологические свойства полиуретана,

       модифицированного наноалмазами.  Высокомолек. соед., А, 2010. 52 №10. 1790-1796

14. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Рашидов Д., Табаров С.Х., Иващенко П.И. // Влияние

      многостенных углеродных нанотрубок на деформационные кривые при растяжении  

      полимерных аморфно-кристаллических термопластов. Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36.

      В.17. 54-60

15. Ginzburg Boris M., Tochilnikov David G., Lyashkov Alexander I., Ugolkov Valerij L.,

      Lavrent’ev Victor K., Shijan Pavel A., Ponimatkin Vladimir P. // Tribological Properties  

      of Poly(para-Phenylene Sulfide) and Its Carbon Fiber Composites with Water Lubrication

      // J. Macromolecular Sci. B, Physics. 2011.  50(6), 1047-1061

16. Поздняков А.О., Гинзбург Б.М., Поздняков О.Ф. // Масс-спектры молекулярных

      продуктов, образующихся при трении  полимеров //Письма в ЖТФ. 2010.  Т. 36. № 5.

      C. 20-28.

 

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОТРУДНИЧЕСТВУ

Лаборатория предлагает исследования структуры и свойств различных объектов, проведение исследований, представляющих взаимный интерес, обмен специалистами и научной информацией (лекции, доклады, репринты и т.д.)

 

Международное сотрудничество

Сотрудники лаб. неоднократно принимали участие в работе Международных конференций и семинаров:

1. B.M.Ginzburg. Applications of wide-angle x-ray scattering (WAXS) investigations of  polymers under load. 35-th International Symposium IUPAC on Polymers. 1994. Akron, USA.

2. B.M.Ginzburg. Possible Misinterpretations of Changes in Meridian of Small-Angle X-Ray Scattering of Oriented Semicrystalline Polymer Systems. Ibidem.

3. Б.М.Гинзбург, О.Ф.Киреенко, Ю.П.Козырев, Д.Г.Точильников. Экспрессная диагностика процессов изнашивания при трении  скольжения. Оценка

трибологических свойств тонкослойных покрытий и масел с жидкокристаллическими и фуллереновыми присадками. Первая Международная конференция "Энергодиагностика" (сборник трудов). Москва, сентябрь 1995.

4. B.M.Ginzburg, A.A.Shepelevskii. Synthesis of the full phase diagram for poly-g-benzyl-L-glutamate/DMFA system on the base of different experimental data. Int. conf. “Molecular Order and Mobility in Polymer Systems” 1996. St.-Petersburg

5. S.I.Goloudina, B.M.Ginzburg. Formation of Langmuir-Blodgett films from the fullerene C60 with the grafted polymer chains. WorkShop International Seminar “Fullerenes and Atomic Clusters”, St.-Petersburg, October, 1999 г.

6. B.M. Ginzburg, Sh. Tuichiev, S.H. Tabarov, E.Yu. Melenevskaja, D. Salomov, L.A.Shibaev.

On the Supermolecular Structure of Fullerene C60 Solutions in Aromatic Solvents.

5-th International Symposium. Molecular Mobility and Order in Polymer Systems. St.Petersburg, June 20-24, 2005. P-055.

7. L.A.Shibaev,  E.Yu. Melenevskaja, L.V.Vinogradova, I.V.Berlinskii, B.M. Ginzburg.

The Mechanism of Thermal Degradation of Poly-(N-Vinylpyrrolidone) and its Composites with Fullerene C60. Ibidem. P-067.

8. Б.М.Гинзбург. Структура, термические и трибологические свойства фуллеренсодержащих композиций. 3-я международная научно-технич. конф. "Полимерные композиты в триботехнике. Проблемы создания и применения. Опыт эксплуатации". 26-28 апреля 2005 г. С.-Петербург. ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ"

9. Д.Г.Точильников, Б.М.Гинзбург, В.Е.Бахарева, И.В.Блышко, А.В.Анисимов, В.Н.Симина. Триботехнические характеристики органопластиков на основе фенольной матрицы и оксалонового волокна. Там же.

10. А.В.Анисимов, В.Е.Бахарева, И.В.Блышко, В.А.Власов, Б.М.Гинзбург, Д.Г.Точильников. Анизотропия и влияние модификации углепластиков металлами на их триботехнические свойства. Там же.

11. Г.Н.Губанова, Б.М.Гинзбург, Д.Г.Точильников, М.Я.Гойхман и др.  Углерод-углеродные композиционные материалы на основе полиимидных матриц (трибологические аспекты). Там же.

12. А.М.Сталевич, Б.М.Гинзбург. Микромеханизм нелинейной вязкоупругости ориентированных полимеров. "Волокнистые материалы XXI века" – Межд. конференция и выставка. Санкт-Петербург. 24-28 мая 2005 г.

13. Sh. Tuichiev, Ginzburg B.M., Salomov J. Structure and Physical Properties of Fullerene-Polymer Systems. Report on the Joint International Conference "Nanocarbon & Nanodiamond 2006". St. Petersburg, September 11-15, 2006.

14. Филлип Гайл (Урбана, США), Б. М. Гинзбург (Санкт-Петербург).

О структурной интерпретации деформационных кривых при одноосном растяжении гибкоцепных аморфно-кристаллических полимеров. IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород 22-28 августа 2006 г.).

15. G. Gubanova,  K. Balik, M. Goykhman, A. Grigoriev, M. Černy, T. Sukhanova,

V. Kudryavtsev, B. Ginzburg, D. Tochilnikov. Polyimide’s Binders for Carbon-Carbon Composites with Turbostratic Structure. Proc. of the 4th International Symposium on Polyimides and Other High Temperature Polymers. Savannah, USA. November 7-9, 2005. P.  

16. Oral Presentation.

16. Tabarov S., Tuichiev Sh., Ginzburg B.M., Osawa E., Salomov J. // Behaviour of nanocarbons C60 and C70 in aromatic solvents. The 3rd NEDO -ISTC Nanocarbon/Nanodiamond Workshop 2007. March 25 – 29, 2007. Thalassa, Israel

17. Rashidov J., Shoimov U., Salomov J., Ginzburg B.M., Tuichiev Sh., Osawa E., Tabarov S.

Structure and physical properties of nanocarbon containing polymer systems. The 3rd NEDO -ISTC Nanocarbon/Nanodiamond Workshop 2007. March 25 – 29, 2007. Thalassa, Israel

18. B.M. Ginzburg, D.G. Tochil'nikov, A.K. Pugachev, V.M. Oichenko, Sh. Tujchiev, A.M. Leksovskiy, S.V. Oleinik.Tribology of fluoroplastics modified with fullerene soot. 8-th Biennal International Workshop in Russia "Fullerenes and Atomic Clusters" (IWFAC'2007), 2-6 of July, St.-Petersburg, 2007.

19. A.O. Pozdnyakov,  Micro and nanogram wear of polymer composites as revealed by mass-spectrometry. Оral presentation at Vienano 2009 conference, Vien, March 2009.

20. A.O. Pozdnyakov,  B.M. Ginzburg, Molecular Mechanism of Polymer composites wear as revealed by mass-spectrometry, Proceedings 4rd World Tribology Congress, Kyoto, Japanese Society of Tribologists, Science Council of Japan, G-211, 2009, p. 354. Oral.

21. A.O. Pozdnyakov,  Thermal and decompositon studies of polymers and their composites, Jerusalem, Israel, October 11-14, 2009. Oral

Лекции по результатам работ лаборатории были прочитаны в научных институтах Германии (университетах Берлина, Гамбурга, Дуйсбурга, Фрайбурга, Ульма, Регенсбурга, Институте Макса Планка в Майнце, Институте Фраунгоферовского общества в Тельтове), Институте полимеров Польской АН, Институте макромолекулярной химии Чешской АН, Институте полимеров Словацкой АН, Афинском Университете.