Jauno zinātnieku grupas izveide modernu dispersi pildīto polimēru kompozītmateriālu mehānisko un fizikālo īpašību izpētei nano-, mezo- un mikrolīmenī

Projekta vadītāja: O.Starkova

Izveidota jauno zinātnieku grupa dispersi pildīto polimēru kompozītmateriālu mehānisko un fizikālo īpašību izpētei. Projekta darbā iesaistīti: 1 jaunā zinātniece, 1 doktorande, 3 fizikas bakalaura programmas studējošie un 2 konsultanti - pieredzējuši pētnieki. Katram studentam tika noformulēts noteikts uzdevums, kuru viņš risināja jaunās zinātnieces/doktorandes un/vai konsultantu vadībā. Studenti apguva dažādas mehānisko un fizikālo īpašību pārbaudes un datu apstrādes metodes. Iegūtus rezultātus projekta dalībnieki regulāri ziņoja laboratorijas semināros, daļa no tiem tika apspriesta starptautiskajās konferencēs. Par šo periodu kopumā ir nopublicēts 1 raksts, 2 raksti konferenču darbu krājumos (proceedings), 6 konferenču tēzes, kā arī sagatavots 1 raksts un 3 referāti pieņemti 2009.g. konferencēm. Projekta mērķi ir sasniegti saskaņā ar 2008. gada plānu, taču pilnīgai projekta realizācijai ir nepieciešama darba turpināšana 2009. un 2010. gadā.

Projekta pirmajā posmā ir sasniegti sekojoši zinātniskie rezultāti: 

•  Izpētīta ārējo faktoru iedarbība uz poliamīda nanokompozīta (NK) viskoelastīgas uzvedības lineāritātes robežām. Noteikts, ka paaugstinātas temperatūras un atmosfēras mitruma iedarbība noved pie ievērojamas lineāras viskoelastīgas uzvedības apgabala sašaurināšanas, turklāt materiālā uzkrātā enerģija paliek nemainīga. Paradīts, ka TiO2 nanodaļiņu ieviešana polimērā ļauj ievērojami paaugstināt lineārās viskoelastības robežas.
• Izpētīta pildīta elastomēra (butadiena-stirola gumija pildīta ar kvarca daļiņām) mehāniskās īpašības stiepes eksperimentos pie dažādiem pastāvīgiem deformācijas ātrumiem un pie cikliskās slogošanas. Noteiktas Puasona koeficientu atkarības no deformācijas pakāpes un laika un izanalizētas materiālu tilpuma izmaiņas. Noteiktas histerezes zudumu un paliekošās deformācijas atkarības no daļiņu tilpuma satura un slogošanas ciklu skaita. Materiālu „mīkstināšanas” efekts ir jo lielāks, jo augstāks ir daļiņu tilpuma saturs, un tas praktiski nav ievērots tīrā elastomēra gadījumā.
• Izpētītas māla/epoksīda NK šļūde un noskaidrotas tās īpatnības, iedarbojoties atmosfēras mitrumam. Novērtēta pildvielas un mitruma ietekme uz NK viskoelastīgām īpašībām. Māla nanodaļiņu ievadīšana epoksīda saistvielā ierobežo polimēra ķēžu kustīgumu un uzlabo polimēra pretestību šļūdei. Taču mitrās atmosfēras apstākļos tika novērots pretējais efekts, t.i. šļūde ir jo ievērojamāka, jo augstāks ir pildvielas saturs. Tas notiek polimēra plastifikācijas dēļ, kas savukārt atvieglo nanodaļiņu slīdēšanu savā starpā. 
• Apkopoti literatūras dati par oglekļa nanocaurulīšu iegūšanas un disperģēšanas metodēm; izveidota materiāla bāze un uzsākti eksperimentālie pētījumi par nanodaļiņu disperģēšanu dažādos šķidrumos (ūdenī, etanolā un acetonā), izmantojot ultraskaņas disperģēšanas ierīci. Eksperimentu gaitā tika optimizēts nepieciešamais laiks, lai maksimāli izkliedētu nanocaurulītes un pēc sedementācijas perioda tika novērtēta izkliedēšanas efektivitāte dažādos šķidrumos.
• Izstrādāts 1D modelis NK skalāro īpašību noteikšanai, ievērojot starpfāžu slāņa īpašību atkarību no adhēzijas efektivitātes un sistēmas komponenšu īpašību korelācijas. Aprēķinātas vērtības blīvuma un piesātinājuma mitruma saturam atbilst eksperimentāli iegūtām māla/epoksīda NK. Starpfāžu slāņa ieguldījums sistēmas īpašībās ir īpaši nozīmīgs ar nanodaļiņām pildītiem kompozītiem daļiņu ārkārtīgi liela virsmas laukuma dēļ. 
• Izpētīta ūdens sorbcija anizotropā poliestera/stikla šķiedru kompozītmateriālā. Noteikti materiāla sorbcijas raksturlielumi un to atkarība no šķiedru izvietojuma. Ilglaicīga ūdens sorbcija noved gan pie ievērojamas mitruma izplešanās, gan pie paraugu sarozīšanās tehnoloģisko spriegumu relaksācijas dēļ.