Российские ученые, включая специалистов из Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ), разработали новое поколение экологически безопасных полимерных материалов. Эти композиты обладают свойствами, позволяющими им стать полноценной альтернативой металлам в таких важных отраслях, как медицина, авиация и автомобилестроение.
Современная промышленность активно ищет способы снизить вес конструкций, сохраняя при этом их прочность. Особенно это актуально в авиации, где уменьшение массы напрямую влияет на расход топлива, и в медицине. Однако существующие полимеры часто не выдерживают высоких температур или уступают металлам по механической прочности, что ограничивает их применение.
Решением этой проблемы стали новые полимерные материалы, созданные исследователями КБГУ. Они выдерживают экстремальные температуры в диапазоне от -100 до +300 °C. При этом материалы значительно легче традиционных металлов: они на 70% легче титана, на 50% легче алюминия и на 80% легче стали.
Применение таких легких и прочных полимеров может привести к существенной экономии. Например, использование полимерных аналогов вместо 15 тысяч металлических зажимов в самолете позволит сэкономить более 2 миллионов рублей на топливе ежегодно и сократить выбросы углекислого газа на 80 тонн.
Разработанный способ производства основан на модификации технологии порошкового литья (PIM), адаптированной для работы с полимерными материалами. Этот метод позволяет эффективно использовать высокомолекулярные полимерные порошки, которые традиционными способами обрабатывать крайне сложно. Исторически порошковое литье применялось преимущественно для металлов и керамики.
Новый технологический подход отличается экологичностью, поскольку исключает образование отходов. Он также сокращает время производства и расширяет возможности изготовления пластмассовых деталей, в том числе сложной геометрии. Важно отметить, что разработанные материалы пригодны для вторичной переработки.
В исследовании применялось порошковое литье высокотемпературных полимеров, таких как полиэфиркетоны (PEEK) и полифениленсульфоны (PPSU), которые уже используются в авиационной и медицинской промышленности. Особенность метода, разработанного в КБГУ, состоит в способности перерабатывать ценные сверхвысокомолекулярные полимерные порошки в изделия сложной конфигурации.
Ученые оптимизировали условия спекания полимерных порошков, что позволило успешно создавать изделия сложной формы, которые невозможно получить с помощью традиционных методов, таких как литье под давлением или экструзия.
В ближайших планах исследователей — вывод на рынок десяти видов полимеров, ориентированных на медицинское применение. Благодаря высокой прочности, эти материалы идеально подходят для многократной стерилизации. Использование легких полимеров позволит создавать более удобные хирургические инструменты, что облегчит работу врачей во время длительных операций. На сегодняшний день подобные высокотемпературные полимерные материалы в России практически не производятся.
Исследования проводились при участии Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) и получили поддержку Российского научного фонда в рамках гранта № 23-69-10001.
