Российские ученые, в том числе исследователи из Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ), разработали новые экологически безопасные материалы на основе полимеров. Эти разработки способны стать полноценной альтернативой традиционным металлам в различных отраслях, включая медицину, авиацию и автомобилестроение. Информацией об этом поделилась пресс-служба КБГУ.
Современная промышленность активно ищет пути снижения массы конструкций без ущерба для их прочности. Такие решения особенно критичны для авиации, где уменьшение веса напрямую влияет на расход топлива, а также для медицинской сферы. Однако существующие полимерные материалы часто уступали металлам по устойчивости к высоким температурам и механической прочности, что ограничивало их применение.
Исследователи из КБГУ успешно создали полимерные материалы, которые решают эти проблемы. Они отличаются высокой термостойкостью, выдерживая температуры от -100 до +300 °C. При этом новые материалы значительно легче своих металлических аналогов: они на 70% легче титана, на 50% легче алюминия и на 80% легче стали.
Наши материалы могут заменить металлы в различных отраслях, от медицины до авиастроения, существенно снижая вес изделий. К примеру, замена 15 тыс. металлических зажимов в самолете на полимерные аналоги экономит более 2 млн рублей затрат на топливо и снижает выбросы углекислого газа на 80 тонн в год.
По словам Хашировой, инновационность их разработки заключается в адаптации технологии порошкового литья (PIM), традиционно используемой для металлов и керамики, к полимерным материалам. Этот метод позволяет эффективно перерабатывать высокомолекулярные полимерные порошки, работа с которыми стандартными способами затруднена.
Предложенный подход является экологически чистым: он минимизирует отходы производства, сокращает время изготовления деталей из пластмасс и расширяет возможности формовки. Сами полученные материалы пригодны для вторичной переработки.
В ходе исследований ученые применяли порошковое литье к высокотемпературным полимерным порошкам, таким как полиэфиркетоны и полисульфоны, включая полиэфирэфиркетоны (PEEK) и полифениленсульфоны (PPSU). Эти полимеры уже нашли применение в авиационной и медицинской сферах. Уникальность метода КБГУ заключается в возможности переработки ценных сверхвысокомолекулярных полимерных порошков в изделия сложной конфигурации.
Мы определили оптимальные условия спекания полимерных порошков, что позволило создавать изделия сложной геометрии. Это открывает новые возможности для производства деталей, которые невозможно получить такими традиционными методами, как литье под давлением или экструзия.
В ближайшем будущем ученые планируют вывести на рынок до десяти различных марок полимеров для медицинского применения. Благодаря своей прочности, разработанные материалы подходят для многократной стерилизации и позволят создавать более легкие хирургические инструменты, облегчая работу врачей при длительных операциях. На данный момент аналогичные материалы в России не производятся.
Исследовательская работа выполняется в сотрудничестве с Институтом нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) при поддержке Российского научного фонда.
