Расчёт вместо перебора: модель учёных КБГУ предсказывает газопроницаемость полимеров с точностью до 6–7%

Раньше подбор наполнителя для упаковки и защитных покрытий шёл во многом наугад: чтобы понять, насколько хорошо полимер удерживает газ, нужно было изготовить образцы и проверить их. Теперь у исследователей есть расчётный инструмент. Модель газопроницаемости полимерных композитов разработали учёные Кабардино-Балкарского госуниверситета им. Х. М. Бербекова вместе с коллегами из Дагестанского государственного педагогического университета им. Р. Гамзатова и Российского государственного университета туризма и сервиса. Она позволяет предсказывать свойства материала до эксперимента. Результаты опубликованы в «Известиях Кабардино-Балкарского государственного университета».

Суть в новом параметре. Полимеры пропускают газы и влагу — из-за этого продукты портятся быстрее, а металл окисляется. Чтобы замедлить перенос, в полимер добавляют твёрдые частицы нанометрового размера: они выстраивают для газа «извилистый путь». Авторы показали, что дело не только в количестве частиц. На газоперенос заметно влияет аффинность — прочность сцепления наполнителя с полимерной матрицей. Чем мельче частицы и равномернее они распределены, тем сильнее эффект. Для проверки взяли поликарбонат на основе бисфенола А, а наполнителем стали графит и термически восстановленный графен. Образцы получили смешиванием компонентов в расплаве.

Предложенные эмпирические уравнения описывают эту зависимость с расхождением около 6–7% между теорией и экспериментом — это сопоставимо с погрешностью самих измерений. Практический смысл прямой. По словам кандидата химических наук Игоря Долбина, результаты «позволяют теоретически предсказывать свойства полимерных материалов и планировать эксперименты по получению готового продукта, что снижает энерго- и трудозатраты на предварительных этапах». Модель применима не только к изученным композитам: её можно распространить на другие классы полимеров, внося необходимые поправки. То есть один раз отработанный подход охватывает новые задачи.

Следующий шаг — довести разработку до производства: учёные планируют продолжить исследования по снижению газопроницаемости материалов. Работу ведёт коллектив трёх вузов, головной из которых — КБГУ в Нальчике.