Регистрация / Вход
Прислать материал

Износостойкие нанокомпозиционные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена

ФИО: Заболотнов А.С.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Институт: Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Цель проекта.

Разработка нанокомпозиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с повышенной износотойкостью.

На сегодняшний день перспективы развития бизнеса диктует жестокая экономическая коньюктура рынка. Чтобы не разориться, предприятия должны все время повышать свою эффективность производтсва путем снижения трудозатрат, используя новые и усовершенствованные материалы и перспективные технологические процессы. У предприятий, занимающихся добычей, транспортировкой, хранением минерального сырья, существует острая проблема износа и частого выхода из строя дорогостоящего оборудования. Решение – использование нанокомпозиционных материалов с высокими износостойкими характеристиками.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен является материалом с низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, высокой химической стойкостью, высокой ударной прочностью, высокой морозостойкостью. Благодаря высокой износостойкости и низкому коэффициенту трения СВМПЭ широко применяется для производства изделий, работающих в узлах трения. Создание нанокомпозицонных материалов на основе СВМПЭ позволит значительно повысить его износостойкость, что позволит значительно увеличить срок эксплуатации изделий и расширить области применения. Такие материалы уже сейчас востребованы в различных сферах жизнедеятельности человека:

Горнорудная и угледобывающая промышленность (облицовка транспортного и экскаваторного оборудования для защиты от налипания породы и износа оборудования);

Нефтегазовая промышленность (в конструкциях подвижных опор магистральных газопроводов узлы трения с высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения, работающие в условиях сухого трения при больших нагрузках, трубы для перекачки вязких жидкостей, в качестве антикоррозионных покрытий на металлических трубах путем электростатического напыления);

Здравоохранение (межсуставные хрящи в искусственных протезах);

Материалы для артики (высокая морозостойкость, высокая износостойкость).

Нашим институтом был разработан полимеризацонный способ синтеза нанокомпозиционных материалов, который позволяет получать нанокомпозиты с равномерным распределением армирующих элементов и с высокими механо-физическими характеристиками уже при малом содержании модификатора в полимерной матрице.

На основании этого метода планируется отработать технологии получения и синтезировать нанокомпозиционные материалы на основе СВМПЭ и нанонаполнителей разного типа (монтрориллонита и нанопластин графита) с повышенными износостойкими характеристиками. Будет проведено комплексное исследование полученных материалов на соответствие их заявленным характеристикам. Определены оптимальные составы и условия получения материалов для конктретных применений.

Новизна.

Для повышения износостойкости СВМПЭ предлагается введение армирующих добавок наноразмерных наполнителей монтмориллонита и нанопластин графита. Наноразмерные анизотропные наполнители значительно более эффективны по сравнению с традиционными наполнителями микронных размеров. Их применение позволит в несколько раз снизить количество вводимого наполнителя и, как следствие, избежать значительного увеличения плотности материала, ухудшения перерабатываемости, износа перерабатывающего оборудования.

Для синтеза нанокомпозиционных материалов будет применен полимеризационный метод, позволяющий достигать равномерного распределения наночастиц в полимерной матрице. Данный метод является эффективной альтернативой смесевому методу получения композиционных материалов, который является более энергозатратным и не позволяет получить материалы с равномерным распределением частиц в получаемых полимерных матрицах в нано-размерных областях наполнения.

Потребителями разрабатываемых материалов будут предприятия нефтедобывающей, горно-рудной промышленности, предприятия Газпрома, предприятия военно-промышленного комплекса, российские железные дороги.

Мировое производство СВМПЭ растет на 12–15 % ежегодно, в тоже время в России сверхвысокомолекулярный полиэтилен и композиты на его основе не производятся.

Разрабатываемый процесс получения нанокомпозиционных материалов на основе сверхвысокомолекулрного полиэтилена может быть реализован на существующих заводах по производству этилена на существующем технологическом оборудовании, т.е. без значительных капиталовложений. Для синтеза будут применяться уже применяемые в промышленности растворители и компоненты катализаторов.

В современной мировой экономической обстановке (санкции со стороны мирового сообщества) перспективы коммерционализации данной работы не вызывают сомнения.

Планируется получение патентов как на полученные материалы, так и на технологию их производства.

План реализации проекта составляет три года.

Первый год: Синтез нанокомпозиционных материалов на основе СВМПЭ с различным содержанием армирующих наполнителей. Комплексные исследования свойств полученных композитов. Выбор оптимальных составов и условий получения композиционных материалов.

Второй год: отработка технологий промышленного получения композиционных материалов. Патентная работа, поиск инвесторов.

Третий год: взаимодействие с проектными организациями для реализации запуска «пилотного» проекта по производству нанокомпозиционных материалов.