Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конструкционных композиционных наноматериалов нового поколения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ с комплексами улучшенных эксплуатационных характеристик (противоизносных, трибологических, механических, пониженной горючестью) и полимеризационной технологии их получения

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
конструкционные композиционные наноматериалы, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, углеродные нанонаполнители, слоистые силикаты, гидроксид алюминия, метод полимеризационного наполнения, фторирование, обработка низкотемпературной плазмой, износостойкость, трение, механические свойства, горючесть

Цель проекта:
Разработка конструкционных композиционных наноматериалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и нанонаполнителей с улучшенными характеристиками, в том числе повышенной износостойкостью (Износостойкость не менее, чем в 2 раза выше в сравнении с СВМПЭ), повышенной жесткостью (Модуль упругости не менее, чем в 1,5 раза выше в сравнении с СВМПЭ), пониженной горючестью (Огнестойкость (с наполнителем гидроксидом алюминия) категория V-0, КИ˃27). Создание установки для производства разрабатываемых композиционных материалов на основе СВМПЭ по разрабатываемой полимеризационной технологии и получение экспериментальных образцов.

Основные планируемые результаты проекта:
Создаваемые конструкционные композиционные наноматериалы на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия) должны соответствовать следующим требованиям:
Износостойкость - не менее, чем в 2 раза выше в сравнении с СВМПЭ;
Коэффициент трения в режиме сухого трения скольжения (ГОСТ 11629-75) на уровне СВМПЭ;
Коэффициент линейного термического расширения (ГОСТ 15173-70), 104 град-1 - не менее, чем в 2 раза ниже в сравнении с СВМПЭ;
Модуль упругости при растяжении (ГОСТ – 9550-81), МПа - не менее, чем в 1,5 раза выше в сравнении с СВМПЭ;
 Предел прочности при растяжении (ГОСТ – 11262-80), МПа - 25-35; Относительное удлинение при растяжении (ГОСТ – 11262-80), % - 50-250;
Удельная ударная вязкость по Изоду (за исключением лабораторных образцов) (ГОСТ 19109-84), кДж/м2 - при 20оС не разрушается; при минус 70оС - более 20;
Газопроницаемость по кислороду (с углеродным наполнителем и слоистым силикатом монтмориллонитом), см3·см/см2·с·Па - не более 10-13;
Теплостойкость (динамический механический анализ), оС - более 100;
Огнестойкость (с наполнителем гидроксидом алюминия) - категория V-0, КИ˃27.

Лабораторные образцы поверхностно модифицированных (фторирование, обработка низкотемпературной плазмой) конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов) должны соответствовать следующим требованиям в сравнении с немодифицированными образцами:
Коэффициент трения в режиме сухого трения скольжения, % не менее, чем на 50% меньше в сравнении с немодифицированными композитами.
Удельное усилие адгезионного отслоения краски, % не менее, чем на 50% больше в сравнении с немодифицированными образцами.

Полимеризационная технология получения конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия) должна включать стадию активации поверхности частиц наполнителя катализатором полимеризации и последующую полимеризацию этилена на каталитически активированных частицах наполнителя.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Полимеризационная технология получения конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия), включающая стадию активации поверхности частиц наполнителя катализатором полимеризации и последующую полимеризацию этилена на каталитически активированных частицах наполнителя;
Лабораторные и экспериментальные образцы конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия) с указанными выше характеристиками;
Лабораторные образцы поверхностно модифицированных (фторирование, обработка низкотемпературной плазмой) конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов)с указанными выше характеристиками;
Проект технического задания на выполнение ОТР, включающий технические требования и предложения по разработке, производству продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – организации реального сектора экономики.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Сфера применения разрабатываемых материалов с повышенными износостойкостью и механическими свойствами, пониженной горючестью чрезвычайно обширна и практически важна. Материалы востребованы в различных отраслях промышленности, в том числе:
- на предприятиях Газпрома – в конструкциях подвижных опор магистральных газопроводов узлы трения с высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения, работающие в условиях сухого трения при больших нагрузках. Применение разрабатываемых композитов в опорных конструкциях приведет к экономии металла (отсутствие ложементов, хомутов, болтовых креплений, уменьшение расчетных размеров конструктивных элементов опор), упрощению конструкции опор, сокращению монтажных операций, сокращению трудозатрат и сроков строительства; увеличению сроков службы.
- в угледобывающей и горнорудной промышленности в шахтах для облицовки транспортного и экскаваторного оборудования для защиты от налипания породы и износа оборудования. В результате применения разрабатываемых композитов увеличится срок службы шахтного оборудования из-за снижения износа, сокращаются энергозатраты и трудозатраты на очистку от налипаюшей и намерзающей породы (угля, руды), снижается время простоя и увеличивается производительность.
- для изготовления износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в инертных и агрессивных средах (прокладки в различных конструкциях и оборудовании, элементы сельскохозяйственных зерноуборочных комбайнов);
- в качестве антикоррозионных покрытий на металлических трубах путем электростатического напыления. В результате применения разрабатываемых композитов увеличивается срок службы металлических труб и, значит, расход металла, снижаются трудо- и энергозатраты на ремонтные работы.
- и др.
Таким образом, применение разрабатываемых материалов даст энергосбережение, повышение эффективности и надежности эксплуатации, долговечности, работоспособности соответствующих изделий и технологического оборудования при высокой экологичности материалов, расширит области использования.

Текущие результаты проекта:
Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы;
Отчет о патентных исследованиях;
Выбранные и обоснованные оптимальные методы получения экспериментальных образцов конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия) с комплексами улучшенных эксплуатационных свойств;
Технологические принципы получения материалов полимеризационным методом;
Описание выбранных и обоснованных методов поверхностной химической модификации (фторирование, обработка низкотемпературной плазмой) конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и нанонаполнителей (углеродных, слоистых силикатов),
Методики поверхностной модификации конструкционных композиционных наноматериалов;
Лабораторные образцы конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и наполнителей разного типа (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия);
Программа и методики испытаний лабораторных и экспериментальных образцов конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и наполнителей разного типа (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия);
Результаты исследовательских испытаний комплекса свойств лабораторных образцов конструкционных композиционных наноматериалов на основе СВМПЭ и наполнителей разного типа (углеродных, слоистых силикатов, гидроксида алюминия);