kerzak_1 (kerzak_1) wrote,
kerzak_1
kerzak_1

В России разработали способ получения новых сверхпрочных полимеров

Руководитель лаборатории прогрессивных полимеров Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова Светлана Хаширова (слева)

Российские ученые создали полимеры для трехмерной печати сверхпрочных узлов роботов, беспилотников, экзоскелетов, протезов и даже космических скафандров. О том, как создавались новые виды пластика, способные в будущем заменить металл в самолето- и ракетостроении, рассказала в интервью РИА Новости руководитель лаборатории прогрессивных полимеров, созданной Фондом перспективных исследований и Минобрнауки в Кабардино-Балкарском государственном университете имени Х. М. Бербекова, доктор химических наук Светлана Хаширова.

— Расскажите, пожалуйста, о том, что такое суперконструкционные полимеры, в чем их уникальность?
[Spoiler (click to open)]
— Все синтетические полимеры, которые сегодня производятся, делятся на реактопласты и термопласты. Основное отличие первых от вторых заключается в том, что из реактопластов можно получить изделие только один раз, термопласты же можно многократно перерабатывать. Так вот, если все известные сегодня термопласты расположить в виде пирамиды, то на ее верхушке будут так называемые суперконструкционные полимеры. Они обладают высокими эксплуатационными свойствами: выдерживают температуру до 500 градусов по Цельсию и выше, морозостойки, их можно применять в Арктике, устойчивы к радиации, можно использовать в космосе, а также обладают высокой прочностью. По многим характеристикам такие полимеры превосходят металлы, при этом их вес на 50-70% меньше.
— Когда лаборатория начала работу над проектом по созданию полимеров нового поколения и какие результаты достигнуты к настоящему времени?

— В 2014 году Фонд перспективных исследований поставил перед нами сложную задачу: нужно было создать полностью отечественные суперконструкционные полимеры для трехмерной печати и технологию их производства. Ввиду важности решаемой задачи к созданию лаборатории подключилось министерство образования и науки России, которое профинансировало приобретение необходимого современного оборудования для реализации проекта.

Нужно отметить, что суперконструкционные полимерные материалы, специально разработанные для 3D-печати, отличаются от материалов, созданных для традиционных способов переработки. И, к сожалению, сегодня в России практически нет соответствующего научно-технического задела в этой области.

Преимущество же нашего подхода состоит именно в том, что мы сразу разрабатывали полимеры с учетом технологических особенностей 3D-печати, а не адаптировали существующие материалы, что позволило добиться характеристик напечатанных образцов на уровне литьевых. При этом созданные материалы могут прекрасно применяться и в традиционных технологиях переработки. Кстати, полимерные материалы, ориентированные на традиционные способы производства, такие как литье, далеко не всегда подойдут для 3D-печати.

Несмотря на всю сложность и объемность поставленной задачи, коллектив лаборатории с ней справился. Нам удалось очень глубоко погрузиться в вопросы полимерного материаловедения именно для 3D-печати, причем в такой сложной области, как высокопрочные высокотемпературные полимеры, и сегодня можно с уверенностью говорить о том, что удалось совершить прорыв и разработать собственный высокотехнологичный процесс получения новых полимеров, которые по большинству своих характеристик превосходят зарубежные аналоги.

Разработанная технология обладает рядом ключевых достоинств: сокращение стадий производства, высокий выход годного продукта, исключительно высокая чистота полимера и малооперационность. Это позволит значительно снизить затраты на производство, сделав новые материалы доступными для широкого внедрения.


Лаборатория прогрессивных полимеров Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова
— В каких областях могут применяться материалы, созданные в возглавляемой вами лаборатории?

— Важно отметить, что созданные материалы можно использовать как для изготовления деталей литьем, так и для 3D-печати. Это значительно расширяет область их применения.

Печать деталей из суперконструкционных полимеров, в первую очередь, незаменима там, где требуется облегчить конструкцию, снизить общее количество узлов и соединений за счет более сложных форм, которые традиционными способами изготовить или невозможно, или очень трудоемко.

Такие материалы химически, тепло- огне- и морозостойкие. Могут эксплуатироваться в экстремальных условиях, например, сохранять прочностные характеристики при очень низких температурах, что делает возможным их использование при создании техники для работы в условиях Арктики. Они могут применяться и в условиях высоких температур и радиационного воздействия. Поэтому сфера применения новых материалов достаточно широка — это авиационная и космическая промышленность, машиностроение, нефтегазовая отрасль и многое другое.

Высокая гидролитическая устойчивость и биологическая инертность делают возможным их применение в медицине. С использованием 3D-печати из наших материалов можно изготовить протезы, созданные с учетом особенностей конкретного человека. Их также можно применять для 3D-печати беспилотных летательных аппаратов, экзоскелетов, узлов машин и механизмов, сложных деталей робототехнических устройств или элементов космического скафандра.
Доля применения конструкционных полимеров в этих отраслях в России сейчас гораздо ниже, чем у зарубежных производителей аналогичной продукции. Мировой опыт замены металлов показывает необходимость применения суперконструкционных полимеров для увеличения эффективности производства, повышения качества изделий и сокращения затрат. И уже сейчас есть заинтересованность со стороны ряда российских компаний во внедрении разработанных материалов и технологий.

— В рамках проекта разрабатывается не только технология получения суперконструкционных полимеров, но и создается оборудование для 3D-печати. Почему не устраивает существующее оборудование, ведь предложений по продаже 3D-принтеров различного назначения можно встретить достаточно много?

— В связи с тем, что разработанные полимеры являются высокотермостойкими, для работы с ними необходимо профессиональное оборудование, которое могло бы обеспечить требуемые тепловые режимы, необходимую точность нанесения полимерного порошка и много других параметров. К сожалению, российские 3D-принтеры подобного уровня отсутствуют, а все принтеры зарубежного производства ориентированы на использование собственных материалов и ограничивают пользователя в изменении параметров и возможности экспериментировать с технологическими режимами 3D-печати.

В связи с этим в рамках проекта мы совместно с соисполнителями разрабатываем первый российский 3D-принтер для послойного лазерного сплавления суперконструкционных полимеров, позволяющий значительно расширить возможности управления процессом 3D-печати и печатать изделия из порошков суперконструкционных полимеров и материалов на их основе. Отмечу, что наша лаборатория разработала не только сами полимеры, но и композиционные материалы на базе этих полимеров.

Печать композитами — это отдельная сложная тема: нужно подбирать специальные наполнители, управлять скоростью кристаллизации полимеров, от которой сильно зависит поведение материала во время печати и формирования изделия, регулировать текучесть, чтобы снизить пористость изделия и так далее. Однако результат стоит затраченных усилий, так как за счет применения композиционных материалов можно значительно повысить характеристики готовых изделий.

— Как формировался коллектив вашей лаборатории, какие специалисты вошли в команду?

— С 60-х годов прошлого века у нас функционирует одна из сильнейших отечественных школ материаловедения — полимерная школа профессора Абдулаха Касбулатовича Микитаева, который, к огромному сожалению, на прошлой неделе ушел из жизни. Все сотрудники нашей лаборатории являются выпускниками химического факультета Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х. М. Бербекова, большинство из них имеют ученую степень — при том, что средний возраст сотрудников лаборатории составляет 28 лет.


Лаборатория прогрессивных полимеров Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова
— Расскажите, пожалуйста, о самых интересных вызовах в работе над проектом.

— Суперконструкционные полимеры во всем мире производятся в малых количествах. Во многом это связано с их высокой стоимостью, обусловленной сложной технологией получения. Рецептуры и технологии производства подобных полимеров везде являются предметом коммерческой тайны.

Перед нами стояла задача не только разработать собственный высокотехнологичный процесс получения новых суперконструкционных полимеров для 3D-печати, но и создать рецептуры материалов, обладающих одновременно высокой жесткостью и пластичностью. Зачастую повышение жесткости материала сопровождается снижением пластичности, и достичь сочетания в одном материале этих трудно совместимых свойств задача достаточно сложная. Однако поставленную задачу нужно было решать, и в итоге мы смогли получить материалы, которые одновременно обладают повышенной прочностью, жесткостью с сохранением пластичности.

Работа над проектом позволила нашему коллективу получить новые компетенции: решая крайне сложные задачи, мы постоянно раздвигали границы того, что казалось нам возможным, поэтому сейчас можем с уверенностью заявить, что готовы решать задачи любой сложности в области полимерного материаловедения.
https://ria.ru/interview/20170428/1493296081.html

Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 11 comments