Российские ученые из Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ) совместно с другими научными организациями разработали новое поколение экологически чистых полимерных материалов. Эти инновационные материалы демонстрируют потенциал для полной замены традиционных металлов в ключевых секторах экономики, включая медицину, авиацию и автомобилестроение, как сообщили в пресс-службе вуза.
Актуальной задачей для современной промышленности является снижение массы конструкций без ущерба для их прочности. Такая потребность особенно выражена в авиационной отрасли, где каждый сэкономленный килограмм снижает расход топлива, а также в медицинской сфере. До сих пор существовавшие альтернативы металлам не могли обеспечить необходимую термостойкость и механическую прочность для широкого применения.
Разработанные исследователями КБГУ полимеры успешно решают эту проблему. Они способны выдерживать экстремальные температуры в диапазоне от -100 °C до +300 °C. Более того, их легкость впечатляет: они на 70% легче титана, на 50% легче алюминия и на 80% легче стали.
По словам проректора КБГУ по научно-исследовательской работе Светланы Хашировой, новые материалы могут эффективно замещать металлы во многих областях, от медицины до авиастроения, существенно уменьшая вес конечных изделий. В качестве примера она привела замену 15 тысяч металлических крепежных элементов в самолете на полимерные аналоги, что, по расчетам, позволит сэкономить свыше 2 миллионов рублей на топливе ежегодно и сократить выбросы углекислого газа на 80 тонн.
Предложенный учеными метод производства является новаторским и более экологичным. Он основан на модификации технологии порошкового литья (PIM), которая традиционно использовалась для работы с металлами и керамикой. Адаптация PIM для полимеров позволяет обрабатывать высокомолекулярные полимерные порошки, переработка которых стандартными методами крайне затруднительна.
Этот подход к обработке материалов минимизирует отходы, ускоряет производственный цикл и открывает новые возможности для создания сложных пластмассовых деталей. Кроме того, сами материалы пригодны для вторичной переработки, что подчеркивает их экологичность.
В ходе исследований применялось порошковое литье для высокотемпературных полимеров, таких как полиэфиркетоны и полисульфоны (в частности, PEEK и PPSU), которые уже используются в авиации и медицине. Ключевое достижение команды КБГУ — уникальная способность их метода перерабатывать ценные сверхвысокомолекулярные полимерные порошки в изделия со сложной геометрией.
Старший научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Азамат Слонов пояснил, что исследователи определили оптимальные параметры спекания полимерных порошков. Это позволило успешно изготавливать детали сложной конфигурации, производство которых традиционными методами, такими как литье под давлением или экструзия, было невозможно.
Ближайшие планы включают вывод на рынок десяти различных марок полимеров, предназначенных для медицинского применения. Благодаря высокой прочности, эти материалы будут пригодны для многократной стерилизации и позволят создавать легкие хирургические инструменты, снижающие нагрузку на хирургов во время длительных операций. На данный момент подобные материалы в России не производятся.
Работа выполняется в сотрудничестве с Институтом нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-69-10001).
Дмитрий Верхов