Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения филосиликатных функциональных материалов нового поколения для высокоскоростного рельсового транспорта, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной устойчивостью к внешним воздействиям

Номер контракта: 14.607.21.0110

Руководитель: Кочур Андрей Григорьевич

Должность руководителя: профессор

Докладчик: Явна Виктор Анатольевич, заведующий кафедрой "Физики"

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный университет путей сообщения"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
высокоскоростной рельсовый транспорт, функциональные наноматериалы, филлосиликаты, слоистые минералы, сорбенты, компьютерное моделирование, квантово-химические расчеты, спектроскопия.

Цель проекта:
В рамках проекта решается задача разработки и совершенствования технологий создания новых многофункциональных материалов на основе филлосиликатов, поиск путей повышения эксплуатационных характеристик этих материалов, разработка принципов управления их структурой и свойствами. Целью проекта является повышение надежности работы и увеличение эксплуатационного ресурса объектов инженерной инфраструктуры и технических средств в области наземного транспорта, включая рельсовый, посредством использования многофункциональных наноматериалов нового поколения и конструкций на их основе, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной устойчивостью к внешним воздействиям.

Основные планируемые результаты проекта:
Проанализировано современное состояние и проблемы развития отечественного высокоскоростного железнодорожного транспорта. Определены основные факторы, влияющие на безопасное и бесперебойное функционирование инфраструктуры, подвижного состава и комплекса технических средств.
Разработаны алгоритмы и программные компоненты для реализации многомасштабного компьютерного моделирования минералов подкласса филлосиликатов и функциональных наноматериалов на их основе.
Разработана компьютерная модель минералов подкласса филлосиликатов и
функциональных наноматериалов на их основе.
Выполнено компьютерное моделирование минералов подкласса филлосиликатов и полимерных наноматериалов на их основе, учитывающее влияние факторов среды, позволило выявить функциональную направленность и установить характеристики этих материалов, обеспечивающие повышенную устойчивостью к внешним воздействиям в условиях реальных испытаний.
Разработаны критерии выбора классов химических соединений, обеспечивающие получение модифицированных минералов подкласса филлосиликатов с заданной функциональной направленностью, создаваемых на их основе полимерных наноматериалов транспортного назначения.
Разработана методика определения и прогнозирования физических свойств минералов подкласса филосиликатов и функциональных наноматериалов на их основе.
Разработан метод модификации структуры минералов подкласса филлосиликатов.
В рамках выполнения проекта будут разработаны лабораторные образцы функциональных наноматериалов на основе минералов подкласса филлосиликатов, обеспечивающие проверку установленных теоретических закономерностей и критериев выбора классов химических соединений, улучшающих их эксплуатационные характеристики.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате реализации проекта будет получен полимерный филлосиликатный материал, обеспечивающий закрепление балласта для конструкций верхнего строения железнодорожного пути высокоскоростного рельсового транспорта и позволяющий осуществлять безопасное движение подвижного состава с установленными и перспективными скоростями и нагрузками.
Новизна разработанных критерии выбора классов химических соединений, заключается в возможности определения функциональной направленности модифицируемых минералов подкласса филлосиликатов и контроля, таким образом, создаваемых на их основе полимерных наноматериалов.
Новизна разработанного метода модификации структуры минералов подкласса филлосиликатов, определяется его универсальным характером, поскольку включает в себя процедуры для модификации наиболее распространненых минералов подкласса филосиликатов с кристаллографическими типами 1:1 и 2:1., а также использованием ионно-обменных реакций, как наиболее эффективной основы сочетающей в себе быстрое ее протекание и высокий процент интеркаляции, а также относительную простоту реализации.
Разработка методики определения и прогнозирования физических свойств минералов подкласса филосиликатов и функциональных наноматериалов на их основе обусловлено несовершенством существующих в настоящее время методов оценки свойств филлосиликатных дисперсий в силу их высокой трудоемкости и низкой надежности, а также отстуствием единого, научно-обоснованного, стандартизированного подхода к оценке вышеуказанных физических свойств объектов исследований. Кроме того, Методика является эффективной альтернативы традиционным методам определения характеристик филлосиликатных дисперсных систем предлагаются современные прецизионные спектроскопические методы, использование которых при изучении естественных и модифицированных структур, образованных филлосиликатами, способствует дальнейшему совершенствовании технологий многочисленных промышленных производств, в которых филлосиликаты используются в качестве сырья или компонента технически важных систем и материалов.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая технология получения филосиликатных функциональных материалов, используемых в качестве наполнителей полимеров, представляет большой интерес для глобальных рынков полимерных нанокомпозитов, обладающих улучшенным комплексом эксплуатационных характеристик. Такие нанокомпозиты могут существенно повысить прочность изделий и конструкций, расширить применение для органических полимеров и дать усовершенствованные свойства, такие износостойкость, размерная стабильность, лучшие барьерные свойства, повышение токопроводимости и огнестойкости.
Данные особенности филлосиликатных полимерных нанокомпозитов обуславливают перспективность их использования для изготовления отдельных деталей, узлов и конструкций, отвечающих повышенным требованиям высокоскоростного рельсового транспорта, и обеспечивающих возможность их эксплуатации в условиях повышенных механических нагрузок (постоянных и циклических), экстремальных температурах, в агрессивных средах. Сферы практического применения разрабатываемых филлосиликатных наноматериалов и полимерных нанокомпозитов на их основе для решения актуальных научно-технических задач высокоскоростного рельсового транспорта включают изготовление:
- полимерных композиций для закрепления балластного слоя и земляного полотна;
- упругих элементов в конструкциях железнодорожного пути;
- наномодифицированных лакокрасочных материалов и защитных покрытий на полимерной основе;
- материалов триботехнического назначения;
- геосинтетических материалов.
Наряду с высокоскоростным рельсовым транспортом, полимерные композиционные материалы, содержащие разрабатываемые модифицированные филлосиликаты, перспективно использовать для производства высокопрочных и термостойких деталей в автомобильной и аэрокосмической промышленности, лакокрасочных материалов и защитных покрытий с улучшенными барьерными свойствами, усовершенствованных огнеупорных оплеток кабелей и проводов.
Внедрение разрабатываемой технологии будет способствовать созданию новой и приведению существующей инфраструктуры железнодорожного транспорта и комплекса технических средств к состоянию, удовлетворяющему перспективным требованиям высокоскоростного движения по безопасности, надежности, энергоэффективности и экологичности.

Текущие результаты проекта:
Выполнены квантово-химические и молекулярно-динамические расчеты электронной структуры и физических свойств минералов подкласса филосиликатов и функциональных наноматериалов на их основе.
Установлены закономерности процесса интеркаляции минералов подкласса филосиликатов органическими молекулами и формирования нанокомпозитов на основе интеркалированных филосиликатов в растворах полимеров на стадии полимеризации.
Осуществлен подбор перспективных классов химических соединений для модификации минералов подкласса филлосиликатов, учитывающий гидрофильно-липофильный баланс, а также критерий упаковки модификатора, диспергирования и образования химической связи в системе «модификатор – филлосиликат».
Разработан метод модификации структуры минералов подкласса филлосиликатов, способствующий гидрофобизации их поверхности и увеличению органофильности.
Синтезированы лабораторные образцы гибридных органо-неорганических наноструктур на основе минералов подкласса филосиликатов.
Проведены экспериментальные исследования синтезированных лабораторных образцов гибридных органо-неорганических наноструктур на основе минералов подкласса филосиликатов с использованием комплекса физико-химических методов, таких как: рентгеновская дифракция, инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, термогравиметрический анализ, определение величины удельной поверхности, сканирующая электронная микроскопия.