В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 27.11.2014 № 14.578.21.0083 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на
- разработан лабораторный технологический регламент изготовления полимерных нанокомпозитов с ориентированной структурой;
- получены ориентированные прекурсоры полимерного нанокомпозита;
- проведены физико-механические испытания экспериментальных образцов полимерных нанокомпозитов с ориентированной структурой;
- проведены трибологические испытания экспериментальных образцов поли-мерных нанокомпозитов с ориентированной структурой;
- разработан План исследований экспериментальных образцов полимерного нанокомпозита с ориентированной структурой in vivo и in vitro;
- проведены структурные исследования экспериментальных образцов полимерных нанокомпозитов с ориентированной структурой;
- проведены теплофизические исследования экспериментальных образцов по-лимерных нанокомпозитов с ориентированной структурой;
- подведены итоги этапа. Разработан промежуточный отчет о ПНИЭР;
- получены экспериментальные образцы полимерных нанокомпозитов с изо-тропной структурой;
- получены экспериментальные образцы полимерных нанокомпозитов с ориентированной структурой из прекурсоров;
- разработана эскизная конструкторская документация на изготовление спецоснастки и приспособлений для токарной и фрезерной обработки экспериментальных образцов полимерных вкладышей ацетабулярного компонента эндопротеза.
При этом были получены следующие результаты:
- Развитие технологий в эндопротезировании имеет высокий мировой уровень, однако в настоящее время идеальных протезов не существует. Основной проблемой всех эндопротезов остается низкая изностойкость. Поэтому разработка подходов и способов получения биосовместимых полимерных нанокомпозитов с программируемыми характеристиками для эндопротезирования крупных суставов, обеспечивающих контролируемое достижение задаваемых функциональных характеристик эндопротезов, является перспективным направлением исследования.
- Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) — полимер, обладающий высокой биосовместимостью при повышенных физико-механических и трибологических характеристиках. Для повышения износостойкости материала и его упрочнения актуально получение нанокомпозитов, где в качестве наполнителя используются многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ). Для предотвращения агрегации наполнителя и его однородного распределения в матрице полимера, а также для увеличения механических свойств, эффективно проведение ориентирования получаемых композиционных материалов. Это позволяет дополнительно диспергировать наполнитель, добиться более глубокой его интеграции в цепочки полимера и улучшить взаимодействия между наполнителем и матрицей. Получаемые при использовании метода твердофазного смешения с последующей горячей ориентационной вытяжкой нанокомпозиты СВМПЭ/МУНТ имеют высокие значения упруго-прочностных характеристик, рисунок 1: предел прочности увеличивается в 6 раз по сравнению с исходным неориентированным полимером, и модуль упругости растет со значения 706 МПа для исходного СВМПЭ, до значения 885 МПа для композитов. Величина относительного удлинения ориентированных нанокомпозитов уменьшается по сравнению с исходным СВМПЭ и составляет 50 %. Значительно улучшают трибологические характеристики разрабатываемых материалов: коэффициент трения снижается до 0,135, а износостойкость увеличивается на 56 %. После ориентационной вытяжки достигнуто улучшение диспергирования наполнителя, приводящее к улучшению взаимодействий между МУНТ и СВМПЭ. При этом введение МУНТ и проведение ориентационной вытяжки вкупе не влияют на теплофизические свойства материала, которые не отличаются от таковых для ориентированного ненаполненного СВМПЭ.
Таким образом, разработанные нанокомпозиты СВМПЭ/МУНТ не имеют аналогов на российском рынке. Введение МУНТ в полимер и проведение ориентационной вытяжки — эффективный способ получить материал с высокими упруго-прочностными и трибологическими характеристиками.
Рисунок 1 — Упруго-прочностные характеристики ориентированных нанокомпозитов в зависимости от концентрации МУНТ
