Прочные, упругие и негорючие

Разработки лаборатории структуры полимерных материалов Института синтетических полимерных материалов (ИСПМ) им. Н.С. Ениколопова РАН без преувеличения можно назвать уникальными. Учёные придают полимерам прочность и упругость стальной проволоки или же делают их практически негорючими. Добиваются этого с помощью похожего на миксер прибора и специальных добавок, содержащих наночастицы, которые определённым образом встраиваются в структуру полимера.

Александр Озерин: «Этот уникальный прибор — своеобразный миксер для наноалмазов. С его помощью наночастицы можно встроить в структуру полимера таким образом, что у него появляются новые полезные свойства»

При простом механическом смешивании свойства материалов, как известно, не меняются. Другое дело, если одним из компонентов выступает добавка, содержащая наночастицы. В настоящее время весьма активно изучаются механизмы взаимодействия веществ на наноуровне и разрабатываются технологии создания с помощью наночастиц материалов с недостижимыми ранее свойствами.

Стартовым исследованием в этом направлении стала революционная работа зарубежных учёных, опубликованная в 2003 году, где в качестве модификатора ориентированного полимера использовали одностенные углеродные нанотрубки. Ведущие специалисты всего мира подхватили эту идею, в том числе и учёные Института синтетических полимерных материалов. Только вместо нанотрубок они решили использовать наноалмазы и наноалмазную шихту, более доступные и дешёвые по сравнению с нанотрубками.

К сегодняшнему времени в активе учёных несколько уникальных технологий модификации свойств полимеров.

«Наночастицы открыты не сегодня и не вчера, но только теперь стало можно говорить об их широком практическом применении», — говорит Александр Озерин, директор ИСПМ и заведующий лабораторией структуры полимерных материалов.

Всего один процент наноалмазов

Один из двух проектов ФЦП, соисполнителем которых является лаборатория Александра Озерина, предусматривает создание базовой промышленной технологии синтеза высокочистых детонационных наноалмазов и производства с их использованием нанокомпозиционных полимерных материалов.

Как выяснили специалисты лаборатории, добавив в ориентированный полимер всего 1—2 весовых процента наноалмазов, можно существенно увеличить его прочность и в полтора-два раза повысить его упругость. По этим характеристикам тонкая нить из композита не уступает стальной проволоке, будучи при этом в 7—8 раз легче. Такие материалы — прочные, эластичные, лёгкие — особенно востребованы в авто-, авиа- и ракетостроении, а также в других отраслях промышленности, где требуются надёжные износостойкие элементы.

Метод модифицирования полимеров наноалмазами в институте уже сегодня могут перевести в стадию опытно-конструкторских работ с целью создания конкурентоспособной технологии и её последующей коммерциализации.

Особая ценность разрабатываемой технологии в том, что она может быть встроена в действующие схемы переработки полимерных материалов, так что предприятия могут увеличить ассортимент выпускаемой продукции, практически не меняя ни технологический процесс, ни основное оборудование и, соответственно, не привлекая значительных инвестиций в производство новой продукции.

На сканирующем микроскопе с энергодисперсионной приставкой проводится исследование структуры полимерных нанокомпозитов

Модификация полимеров

Другая разработка учёных лаборатории структуры полимерных материалов в рамках ФЦП предполагает создание технологии получения износоустойчивых материалов с низкими значениями коэффициентов трения.

Модифицированные наночастицами полимеры, как ожидается, будут применяться при изготовлении вкладышей, прокладок и уплотнений деталей, которые работают при высоких температурах и нагрузках, защищая ответственные узлы механизмов от разрушения.

Один из эффективных способов придать полимерам необычный комплекс новых свойств — так называемый крейзинг. Работу в данном направлении в ИСПМ ведёт коллектив, возглавляемый академиком Николаем Бакеевым, совместно с сотрудниками кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ.

Суть технологии крейзинга состоит в том, что полимерное волокно или плёнку подвергают деформации в специальной жидкой среде, где предварительно распределены модифицирующие добавки, свойства которых хотят передать материалу. Деформация материала сопровождается образованием наноразмерных «трещин серебра» — крейзов, которые заполняются жидкостью, содержащей наночастицы. После удаления жидкости и «схлопывания» трещин наночастицы остаются в полимерной матрице, что позволяет наполнять полимеры такими наночастицами, которые с ними несовместимы и не могут быть распределены в них никакими другими способами.

Встраиваясь в структуру волокна, наночастицы придают ему дополнительные качества, присущие материалу добавки, при этом основные свойства модифицируемого материала, в том числе его механические характеристики, остаются неизменными или даже улучшаются.

Стоимость только одной установки малоуглового рентгеновского рассеивания составляет около 500 тысяч евро. Но без такого дорогостоящего оборудования невозможно вести исследования в области нанотехнологий

Эта особенность метода крейзинга позволяет учёным создавать огнестойкие или негорючие полимерные композиты с необычными оптическими, магнитными, сорбционными и другими полезными для потребителя свойствами, уникальные мембранные и фильтрующие материалы. Учёным, к примеру, удалось повысить кислородный индекс полимерных волокон (концентрация кислорода, при которой горит вещество) с 21 до 40 единиц — в обычных условиях это практически негорючие материалы, которые могут найти широкое применение в авиа-, кораблестроении, в жилищном строительстве.

Технологии ИСПМ пригодны и для создания эффективных огнестойких и огнезащитных покрытий.

С п р а в к а

В штате лаборатории структуры полимерных материалов Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН 15 научных сотрудников: в том числе один член-корреспондент РАН, четыре доктора и шесть кандидатов химических наук. Основные направления деятельности: разработка принципов получения и основ технологии производства новых типов конструкционных и функциональных нанокомпозиционных полимерных материалов.

«Если деревянную доску покрыть специальным огнезащитным составом, который мы разработали, она может выдерживать пламя газовой горелки в течение 30 минут, — рассказывает Александр Озерин. — На поверхности дерева образуется коксовая шапка, которая не пропускает огонь и, тем самым, защищает материал».

Исполнение обязанностей директора занимает так много времени, что на любимое дело его почти не остаётся.

«Для меня нет ничего приятнее, чем оказаться после ежедневной “текучки” в лаборатории и заняться тем, ради чего я и кручусь, как белка в колесе»

Ещё одна группа лаборатории структуры полимерных материалов вместе с коллегами из МГУ работает над созданием полимерных нанокомпозитов с радиопоглощающими свойствами. Изготавливаемые из них изделия, например, мобильные телефоны, могут иметь значительно меньший размер и вес.

О коммерциализации и проблемах

Уровень разработок ИСПМ Александр Озерин оценивает как «высокий в нише не очень высокого хай-тека». Являясь институтом академическим, ИСПМ фактически выполняет и функции отраслевого — обслуживает запросы отечественных производителей. И весьма успешно справляется с этой задачей, оказывая реальную помощь промышленности. Заказы от неё, правда, поступают нечасто.

Коммерциализации разработок собственными силами мешает «бесприбыльный» статус института: как и большинство академических структур, ИСПМ не имеет возможностей выпускать опытно-промышленные партии материалов и изделий из них.

«Мы создаём только лабораторный, демонстрационный образец. По окончании работ затраты на его создание списываются, то есть фактически он должен быть уничтожен, — сетует Александр Озерин. — В этом его отличие от имеющего реальную стоимость образца опытно-промышленного, собственник или заказчик которого может показывать его на выставках, оформить на его производство лицензионный договор, то есть ввести в хозяйственный оборот и получать прибыль».

Выпуск опытно-промышленных партий материалов и изделий по силам только крупным организациям, располагающим оборотными средствами и большими производственными площадями. ИСПМ, хотя и обладает продвинутыми технологиями, к таковым, к сожалению, не относится. В результате оригинальные и патентоспособные разработки учёных зачастую быстрее замечают за границей, а не в России.

Наталия Мазурик

http://www.strf.ru/material.aspx?…

Институт синтетических полимерных материалов (ИСПМ) им. Н.С. Ениколопова РАН

http://www.ispm.ru/

Вот что мне нравится в таких НИИ, так это то, что сравнительно небольшой и сплоченный коллектив единомышленников скромно и без всякой трескотни и барабанного боя («понтов») спокойно и целеустремлённо работает по очень важной теме. Не разбрасываясь и не отвлекаясь «на сторону». Зато и выдаёт такие шедевры, что им могли бы позавидовать и многотысячные исследовательские коллективы. О продукции говорить не буду. А вот по поводу «коммерциализации». Раз устав РАН не позволяет им самим налаживать пром. производство, то надо тут же, не мешкая, «соорудить» подчинённую им «производственную единицу» – будь это (экспериментальный) цех, завод или даже комплекс предприятий – с целью максимально быстрого внедрения их разработок. Вот здесь, кстати, было бы недурно подключить и ГК «Роснанотех» с её ориентацией на оказание помощи как раз на этом этапе «предпромышленного производства». С целью «катализации» этого процесса. Словом, нужно немедля взять всё это на вооружение и оказать максимально оперативную и максимально существенную помощь… Я так думаю…