ПОЛИМЕР ДЛЯ АРКТИКИ

Инновационные технологии для Крайнего Севера

Перспективы создания новых материалов и технологий для работы в условиях Крайнего Севера обсуждены в Минске на IX Форуме вузов инженерно-технологического профиля Беларуси и России, который состоялся в Белорусском национальном техническом университете при участии Нижегородского технического университета и поддержке Постоянного Комитета Союзного государства и министерств образования обеих стран.

В течение четырех дней в рамках четырех секций было организовано более 10 семинаров по различным направлениям развития науки и техники. Большой интерес вызвали доклады, сделанные в ходе работы секции «Арктика». Для освоения арктической территории ученые работают над созданием новых материалов — сверхпрочных и высокохладостойких.

Сегодня Россия остро нуждается в инновационных технологиях для Крайнего Севера. Для стратегии развития Арктики до 2035 года рассматриваются различные идеи и проекты. Для широкомасштабной добычи полезных ископаемых в Арктике требуются сложное промышленное оборудование и тяжелая техника, устойчивая к холоду, — в полярных широтах зафиксирована температура ниже минус 67 градусов Цельсия. Условия Крайнего Севера диктуют жесткие требования к надежности оборудования, зависящей от материалов, из которых оно изготовлено.

Кандидат технических наук, инженер-физик, ведущий инженер управления технического обслуживания и обеспечения оргтехники, инженер-программист Центра информационных технологий (ЦИТ) БНТУ, автор стартап-проекта Polyadamantium Дмитрий Чернобай рассказал в ходе сессионного доклада о перспективах разработки в рамках своего проекта Polyadamantium новых суперконструкционных материалов — нанокомпозитов на полимерной основе как заменителей металлов для применения в условиях Крайнего Севера и Арктической зоны. Ранее этот проект занял второе место на стартап-конкурсе инновационного научно-практического форума INMAX-18 в рамках Ярмарки инновационных идей Smart Patent-2018. В 2019 году проект получил мини-грант на разработку бизнес-плана и прошел в полуфинал X Республиканского конкурса инновационных проектов, а стенд проекта был представлен на IX Международной выставке вооружения и военной техники MILEX-2019 среди отобранных проектов.

Как было заявлено, цель проекта — разработать и испытать семейство инновационных суперконструкционных нанокомпозитных материалов для арктического применения, а также создать техрегламент производства сверхпрочных и сверхлегких заменителей металлов для условий Крайнего Севера в рамках стратегии развития «Арктика-2035». Применение этих материалов перспективно также в военно-промышленном комплексе, машиностроении, авиационно-космической, ядерной, нефтегазовой промышленности.

— Создание такой технологии довольно сложное дело, основано оно на использовании различных нанодобавок. Этой темой занимаюсь не первый год. Идея окончательно сформировалась в проект во время выездного обучения и прохождения конкурса стартап-проектов в 2016 году в бизнес-инкубаторе «А:СТАРТ» (бывшая «Летняя школа стартапов») Технологического парка Новосибирского академгородка. Разрешение на участие дала российская сторона, поскольку ранее удалось выйти в полуфинал отборочного тура «Сколково». Также на развитие идеи повлияла и зарубежная разработка: американским ученым удалось получить нанокомпозит на основе магния с помощью керамических наночастиц. Итоговая прочность такого материала оказалась больше, чем у стали, а вес — меньше, чем у алюминия. Решил сделать подобное с суперконструкционными полимерами и их сплавами. Мне удалось найти такой, у которого внутренняя структура и свойства по механообработке близки к алюминию, а прочность поверхности как у спецстали или титана, — уточнил Дмитрий Чернобай.

Он отметил, что разработка технологии послойного упрочнения и армирования смеси инженерных суперполимеров сверхпрочными, радиационностойкими и поглощающими ударные нагрузки наномодификаторами позволит обойти стандартно слабые места всех полимер-керамических нанокомпозитов специального назначения (недостаточную трещино-, морозостойкость и радиационную стойкость). Важно, что увеличение прочностных характеристик, в т.ч. химической стойкости к горюче-смазочным материалам и гидравлическим жидкостям, закладывается на уровне матрицы, т.е. еще до наноармирования.

Таким образом, в рамках проекта планируется разработать нанокомпозиты — наиболее стойкие и универсальные в экстремальных условиях эксплуатации материалы (минус 270 — плюс 500—1 000 градусов Цельсия). Они должны быть легче алюминия и титана, не уступать по прочности и превосходить по трещиностойкости некоторые сплавы титана или керамику и быть долговечными. Использование таких нанокомпозитов позволит дополнить, а в отдельных случаях и заменить современные конструкционные материалы (металлы, стеклопластики, базальтопластики, углепластики, аморфные металлические сплавы (металлглассы) и др.). Даже базальтопластик или стеклопластик можно превратить в нанокомпозит путем реконструкции и модификации структуры.

По словам Дмитрия Чернобая, в России сегодня в качестве заменителей некоторых металлических изделий и узлов для техники, а также в конструкции зданий и сооружений используются сверхвысокомодульный полиэтилен (СВМПЭ), морозостойкая резина и эластомеры, фторопласты, стекло- и базальтопластики на базе ударопрочного полистирола, полиэфирэфиркетона (PEEK) и других полимеров. Например, специалисты НИТУ «МИСиС» создали устойчивые к трению полимерные изделия, которые можно использовать при морозе до минус 80 градусов Цельсия.

Работы над новыми типами стойких к холоду полимеров и композитов на их основе ведутся на базе российских лабораторий и R&D-центров (лаборатории прогрессивных полимеров в КБГУ, функциональных полимерных материалов в НИТУ «МИСиС», ФГУП «ВИАМ»; исследовательские центры и лаборатории ООО «Формопласт», ООО «Новые полимеры» и др.).

Отвечая на вопрос о том, что уже сделано в рамках проекта Polyadamantium, Дмитрий Чернобай уточнил:

— Для этого проекта в Германии были закуплены тестовые образцы матричных полимеров и их смесей, а также композитов (углепластик, стеклопластик) на их базе. В дальнейшем эти материалы можно использовать как основу для некоторых видов нанокомпозитов и в качестве образцов для сравнения характеристик с первыми образцами нанокомпозитов и MVP-прототипа, который сейчас в разработке. Идет дальнейшая разработка для матриц гибридных нанокомпозитов (полимерных заменителей металлов, в т.ч. блендов из 2—3 компонентов). Сегодня проекту необходимо грантовое, венчурное или начальное финансирование на проведение НИОКР, т.е. на разработку образцов нанокомпозитов и MVP-прототипов изделий.

По мнению ученого, технология по сумме своих финальных свойств универсальна. Она позволит заменить широкий ряд разнонаправленных решений современных зарубежных производителей в области сверхстойких нанокомпозитов, создать заменители аморфных металлических сплавов, а также металлов, керамики.

ФОТО Виктория Анискевич-Клопоцкая, wallpaperflare.com