| Darba uzdevumi | Rezultāti | |
| 1 | Izstrādāt tehnoloģiju poliolefīnu/šķidro kristālu polimēru/slāņaino silikātu nanokompozītu iegūšanai un iegūt kompozīcijas noteiktā polimēra-pildvielas proporcionālo attiecību diapazonā. | Izstrādāta tehnoloģija poliolefīnu/šķidro kristālu polimēru (ŠKP)/ modificētu slāņaino silikātu (SSil) nanokompozītu iegūšanai no kausējuma. Noteikti nanokompozītu iegūšanas svarīgākie tehnoloģiskie parametri: ingredientu samaisīšanas temperatūru diapazons (190oC-235oC modificējot PE matricu ar ŠKP pirmajā iegūšanas etapā un 160oC modificējot pirmajā etapā iegūto PE/ŠKP kompozītu ar SSil), ekstrūdera gliemežu rotācijas ātrums (150 apgr./min.). Vienlaicīgi konstatēts, ka samaisīšana procesa augstās temperatūras dēļ optimāla ir iegūto nanokompozītu dzesēšana ūdens vidē. Izmantojot izstrādāto tehnoloģiju iegūtas kompozīciju ar mainīgu dažāda veida ŠKP (robežās no 0 – 10 m. %) un dažāda veida SSil saturu (robežās no 0 – 10 m. %). Vienlaicīgi kompozīciju iegūšana pamatota ar atbilstošiem reoloģiskajiem eksperimentiem, kuros konstatēts, ka pētāmajā koncentrāciju diapazonā iespējams pateicoties modifikatoru specifiskajai ko-iedarbībai, būtiski netiek izmainīta kompozīciju pārstrādes reoloģija. |
| 2 | Izvērtēt poliolefīnu/šķidro kristālu polimēru/slāņaino silikātu nanokompozītu struktūru un ekspluatācijas īpašības. | Pētīta ŠKP un SSil ietekme uz poliolefīna matricas nanokompozītu struktūru un ekspluatācijas īpašībām (stiprības-deformācijas rādītājiem, trieciena īpašībām, mikromehāniskajiem rādītājiem (mikrocietību), termogravimetriskajām un kalorimetriskajām īpašībām. Konstatēts, ka gan ŠKP, gan abu veidu SSil ievadīšanas rezultātā novērojama kompozīciju elastības moduļa, stiprības un termiskās izturības palielināšanās, it īpaši gadījumos, ja piedevas saturs nepārsniedza 3-5 m. %, kas teorētiski pamatots ar labāku pildvielas disperģējamību polimēra matricā. Novērota arī sinerģiska ŠKP un SSil ietekme uz atsevišķām kompozīta ekspluatācijas īpašībām, t.sk., gan mehāniskajām, gan termiskajām, kas saistīts ar izvēlēto modifikatoru sākotnējo (SSil plāksnītes) vai kausējumā in situ izveidojušos formu, tās orientācijas specifiku polimēra matricā un to ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām. |
| 3 | Izstrādāt precizētu datorprogrammu elastības konstanšu noteikšanai nanokompozītiem ar komplanāri un haotiski izvietotām eksfoliētām un interkalētām slāņainām silikāta daļiņām. Teorētiski izanalizēt slāņaino silikāta pakešu interkalācijas pakāpes ietekmi uz nanokompozīta elastības konstantēm. Analīzes rezultātus salīdzināt ar eksperimentālajiem rezultātiem, tādējādi precizējot jaunveidojamo materiālu īpašību prognozēšanas teorētisko modeli. | Izstrādāta datorprogramma elastības īpašību prognozēšanai nanokompozītiem ar komplanāri un haotiski izvietotām pilnīgi eksfoliētām slāņainām silikāta daļiņām. Nanokompozīta struktūras modelī pildvielu nanodaļiņu forma modelēta ar rotācijas elipsoīdu un, izmantojot Mori–Tanaka metodi un Eshelby risinājumu, iegūtas galīgas analītiskas sakarības ceturtā ranga elastības tenzora komponenšu aprēķināšanai izotropiem un monotropiemnanokompozītiem. Tas ļauj precīzāk ņemt vērā tādus eksfoliētopolimērsilikātunanokompozītu struktūras parametrus kā daļiņu anizometriju (aspectratio), telpisko orientāciju un koncentrāciju kompozītā. Piedāvātais modelis izmantots montmorillonīta mālus saturoša nanokompozīta elastības īpašību analīzei (materiāla paraugi gatavoti RTU Polimērmateriālu institūtā). Konstatēts, ka, pieaugot koncentrācijai, MMT potenciālais armēšanas efekts krasi samazinās. Tātad ir nepieciešama pildvielas disperģēšanas (eksfoliācijas) tehnoloģijas tālāka pilnveidošana. Lai būtu iespējams teorētiski noteikt slāņainā silikāta daļiņu nepilnīgās eksfoliācijas ietekmi, augšminētā datorprogramma papildināta ar īpašu bloku pildvielas interkalēto slāņaino daļiņu fizikālo un ģeometrisko parametru iepriekšējai noteikšanai. Paredzēts ņemt vērā nanoslāņu skaitu paketē un to savstarpējo attālumu (galerijas biezumu). Transversāli izotropo slāņaino daļiņu neatkarīgās elastības konstantes tiek noteiktas atbilstoši slāņainas vides elastības teorijai. Analīzes rezultāti liecina, ka, samazinoties silikāta pakešu eksfoliācijas pakāpei, ievērojami samazinās armēšanas efekts. Piemēram, ievadot vienu un to pašu pildvielas daudzumu, kas vienāds ar 10 svara %, MMT daļiņu nanoslāņu skaita palielināšana no 1 līdz 10 samazina haotiski armēta kompozīta elastīgo stingumu gandrīz divas reizes. Darba rezultāti par eksfoliācijas efektiem tiks apkopoti un sīki izklāstīti zinātniskā rakstā nākamajā gadā. |
| 4 | Balstoties uz iepriekšējos etapos izstrādāto tehnoloģiju, izgatavot poliizoprēna/MWCNT kompozītus ar dažāda garuma nanocaurulēm un izpētīt to ķīmiskā sensora īpašības, ar nolūku noskaidrot optimālo MWCNT garumu. | Izgatavoti poliizoprēna/MWCNT kompozīti izmantojot 2 veidu MWCNT: garāsdaudzsieniņu oglekļa nanocaurulītes (GMWCNT) ar sekojošiem parametriem - ārējaisdiametrs 40-60 nm, iekšējais diametrs 5-10 nm, garums 0,5-500μm, maksimālā g/dattiecība 12500 (iegādātas no Aldrich); īsās daudzsieniņu oglekļa nanocaurulītes(IMWCNT) ar parametriem - ārējais diametrs 50-80 nm, iekšējais diametrs 5-15 nm, garums 0,5-2μm,maksimālā g/d attiecība 40, īpatnējā virsma 40m2/g, elektrovadītspēja 100S/cm unblīvums 2,1 g/cm3 (iegādātas no CheapTube). Noteikta kompozītu vadītspēja atkarībā no MWCNT koncentrācijas kompozītā.PiGMWCNT un PiIMWCNT pārbaudīts gaistošo organisko savienojumu (GOS) sensorefekts, kompozītus pakļaujot dažādu GOS iedarbībai. Darba gaitā izgatavots GOS detektēšanas iekārtas prototips, kurā integrēts viens un pēc vajadzības nomaināms polimēra/nanostrukturēta oglekļa kompozīta sensorelements(att.). |
| 5 | Gaistošo organisko savienojumu kontroles iespēju pārbaude pārtikas produktos (piens, alkoholiskie dzērieni), izmantojot iepriekšējā etapā izgatavotos polimēra/nanostrukturēta oglekļa sensoru materiālus ar mērķi ieviest tos pārtikas kvalitātes kontrolē. | Izmērīta PNOK relatīvā elektriskās pretestības izmaiņa, kad PNOK eksponēts GOS, kas atrodas virs piena un alus. Mērījumi veikti tos secīgi atkārtojot, kamēr pārtikas produkts uzglabājas istabas apstākļos, noslēgtā traukā. Novērtotās elektriskās pretestības izmaiņas izskaidrojamas ar to, ka pienarūgšanas laikā veidojas tādi GOS kā pienskābe, etanols un etiķskābe, kas var būt par pamatu novērotajam relatīvās elektriskās pretestības izmaiņas kāpumam. Savukārt, alus rūgšanas procesā izdalās etanols, tādēļ novērojam kompozīta relatīvās elektriskās pretestības izmaiņas pieaugumu. Turpmāk ir jāveic precizējoši mērījumi. |
| 6 | Turpināt pētījumus par jaunu viedo materiālu (termonosēdmateriālu un magnetoplastu) izveidi ar regulējamu īpašību kompleksu no radiācijas modificētām multifāzu polimēru kompozīcijām, izmantojot termoplastus ar augstu kristāliskuma pakāpi kā bāzes materiālus, bisfenil--dimetakrilātu kā radiācijas sensibilizatoru un šķidro kristālu polimērus kā plastificējošās piedevas. | Projekta 3. posmā pētīti poliolefīnu (augsta blīvuma polietilēna ABPE, polipropilēna PP) nanokompozīti (termonosēdmateriāli un magnetoplasti), kas satur armējošo magnētisko nanopildvielu (dzelzs ferītu (Fe3O4), 0...10 m.%), akrilātu modifikatorus (bifenola--dimetakrilātu (BAD) vaitrimetilpropānatriakrilātu (TMPTA), 0,5...3 m.%). Novērtētas iegūto nanokompozīciju stiprības-deformāciju rādītāji stiepē un šļūdē, kā arī struktūras un termiskās īpašības, izmantojot rentgenstaru difraktometriju (RD), DSK, TG un infrasarkano spektrometriju (IS). Sadarbībā ar LU Fizikas institūta pētnieku Dr. M. Maiorovu kompozīcijām ar magnētisko pildvielu noteikti magnētisko īpašību raksturlielumi (magnetizācijas histerēzes līknes). Novērtēta kompozītu elastības moduļa atkarība no fāžu sastāva. Iegūtie rezultāti norāda uz būtisku stiprības (elastības moduļa un tecēšanas robežsprieguma) pieaugumu, palielinoties magnētiskās pildvielas saturam no 2 līdz 10 m.%, tajā pat laikā būtiski pazeminās kompozīciju deformējamība. Noteikts, ka kompozīciju modificēšana ar paaugstinātu BAD akrilātu piedevu (3 m.%) efektīvi uzlabo deformatīvo izturību un norāda uz kompatibilizējošu efektu starp matricu un nanopildvielu, ko nosaka BAD bifenola grupu plastificējošā daba. Veikta arī minēto kompozītu radiācijas iniciētā makromolekuluškērssaistīšana, izmantojot apstarošanu uz elektronu paātrinātāja, kā rezultātā noteikta nanopildvielas strukturējošā ietekme tādām materiāla īpašībām, kas saistītas ar termosēdmateriālu izveidi (palielinās termorelaksācijas spriegumu un paliekošo nosēdspēku vērtības orientētiem (100...200%) paraugiem. |
| 7 | Izvērtēt lielas intensitātes impulsu veida magnētiskā lauka ietekmi uz izvēlētu kompozītu stiprības-deformācijas (t.sk., īslaicīgās šļūdes) īpašībām. | Veikta impulsu veida magnēta izveide, lai noteiktu magnētiskā lauka ietekmi uz magnetoplastu (poliolefīnu kompozīciju ar magnētiskām pildvielām) stiprības-deformācijas izmaiņām. Izveidotā impulsu magnēta parametri: tinumu skaits spolē – 209, I = 100A, spoles iekšējais rādiuss – 0,025 m, H = 4,18·106 A/m, magnētiskā lauka indukcija B = 4 T. Iegūtie rezultāti uzrāda, ka pētītajām ABPE kompozīcijām ar ferīta Fe3O4 2...10 m.% piedevu pēc izturēšanas impulsu magnētiskā laukā (līdz 5 minūtēm)būtisku samazinās deformatīvās īpašības, ja tās ir modificētas ar 3 m.% BAD piedevu.Turpmākā darba virziens saistīts ar impulsa veida magnētiskā lauka ietekmes uz poliolefīnu kompozīcijām ar atšķirīgu komponentu funkcionālo grupu magnētisko uzņēmību pētījumiem. |
| 8 | Nano polimērhibrīdkompozīta (polivinilspirts (PVS) - polivinilacetāts (PVA) - plastifikators (P) – nanomontmorilonīts (NMM)) sastāva optimizācija, kā optimizācijas kritērijus izmantojot kompozīta elastības moduli (plānsienu cilindriskās čaulas metode), absorbētā ūdens līdzsvara vērtību un bioasadalīšanās tempu. | PVS-PVA maisījumu kompozītos ir ievadīti 5% MCC (-mikrokristaliskā celuloze) vai 5% MMT (nanomontmorilonīta mali). Salīdzinot iegūto pildītopolimērhibrīdkompozītu elastības moduļa vērtības secināts, ka visu PVS-PVA attiecību diapazonā nepildītu kompozītu elastības moduļa vērtības ir zemākās salīdzinājumā ar MCC vai MMT modificētiem kompozītiem. Turklāt, dažos gadījumos starpība ir lielāka nekā 5 reizes. Pārbaudot PVS kompozītsistēmubiodestrukciju augsnē kontrolējamos laboratorijas apstākļos, konstatēts, ka biodestrukcijas ātrumu ietekmē piedevu veids un saturs.MCC pievienošanaļaujpaātrinātbiodestrukcijuvairākasreizes. |
| 9 | Fotoķīmiski sķērssaistošos oligomēru slāņu elastības moduļa izmaiņu pētījumi, izmantojot daudzslāņu cilindriskus plānsienu paraugus. | Testēti sekojoši pārklājumi:Gelish bāzes slānis, Gelish top slānis, Shield bāzes slānis, Shield top slānis. Pēc pirmajiem eksperimentiem un iegūtajiem rezultātiem varam secināt, ka sistēmai pievienojot PMMA, tās elastības modulis strauji krītas. Sistēmas mehāniskās īpašības galvenokārt nosaka tajā ieejošie oligomēri. Vislielāko ietekmi uz elastības moduļa pieaugumu dod oligomēriExothane 10 un Exothane 26. Uz doto brīdi iegūtā sistēma, kurai būtu vislielākais elastības modulis satur 28% oligomēraExothane 26 un 14% Exothane 10 un 14% Exothane 8. |
| 10 | Daudzslāņu cilindriska plānsienu parauga optimizācija, lai precizētu regresijas vienadojumu TWCS (plānsienu cilindriskās čaulas) metodē. | Izmantojot eksperimenta plānu, modelēšanu pēc galīgo elementu metodes un aprēķinus spiedē, ir izveidots 6 pakāpes regresijas vienādojums divslāņu cilindra veida paraugam, kura viena slāņa elastības modulis nav zināms. Projekta posma ietvaros izstrādātā metode dod iespēju noteikt materiāla nezināmo elastības moduli izmantojot regresijas vienādojumu pie zināmiem parauga ģeometriskiem lielumiem un viena slāņa īpašībām. Nezināmam slānim biezums var būt robežās 0.1-1 mm. Elastības modulis tiek aprēķināts robežās no 1000-5000 MPa. Piedāvātā metodika dod iespēju atrast elastības moduli dažādās robežās atkarībā no optimizācijas parametriem un sastādītā regresijas vienādojuma. |
| 11 | Turpināt pētīt oglekļa nanocaurulītes saturošu epoksīdmatricas Hexcel RTM6 kompozītu sorbcijas, kvazistatiskās stiepes un lieces, kā arī cikliskās šļūdes īpašības. | Plānotais uzdevums izpildīts. Veikti eksperimenti un rezultātā iegūta unikālu datu kopa par epoksīdu matricas un oglekļa kompozīta mehāniskajām un šļūdes īpašībām un oglekļa nanocaurulīšu pildījuma ietekmi uz šīm īpašībām. Datu kopa var tikt izmantota izejas datu iegūšanai nanokompozītu materiālu deformēšanās modeļu izstrādei un verifikācijai. |
| 12 | Veikt nemodoificētas epoksīda matricas Araldite LY 564 un ar Nanocyl nanocaurulītēm (nanocaurulīšu saturs: 0, 0,01, 0,27, 0,54, 1,09, 1,63 un 2,17% pēc masas) stiegrotu epoksīda nanokompozītu kvazistatiskos stiepes un šļūdes eksperimentus, pētīt to sorbcijas un termofizikālās īpašības, izvērtēt iegūtos rezultātus. | Uzdevums izpildīts. Izgatavoti paraugi ar ONC koncentrāciju 0, 0,01, 0,1, 0,27, 0,54, 1,09, 1,63 un 2,17% pēc masas. Veikti eksperimenti, lai noskaidrotu oglekļa nanocaurulīšu koncentrācijas epoksīdu matricā ietekmi uz nanokompozītadeformatīvajām un stiprības īpašībām. Konstatēts, ka epoksīda sveķu mehāniskās īpašības nedaudz uzlabojas, pievienojot oglekļa nanocaurulītes, bet mehānisko raksturlielumu uzlabošanās absolūtās vērtībās ir niecīgas. Tam, ka netiek sasniegti sagaidāmie rezultāti no nanopildvielas, iemesls varētu būt saistīts ar nepietiekami homogēnu pildvielas sadalījumu, kas izraisa nehomogenitātes materiālā un tādējādi neļauj ONC darboties kā nanopildvielai. Ir zināms, ka pie lielākām ONC koncentrācijām mehānisko īpašību uzlabojumu līmenis ir ierobežots kompozīta lielas viskozitātes dēļ, kā rezultātā rodas aglomerāti, nehomogenitātes un citi defekti. Iegūtie rezultāti iekļaujami kopējā datu kopā un kalpos par pamatu izvērtējot tālāko pētījumu virzienu lietderību. |