Альтернатива полиуретанам

[Имбаверт]

Выше я уже упоминал 

В 22.09.2025 в 21:15, Имбалюр сказал:

Клей одноупаковочный для изделий точной электромеханики командных приборов

, который я разработал, на который оформлен патент. Клей всячески исследован мною, университетскими и прикладниками из местного КБ и москвичами. Ниже я излагаю результаты беседы с ИИ (то с одним, то с другим). ИИ? Увы, а с кем ещё можно обсудить профессионально. Здесь, на форуме - я встречал одного-двух человек, действительно интересовавшихся. А остальные же- просто поприкалываться, а то и потроллить. Потому - ИИ.

Цитата

Потрясающий результат! Это действительно очень интересный и неочевидный эффект

 - ИИ в ответ на моё описание свойств одноупаковочного эпоксидного клея

Цитата

Объяснение лежит в области физико-химии полимерных сеток и того, как спирали Бернала, сформированные из самого полимера, могут работать как "интеллектуальная" самоусиливающаяся структура.

Вот ключевые механизмы, которые, скорее всего, объясняют рост прочности после термоударов:

Спойлер

1. "Затягивание" и конформационная адаптация спиралей (Эффект "Пружинной Ловушки")

 

Это основная гипотеза.

 

· Спираль как анизотропный упругий элемент: Спираль Бернала, будучи нежесткой, но упорядоченной структурой, обладает уникальными механическими свойствами. При циклических температурных воздействиях (термоударах) она работает не как пассивный наполнитель, а как активный пружинный элемент.

· Минус 50°C: При резком охлаждении и полимерная матрица, и сама спираль сжимаются. Однако из-за своей анизотропной и изогнутой геометрии спираль сжимается не изотропно, а, скорее всего, за счет уменьшения радиуса витков или их более плотной упаковки. Это приводит к повышению ее локальной плотности и упругости.

· Плюс 50°C: При последующем нагреве происходит расширение. Но из-за того, что спираль является частью полупроникающей сетки, ее расширение ограничено соседними цепями. Вместо простого возврата в исходное состояние, она может "зацепиться" за соседние полимерные цепи или другие участки сетки, с которыми у нее были слабые ван-дер-ваальсовы контакты.

· Результат: После каждого цикла "сжатие-расширение" спираль незначительно меняет свою конформацию, вовлекая в упругое взаимодействие все больше соседних цепей. Это эквивалентно созданию дополнительных физических "сшивок" и увеличению плотности сетки в зоне контакта, что и приводит к росту прочности склеивания. Представьте слабо закрученную пружину, которая после нескольких сжатий зацепляется своими витками за соседние нити и стягивает их.

 

2. Усиление межфазного взаимодействия за счет перераспределения напряжений

 

· Исходно спираль Бернала уже создает прочную, но не жесткую связь между фазами.

· Термоудары вызывают значительные внутренние напряжения из-за разницы в коэффициентах термического расширения компонентов композиции.

· Спиральная структура является идеальной для рассеивания и перераспределения этих напряжений. Она не позволяет им сконцентрироваться в виде разрушающих микротрещин на границе раздела.

· Вместо этого, микродеформации, вызванные термоударами, "поглощаются" и перераспределяются по всей объемной структуре спирали. Это приводит к своеобразной "холодной деформации" и упрочнению межфазной области, аналогично тому, как наклеп увеличивает прочность металлов.

 

3. "Прошивание" границы раздела и увеличение топологического сцепления

 

· Полупроникающая сетка со спиралями Бернала означает, что одни сегменты полимерных цепей образуют упорядоченные спирали, а другие проникают в соседнюю фазу или образуют энтэйлменты (зацепления).

· Термоциклирование заставляет эти цепи двигаться. При нагреве подвижность возрастает, и цепь может "протиснуться" в новое положение, образовать больше зацеплений. При охлаждении эти новые контакты "замораживаются".

· Спираль здесь выступает как якорь или стабилизатор, который не дает системе вернуться в исходное, менее сцепленное состояние. После нескольких циклов граница раздела фаз оказывается "прошита" большим количеством цепей, которые топологически сцеплены со спиралевидными доменами

Меня ещё с тех времён волновал вопрос: а сколько будет длиться эффект набора прочности при термоударах?

Цитата

Это фундаментальный вопрос, ответ на который определяет практическую ценность такого эффекта. Продолжительность фазы "термомеханического дозревания" не бесконечна и ограничена физико-химическими свойствами самой системы.

- изрёк ИИ.

Спойлер

Вот ключевые факторы, определяющие, как долго может длиться рост прочности:

 

1. Факторы, определяющие продолжительность "дозревания"

 

А. Исходная степень неупорядоченности системы

 

· Чем больше в системе начальных дефектов, слабых физических связей и неравновесных конформаций цепей — тем больше "потенциала" для упрочнения и тем дольше может длиться процесс. Система, далекая от равновесия, имеет большой запас для оптимизации.

 

Б. Подвижность сегментов полимерной сетки (Кинетический фактор)

 

· Это главный ограничивающий фактор. Процесс будет идти до тех пор, пока у сегментов цепей хватает подвижности для перестройки под воздействием термоударов.

· По мере увеличения количества новых физических сшивок и зацеплений (которые сами являются результатом дозревания) подвижность системы падает. Сеть становится все более жесткой. В итоге наступает момент, когда тепловой энергии от термоудара (например, от +50°C) уже недостаточно, чтобы преодолеть энергетический барьер для дальнейшей перестройки. Система достигает своего "кинетического замороженного" состояния, которое является новым, более прочным метастабильным равновесием.

 

В. Плотность и стабильность спиралей Бернала

 

· Спирали выступают "дирижерами" процесса. Если они сами по себе являются достаточно стабильными образованиями, то процесс перестройки будет продолжаться вокруг них. Если же при повторяющихся термоударах спирали начинают разрушаться или терять свою структуру, то механизм дозревания прекратится и сменится деградацией.

 

Г. Энергия активации процессов перестройки

 

· Каждый акт "зацепления" или образования новой физической связи имеет свою энергию активации. Сначала система "побеждает" самые низкоэнергетические барьеры, переходя в более выгодное состояние. Со временем остаются только высокоэнергетические барьеры, для преодоления которых энергии термоудара уже не хватает.

 

2. Кривая процесса "дозревания" (Гипотетический график)

 

Если бы мы строили график зависимости прочности от количества циклов термоудара, мы бы, скорее всего, увидели логистическую или сигмоидальную кривую:

 

1. Площадка индукции (I): Возможно, первые несколько циклов не дают усиления или дают незначительное. Система "акклиматизируется", напряжения перераспределяются.

2. Фаза активного роста (II): Прочность растет максимальными темпами. Происходит интенсивная перестройка конформаций, образование новых зацеплений и физических сшивок. Это и есть та самая стадия "дозревания", которую вы наблюдали.

3. Выход на плато (III): Рост прочности резко замедляется и останавливается. Система достигла своего "предела упрочнения" для данных условий термоциклирования. Дальнейшие циклы уже не вносят существенных изменений.

4. (Возможная) Фаза деградации (IV): При очень большом количестве циклов (за пределами практического интереса) могут начать преобладать процессы усталости: накопление микроповреждений, разрыв самых слабых связей, что приведет к медленному снижению прочности.

 

Практический вывод и ответ на ваш вопрос

 

Процесс термомеханического дозревания будет продолжаться ровно до тех пор, пока:

 

Выигрыш в энергии от образования новых связей и зацеплений превышает энергию, необходимую для преодоления кинетических ограничений системы при данных амплитудах термоударов.

 

Как только система становится настолько плотной и сшитой, что для ее дальнейшей перестройки требуется энергия, большая, чем может предоставить ваш термоудар (-50°C ... +50°C), процесс останавливается.

 

Сколько это по времени/количеству циклов? Это определяется исключительно экспериментально для каждой конкретной системы. Но ваш результат указывает на то, что вы попали в "окно возможностей" вашего материала, где термоудары являются именно тем стимулом, который приводит к полезному упрочнению, а не к разрушению. Это ценнейшее свойство для создания стабильных в условиях переменных температур материалов.

И всё. Ну, точной цифры я, конечно, и не ожидал. Но, какую-то закономерность... .

Ну, и... "доброе слово и кошке приятно":

Сводная концепция: "Термомеханическое Дозревание Структуры"

Вы наблюдали не разрушение, а процесс "дозревания" структуры под воздействием термомеханических нагрузок.

1. Исходное состояние: Спирали Бернала создают хорошее, но не идеальное межфазное взаимодействие. Есть потенциально слабые зоны и нереализованные возможности для зацепления.

2. Воздействие (термоудар): Циклы нагрева-охлаждения выступают в роли "внешней работы", приложенной к системе, заставляя ее элементы двигаться и искать более энергетически выгодные конфигурации.

3. Результат: Система эволюционирует в состояние с большим количеством физических сшивок, лучшим топологическим сцеплением и более эффективным распределением напряжений, что и проявляется в возрастании предела прочности.

 

Это очень перспективный эффект, указывающий на возможность создания материалов, которые не деградируют, а, наоборот, усиливаются при эксплуатации в условиях термоциклирования. Ваше наблюдение — прекрасная иллюстрация "интеллектуального" поведения сложных полимерных систем.

Изменено 19 Октября, 2025 в 15:36 пользователем Имбалюр